Электролизер станции обеззараживания воды

Полезная модель предназначена, преимущественно, для использования на станциях обеззараживания питьевой и сточной воды и может быть использована на водопроводно-канализационных сооружениях.
Известными и широко распространенными являются стационарные хлораторные станции обеззараживания воды, осуществляющие хлорирование посредством использования завозимого жидкого хлора в баллонах или контейнерах (Абрамов Н.Н., Водоснабжение - М.: Стройиздат, 1982, с. 280-290).
Недостатком таких станций является необходимость постоянного контроля за безопасностью проводимых работ в виду использования взрывоопасного и высоко токсичного хлора, способного в случае утечки поражать не только обслуживающий персонал, но и население районов, прилегающих к водопроводным очистным сооружениям.
Для снижения вероятности возникновения аварийных ситуаций за счет выработки хлорирующего агента непосредственно на месте, используют установки, которые включают:
- блоки приготовления и дозирования хлорида натрия
- электролизеры различных модификаций (в которых хлор и гидроокись натрия связываются в гипохлорит натрия)
- баки-накопители гипохлорита натрия, из которых хлорирующий агент подается в обеззараживаемую воду (например, патент RU 2090519 С1).
Известная установка (патент RU 2090519 С1) включает электролизер, с разделенными анодной и катодной камерами, блок приготовления и дозирования раствора электролита, систему коммуникаций, проточную магистраль для воды, эжектор, установленный в проточной магистрали для воды и коллектор-сепаратор.
Блок приготовления и дозирования раствора электролита включает растворный блок, осмотический дозатор и трубопроводы, образующие циркуляционный контур электролита.
Установка также содержит блок очистки раствора электролита от солей жесткости и приборы контроля.
Основным недостатком этой и аналогичных станций, является не достаточное соответствие современным требованиям к организации и эксплуатации систем, используемых на водопроводно-канализационных сооружениях, а именно обеспечение постоянного контроля качества и безопасности технологического процесс, удобство монтажа и технического обслуживания оборудования станции.
Известна станция для обеззараживания воды (патент RU 2281252 С2), которая, также как и другие аналоги, включает:
блок подготовки рабочих растворов, блок подачи и дозирования рабочих растворов, блок управления и энергетики, электролизер мембранный, имеющий опорные и прижимные рамы, блок отделения газообразной фазы, блок хлорирования, баки-накопители щелочи
При этом блок подачи и дозирования рабочих растворов состоит из регулировочного бачка, солевого бака, насоса-дозатора, аккумулирующей емкости, ротаметра.
Электролизер мембранный состоит из биполяра, монополяра анода, монополяра катода, прижимной рамы, опорной рамы, биметаллической плиты, листа перфорированного или просечно-вытяжного, ионообменной сульфокатионитной мембраны
Станция также включает эжектор, фильтр очистки воды, поступающей в электролизер, накопитель щелочи, насос, теплообменник, резервную накопительную емкость, контактный резервуар, тиристорный выпрямитель тока.
Преимуществом данной станции по сравнению с аналогами является то, что установка по получению дезинфектанта позволяет получать хлорагент повышенной бактерицидной активности без использования жидкого хлора, что исключает возможность залпового выброса ядовитых и токсичных веществ в атмосферу и практически сводит к минимуму вероятность возникновения аварий.
Однако в известном техническом решении никак не решается известная проблема неудовлетворительного внутреннего перемешивания электролитов в электролизере.
Эта проблема решается в биполярном электролизере с ионообменной мембраной для электролиза водного раствора электролитов (патент RU 2190701 C2), выполненном из множества элементарных электролитических ячеек, каждая из которых ограничена парой элементов и парой периферийных прокладок, при этом ионообменная мембрана расположена между каждыми из указанных элементов, содержащий пару листов, снабженных периферийным фланцем, пригодным для заключения в нем периферийных прокладок, и множеством выступов, имеющих плоский верх, и вертикальных выемок, опорный каркас, размещенный между фланцами обоих листов, проводящие элементы для электрического соединения каждого выступа одного листа с соответствующим выступом другого листа, удлиненные облицовочные плитки, расположенные вертикально над выемками для образования переточных каналов, дефлектор в верхней части каждого листа, находящийся вблизи, но не в контакте с внутренней кромкой периферийного фланца и снабженный соединительными отверстиями, при этом каждая выемка снабжена удлиненной облицовочной плитой, распределитель для подачи водного раствора электролитов, расположенный в нижней части каждого листа вдоль внутренней кромки периферийного фланца, вертикальный переточный канал для выпуска истощенных водных растворов и продуктов электролиза, расправленный лист или сетку, соединенную с плоской поверхностью выступов каждого листа, при этом указанный расправленный лист или сетка снабжены электрокаталитическим покрытием для электрохимической реакции.
Одним из предпочтительных вариантов известного электролизера является выполнение распределителей для подачи электролитов с несколькими отверстиями.
Недостатком известной конструкции является выход отверстий вверх в распределителе, расположенном в нижней части емкости, что приводит к засорению отверстий продуктами электролиза, в частности, оседающим гидроксидом натрия.
В качестве прототипа выбран электролизер, предназначенный для получения хлорагента для станций обеззараживания воды (патент RU 2471891 C2), снабженный опорной и прижимными рамами для электродных биполярных камер, выполненных из биметаллического листа (сталь+титан) и разделенных сульфокатионитной мембраной, содержащий анодную и катодную камеры, имеющие прямоугольную форму и включающие силовые рамки, при этом опорная и прижимные рамы для электродных биполярных камер изготовлены из профильных труб; анодные и биполярные камеры выполнены из биметаллического листа, полученного путем сварки листов вставными биметаллическими (сталь+титан) элементами; анодная и катодная камеры снабжены встроенными теплообменниками, одна из частей которых образована путем размещения укороченных металлических разделительных полос внутри камер и герметичного укрытия наружной поверхности камер металлическим листом, а вторая образована за счет выполнения силовых рамок камер полыми.
В решении-прототипе электролит (солевой раствор NaCl) подается через штуцеры в нижней части электролизера (в одной из боковых стенок).
Техническая проблема заключается в недостаточном перемешивании электролита, а также в высокой вероятности окклюзии (закупоривании) отверстий (штуцеров) подачи электролита, которая может привести к значительным отклонениям концентрации электролитов и, например, к повреждению ионообменных мембран в мембранных электролизерах. И то и другое непосредственно влияет на надежность продолжительной работы установки для обеззараживания воды. Соответственно устранение указанных технических проблем повысит продолжительность безаварийной работы установки в целом.
Указанная техническая проблема решается электролизергом для станции обеззараживания воды, предназначенный для соединения с другими блоками станции (основные боки станции обеззараживания воды: блок подготовки рабочих растворов, блок подачи и дозирования рабочих растворов, блок управления и энергетики, блок отделения газообразной фазы, блок хлорирования, баки-накопители щелочи - см., например: патент RU 113735 U1), снабженный опорной и прижимными рамами для электродных камер, разделенных мембраной. Согласно предложению, в нижнюю часть каждой анодной камеры, установлен распределитель электролита в виде трубки с отверстиями, направленными вниз.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана принципиальная технологическая схема получения хлора в электролизере-прототипе станции обеззараживания воды.
На фиг. 2 схематично показана анодная сторона электролизера-прототипа.
На фиг. 3 показана принципиальная технологическая схема получения хлора в предлагаемом электролизере станции обеззараживания воды.
На фиг. 4 схематично показана анодная сторона предлагаемого электролизера.
Установка обеззараживания воды содержит мембранный электролизер 1, в котором установлен распределитель электролита 2 с отверстиями 3.
Электролизер 1 для станции обеззараживания воды содержит распределитель 2 с отверстиями 3.
Установка обеззараживания воды работает следующим образом.
В электролизер 1 от блока подготовки рабочих растворов через распределители 2 подают солевой раствор (NaCl) с концентрацией 300-320 гр/дм3, приготовленный на умягченной воде из соли (хлорид натрия) "экстра" по ГОСТ 13830. В нижние штуцера катодных камер подают умягченную воду.
При прохождении тока через электролизер 1, происходит процесс электрохимического разложения раствора хлорида натрия, при этом на аноде выделяется хлор, а на катоде - водород и щелочь (едкий натр).
При подаче рабочего раствора (электролита) через несколько отверстий 3 распределителя 2 осуществляется интенсивное его перемешивание, что способствует гомогенности электролита во всем объеме, в частности устраняются зоны неравномерного распределения (фиг. 2). Направленность отверстий 3 вниз (к дну электролизера) снижает вероятность засорения их продуктами электролиза.