УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ БОРА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области электрохимической очистки подземных вод, в частности, к устройствам электрокоагуляционной очистки подземных вод от бора и может быть использовано в бытовых условиях, а также в общественных учреждениях, лечебных и детских учреждениях и в качестве групповых средств очистки подземных вод.
Уровень техники
Известен аппарат для электрохимической очистки сточных вод, содержащий корпус, разделенный на секции электрокоагуляции с комплектом растворимых электродов и отстойником, и электрофлотации с комплектом нерастворимых электродов, патрубок ввода очищаемых сточных вод, расположенный в секции электрокоагуляции над растворимыми электродами, и патрубок вывода очищенной воды в секции электрофлотации, при этом с целью повышения степени очистки, он снабжен переточной секцией, расположенной между секциями электрокоагуляции и электрофлотации, соединенной в нижней части с секцией электрокоагуляции, в верхней части - с секцией электрофлотации, причем соотношение площадей переточной секции и секции электрофлотации составляет (0,05-0,25):1.
В аппарате для электрохимической очистки сточных вод, патрубок вывода очищенной воды расположен ниже уровня нерастворимых электродов (см. а.с. SU №1055728, МПК C02F 1/46, опубл. 23.11.1983 г.).
Недостатком данного аппарата является невысокая степень очистки сточных вод.
Известно устройство, реализующее способ электрохимической очистки питьевой воды, содержащее реактор (емкость), в котором размещен пакет растворимых электродов, реактор заполняют водой, подлежащей очистке, и устанавливают в нем пакет растворимых электродов, затем после определенной экспозиции электрохимической обработки, пакет растворимых электродов извлекают, а воду в реакторе перемешивают заземленным токопроводящим предметом, после образования хлопьев коагулянта размером 1,5-2,5 мм, шлам с коагулянтом сбрасывают, а воду фильтруют (см. пат. RU №2043308, МПК C02F 1/463, опубл. 10.09.1995 г.).
Недостатком данного устройства являются невысокие физико-химические свойства питьевой воды, а именно наличие содержания взвешенных примесей, превышающих норму.
Известно устройство для электрохимической очистки питьевой воды, содержащее электрохимический реактор, шламосборник, установленный в верхней части реактора, закрывающей верхнее отверстие электрохимического реактора с возможностью вертикального перемещения и обратный конус с положительной плавучестью, закрывающей верхнее отверстие реактора, а в нижней части устройства расположен электродный блок, содержащий три группы электродов, две из которых образуют пакет электродов электрокоагуляции, третья группа представлена анодом электрофлотации, при этом электроды соединены через коммутирующее устройство с источником питания, соответственно, при электрокоагуляции с отрицательным полюсом источника питания соединены катоды пакета электродов, а с положительным - аноды, при электрофлотации посредством коммутирующего устройства к положительному полюсу источника питания подключен анод электрофлотации, катоды пакета электродов отключены от источника питания, а полярность анодов пакета изменена на противоположную.
В устройстве аноды пакета электродов электрокоагуляции изготовлены из сплавов алюминия, катоды - из более электроположительных по отношению к алюминию материалов, таких, как железо, никель или медь, а анод электрофлотации изготовлен из малоизнашиваемого материала, такого, как платина, титан, покрытый оксидами рутения или кобальта (см. пат. RU №2203227, МПК C02F 1/463, C02F 1/465, C02F 103:04, опубл. 27.04.2003 г.).
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, невысокая степень очистки.
Известно устройство для электрохимической очистки питьевой воды, содержащее электродный блок электрокоагуляции с пакетом параллельных катодов и растворимых анодов, электроды электрофлотации и реактор, в верхней части которого закреплена емкость шламосборника, при этом на верхнем отверстии реактора установлена крышка в форме обратного конуса с возможностью вертикального перемещения, обладающая плавучестью, при этом электродный блок электрокоагуляции с пакетом параллельных катодов и растворимых анодов и электродами электрофлотации выполнен в отдельном корпусе, в верхней части которого размещены электроды электрокоагуляции, а в нижней части - электроды электрофлотации, при этом аноды электрофлотации и электрокоагуляции установлены соосно, а катоды являются общими для обеих групп электродов, причем снизу установлен входной патрубок, а сверху патрубок, соединяющий электродный блок с емкостью шламосборника.
Устройство содержит блок коммутации, меняющий полярность анодов пакета электродов электрокоагуляции после заполнения емкости шламосборника.
В устройстве аноды пакета электродов электрокоагуляции выполнены из сплавов алюминия, катоды электродов электрофлотации и электрокоагуляции выполнены из нержавеющей стали, а аноды электрофлотации - из малоизнашиваемых материалов (см. пат. RU №2236381, МПК C02F 1/463, C02F 1/465, опубл. 20.04.2004 г.).
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, невысокая степень очистки питьевой воды.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятая авторами за прототип является установка для очистки жидкости, способ промывки половолоконного фильтра и применение способа промывки половолоконного фильтра, содержащая последовательно установленные: средство подвода очищаемой жидкости, блок электрокоагуляции, половолоконный фильтр, накопительную емкость с верхним и нижним патрубками, блок обратного осмоса и средство отвода очищенной жидкости, установка также снабжена обратным клапаном для подачи воздуха из атмосферы в накопительную емкость во время откачки жидкости из накопительной емкости. Накопительная емкость выполнена с возможностью создания в ней вакуума для подачи воздуха из атмосферы и осуществления обратной промывки половолоконного фильтра, при этом промывка половолоконного фильтра включает обратную промывку жидкостью под давлением, создаваемым воздушной подушкой в верхней части накопительной емкости, и затем под давлением - смесью жидкости и воздуха, поступающих из накопительной емкости (см. пат. RU №2410336, МПК C02F 9/02, C02F 1/44, C02F 1/463, B01D 29/66, B01D 65/02 опубл. 27.01.2011 г).
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, невысокая степень очистки питьевой воды.
Раскрытие полезной модели
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства электрокоагуляционной очистки подземных вод от бора, обладающего упрощением конструкции и высокой степенью очистки.
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к упрощению конструкции и высокой степени очистки подземных вод.
Технический результат достигается с помощью устройства электрокоагуляционной очистки подземных вод от бора, содержащего средство подвода исходной воды, блок электрокоагуляции, фильтр, накопительную емкость для очищенной воды, источник питания, при этом блок электрокоагуляции выполнен в виде блока электрохимического окисления с растворимым анодом и блока электрохимического окисления с нерастворимыми электродами, к каждому из которых подсоединен источник тока, а к блоку электрохимического окисления с нерастворимыми электродами, подсоединен компрессор, при этом средство подвода исходной воды, блок электрохимического окисления с растворимым анодом, блок электрохимического окисления с нерастворимыми электродами, фильтр и накопительная емкость для очищенной воды соединены между собой последовательно.
Краткое описание чертежей и иных материалов
На фиг. дано устройство электрокоагуляционной очистки подземных вод от бора, общий вид.
Осуществление полезной модели
Устройство электрокоагуляционной очистки подземных вод от бора состоит из средства (на фиг. не показано) подвода исходной воды, блока 1 электрохимического окисления с растворимым анодом, к которому в верхней части подсоединен источник питания 2 постоянного тока, блока 3 электрохимического окисления с нерастворимыми электродами, к которому в верхней части подсоединены компрессор 4 для подачи воды из блока 1 и источник питания 5 постоянного тока, а в нижней части блока 3 электрохимического окисления с нерастворимыми электродами, установлены фильтр (на фиг. не показан) и накопительная емкость (на фиг. не показана) с патрубками для очищенной подземной водой, при этом средство подвода исходной жидкости, блок 1 электрохимического окисления с растворимым анодом, блок 3 электрохимического окисления с нерастворимыми электродами, фильтр и накопительная емкость с патрубками для очищенной воды соединены между собой последовательно.
Устройство электрокоагуляционной очистки подземных вод от бора эксплуатируют следующим образом.
2+
3
3
2
4
7
3
5
9
Из средства подвода подземной исходной воды, исходную воду, например, с помощью насоса подают в блок 1 электрохимического окисления с растворимым анодом, включают источник питания 2 постоянного тока, подсоединенный в верхней части к блоку 1 электрохимического окисления с растворимым анодом, при этом под действием электрического тока на растворимом аноде блока 1 образуются ионы железа, которые переходят в раствор, окисляются и осаждаются в виде гидроокиси железа, причем в процессе осаждения, хлопья гидроокиси железа коагулируют и сорбируют борат-ионы, а для более глубокого окисления двухвалентного железа, воду после блока 1 с помощью компрессора 4 подают в блок 3 электрохимического окисления с нерастворимыми электродами, а так как блок 1 электрохимического окисления с растворимым анодом последовательно соединен с блоком 3 электрохимического окисления с нерастворимыми электродами, и к последнему, в верхней части, подсоединены компрессор 4 для подачи воды и источник питания 5 постоянного тока, то после подачи тока на блок 3, на нерастворимом электроде образующийся кислород способствует доокислению ионов Fe и, как следствие, более глубокой очистке воды от бора. В природных водах бор встречается исключительно в виде оксидных соединений, в основном, в виде недиссоциированной борной кислоты НВО и некоторых боратов - остатков полиборных кислот НВО, НВО и др.
Наименьшее количество бора содержится в пресных грунтовых водах, от следов до 0,6 мг/л, в грунтовых водах зоны континентального засоления концентрация бора значительно выше до 10-15 мг/л (см. Беус А.А. Геохимия окружающей среды / А.А. Беус, Л.И. Грабовская, Н.В. Тихонова. М.: Недра, 1976, 248 с). Интенсивность выщелачивания бора из пород растет с повышением температуры и давления, поэтому наиболее высокое содержание наблюдается в глубинных подземных водах осадочных отложений до 15 мг/л, при этом важным параметром электрокоагуляционной очистки подземных вод от бора является значение рН. Исходная вода имеет слегка щелочной рН 7,5-7,8, а, как известно, процесс соосаждения борат-ионов с гидроксидами металлов наиболее интенсивно протекает в области рН 8-10. С одной стороны, гидрат закиси железа коагулирует лишь при рН>9-9,5, в то время как гидрат окиси железа - при более низких значениях рН, поэтому обеспечивают условия для окисления двухвалентного железа в трехвалентное, однако на практике скорость окисления двухвалентного железа растворенным в воде кислородом происходит только при значениях рН>7,5-8,0 (см. Драгинский В.Л. Коагуляция в технологии очистки природных вод / В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева, С.В. Гетманцев. Изд. М.: 2005. 576 с), при этом при недостаточной величине рН воды или при недостатке растворенного кислорода, железо может оставаться в воде. Таким образом, для хорошей коагуляции необходимо, во-первых, обеспечить величину рН воды более 8,0 и, во-вторых, окисление двухвалентного железа в трехвалентное, что осуществляют, в блоке 3 доокисления, причем с другой стороны, в щелочной среде бор находится в наиболее подвижных формах тетра-, пента-, гекса- и других полиборатов, поэтому исходную воду предварительно подщелачивают 10% суспензией гидроксида кальция до рН 9-10, при этом имеется большой ассортимент коагулянтов, например, сульфат алюминия, разные виды оксихлорида алюминия, смешанные коагулянты, содержащие катионы Al и Fe, Al и Na, коагулянты-флокулянты, а также различные виды флокулянтов анионного и катионного типов. Значение этих коагулянтов заключается в том, что они способны образовывать гидрофобные коллоидные системы, которые образуют хлопья при коагуляции и при осаждении захватывают частицы различных загрязнителей, (см. Драгинский В.Л. Коагуляция в технологии очистки природных вод / В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева, C.B. Гетманцев. Изд. М: 2005. 576 с), а так как в нижней части после блока 3 электрохимического окисления с нерастворимыми электродами, установлен фильтр, то вода дополнительно проходит фильтрацию и поступает в накопительную емкость для очищенной подземной воды для дальнейшего использования.
2+
3+
Таким образом, в зависимости от исходной концентрации бора в подземной воде, которая варьируется от 1,2 до 2 мг/л в разное время года, разных регионах, необходимо добавлять в очищаемую воду от 5 до 10 мг/л железа, это можно осуществлять либо введением реагентов (коагулянтов), либо более экономически выгодным путем - получением коагулянта непосредственно в воде с помощью блока 1 электрохимического окисления, на аноде которого, выделяются ионы Fe и окисляются в блоке 3 кислородом воздуха до Fe. Таким образом, устройство позволяет получить питьевую воду, полностью удовлетворяющую нормативным требованиям (см. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества" (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 26 сентября 2001 г. N 24).
Предлагаемая полезная модель по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- упрощение конструкции;
- высокая степень очистки подземных вод;
- невысокие энергозатраты.