СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR ELECTROCHEMICAL TREATMENT OF WATER AND APPARATUS FOR IMPLEMENTING SAID METHOD

Изобретение относится к электрохимическим методам очистки воды и может быть использовано при разработке и конструировании устройств электрохимической очистки питьевой воды для предприятий общественного питания, для квартир, офисов, детских дошкольных учреждений, лечебных учреждений, школ и пр.
Известен способ электрохимической очистки питьевой воды (RU №2180322), включающий ее обработку с использованием пакета параллельных растворимых электродов в режиме заполнения реактора, после наполнения которого пакет растворимых электродов отключают и обрабатывают воду в непроточном режиме электрофлотацией, после подъема образовавшегося коагулянта к поверхности электрофлотацию отключают, коагулянт сливают, а обработанную воду фильтруют.
Известен способ электрохимической очистки питьевой воды по патенту №2334682, включающий ее обработку с использованием пакета параллельных растворимых электродов в проточном режиме в отдельном электродном блоке и электрофлотацией в режиме наполнения и отстаивания в реакторе-отстойнике, при этом в течение всего периода обработки воду в электродном блоке насыщают водородом, а в реакторе-отстойнике кислородом, после наполнения реактора-отстойника подачу воды прекращают и отключают пакет параллельных растворимых электродов в электродном блоке, а после подъема коагулянта к горловине реактора-отстойника отключают электроды электрофлотации и прекращают подачу водорода и кислорода.
По своему назначению и технической сущности данный способ является близким к предлагаемому техническому решению и по максимальному количеству сходных существенных признаков выбран за прототип.
Недостатками способа, выбранного за прототип, являются трудности технической реализации раздельной подачи газов и громоздкость оборудования, не обеспечивается необходимая эффективность удаления из реактора-отстойника хлопьев образовавшегося коагулянта и часть их остается в обработанной воде в виде тонкодисперсной взвеси, в которой также могут присутствовать продукты органических соединений, что существенно ухудшает физико-химические, санитарно-эпидемиологические и органолептические свойства поступающей в фильтровальную емкость (или сепаратор) и далее к потребителю обработанной питьевой воды.
Целью изобретения является оптимизация электрохимических процессов обработки воды в автоматическом режиме, а также обеспечение необходимой эффективности удаления хлопьев образовавшегося коагулянта, предотвращение попадания тонкодисперсных взвесей в фильтровальную емкость (или сепаратор), следствием чего станет существенное улучшение физико-химических, санитарно-эпидемиологических и органолептических свойств обрабатываемой питьевой воды.
По предлагаемому способу электрохимической очистки питьевой воды исходную воду обрабатывают в проточном режиме в отдельном электродном блоке пакетом параллельных растворимых электродов, из электродного блока воду направляют в реактор-отстойник, в котором подвергают электрофлотации с использованием пакета нерастворимых электродов в режиме наполнения и отстоя, сужают образующийся в процессе электрофлотокоагуляции и флотируемый к поверхности емкости реактора-отстойника поток коагулянта с соблюдением непрерывности этого потока, тормозят поток флотируемого коагулянта за счет резкого расширения канала подъема в области горловины емкости реактора-отстойника, отсекают поток флотируемого коагулянта в области начала его резкого расширения путем перекрытия канала подъема потока коагулянта водоизмещающим коническим телом, вытесненный объем воды направляют на повышение уровня коагулянта, сброс коагулянта осуществляют вытесненным объемом воды путем резкого изменения направления движения отсеченной части потока коагулянта, сбрасывают с повышенной скоростью отсеченный поток коагулянта, подвергают при сливе оставшуюся в емкости реактора-отстойника воду финишной очистке путем подачи напряжения питания на пакет нерастворимых электродов размещенных в потоке сливаемой воды, отображают информацию о процессах электрокоагуляции, электрофлотации, флотации, отстаивания, сброса шлама и слива очищенной воды на световом табло, включают световую индикацию и звуковую сигнализацию при необходимости замены узлов устройства.
Введение указанных признаков в способ электрохимической очистки питьевой воды обеспечивает стабилизацию анодного растворения в электродном блоке, окисление органических примесей, обеззараживание, эффективную флотацию хлопьев образовавшегося в реакторе-отстойнике коагулянта к поверхности, что способствует его эффективному удалению, предотвращает попадание тонкодисперсных взвесей к потребителю и, следовательно, улучшает физико-химические, санитарно-эпидемиологические и органолептические свойства обработанной, поступающей к потребителю воды.
Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения. Поэтому можно считать, что предложенное решение соответствует условию изобретательского уровня.
Способ реализуется в устройстве, которое относится к устройствам для электрохимической очистки питьевой воды и может быть использовано в бытовых условиях для доочистки питьевой воды, а также для очистки природных вод и доведения физико-химических и органолептических свойств до соответствия требованиям, предъявляемым к питьевой воде.
Электрохимические методы позволяют наиболее эффективно очищать воду от антропогенных примесей (Н.В.Миклашевский, С.В.Королькова. Чистая вода. Системы очистки и бытовые фильтры. СПб: ВХВ-Санкт-Петербург, изд. Группа «Арлит», 2000, с.154).
Известно устройство для электрохимической очистки питьевой воды по патенту №36825, содержащее источник питания, емкость реактора с расположенным в ней пакетом растворимых электродов, емкость фильтра с фильтровальным элементом и установленным в полости реактора подвижным обратным конусом, устройство снабжено средством удаления коагулянта из обратного конуса, которое выполнено в виде гибкого шланга, сообщающего внутреннюю полость обратного конуса в области его вершины с наружным пространством.
Указанное устройство для электрохимической очистки питьевой воды по патенту на ПМ №36825 по максимальному количеству сходных существенных признаков, таких как источник питания, емкость реактора с пакетом электродов, подвижный обратный конус, средство удаления коагулянта в виде гибкого шланга, сообщающего внутреннюю полость обратного конуса в области его вершины с наружным пространством, емкость фильтра с фильтровальным элементом, принимается за прототип.
Недостатком выбранного за прототип устройства является громоздкость конструкции, трудности технической реализации, малая эффективность процесса удаления коагулянта, собирающегося у горловины емкости с пакетом электродов, попадание оставшегося в емкости реактора избытка коагулянта на фильтровальный элемент и существенное сокращение ресурса фильтровального элемента до регенерации.
Целью настоящего технического решения является повышение эффективности процессов электрофлотокоагуляции, флотации, упрощение конструкции устройства, автоматизация процесса удаления коагулянта из емкости реактора и, как следствие, увеличение ресурса фильтровального элемента, качественное улучшение физико-химических характеристик, органолептических свойств и санитарно-эпидемиологических характеристик очищаемой воды.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что устройство содержит источник питания, емкость реактора с расположенным в ней пакетом растворимых электродов, устройство сброса коагулянта, включающее подвижный водонепроницаемый обратный конус, снабженный в области его вершины каналом сброса коагулянта, емкость фильтра с фильтровальным элементом, реактор-отстойник с пакетом нерастворимых электродов, в верхней части ректора-отстойника размещено устройство сброса коагулянта, включающее тарелку сбора коагулянта и канал сброса, снабженный клапаном сброса коагулянта, в нижней части реактора-отстойника расположено устройство слива очищенной воды в емкость фильтра с фильтровальным элементом, включающее канал слива, с расположенными в этом канале дополнительным пакетом нерастворимых электродов и клапаном слива очищенной воды, а источник питания оснащен блоком подачи питания на аппаратуру индикации и звуковой сигнализации в реакторе-отстойнике.
Это техническое решение достигается следующим путем. Подвижный обратный конус размещен над горловиной емкости реактора-отстойника с погружением в эту горловину на рассчитанную величину и не соприкасаясь со стенками реактора-отстойника, это создает в горловине реактора-отстойника сужающийся канал для повышения скорости флотируемого коагулянта. Площадь основания конуса превышает площадь горловины емкости реактора-отстойника на рассчитанную величину и по геометрической форме повторяет геометрическую форму горловины емкости реактора-отстойника. На основании конуса размещен и закреплен плунжер, геометрическая форма площади основания плунжера повторяет геометрическую форму площади основания подвижного обратного конуса. Высота плунжера рассчитана заранее. По периметру внешней стороны стенок горловины реактора-отстойника размещена и закреплена к этим стенкам без зазора емкость в виде тарелки для сбора коагулянта. Высота внешней стенки этой тарелки превышает высоту ее стенки, закрепленной к горловине реактора-отстойника, и высоту уровня самой горловины реактора-отстойника на рассчитанную величину.
Средство удаления коагулянта размещено с тыльной стороны тарелки и снабжено клапаном, отсекающим внутреннюю полость средства удаления коагулянта от наружного пространства.
В нижней части реактора-отстойника размещено средство слива очищенной воды. Внутри средства слива последовательно друг за другом размещены пакет нерастворимых электродов, при подаче напряжения питания на который вода внутри средства слива подвергается электрофлотации, и клапан, отсекающий средство слива от наружного пространства.
В нижней части реактора-отстойника размещено устройство аварийного сброса воды из него.
Информация о процессах электрокоагуляции, электрофлотации, флотации, отстаивания, сброса коагулянта и слива очищенной воды осуществляется отображением на табло.
Система автоматического включения световой индикации и звуковой сигнализации выполнена с целью определения момента необходимости замены узлов устройства.
Источник питания и управления оснащен блоком подачи напряжения питания на блоки световой индикации и звуковой сигнализации.
Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого технического решения.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графическими материалами, где на фиг.1 представлена конструктивная схема устройства прототипа, на фиг.2 - конструктивная схема предлагаемого устройства, на фиг.3 - конструктивная схема работы реактора-отстойника по завершению процесса флотации коагулянта к поверхности реактора-отстойника, на фиг.4 - конструктивная схема работы реактора-отстойника при отсечке и сбросе коагулянта.
Предлагаемое устройство фиг.2, также как и прототип фиг.1, содержит источник питания и управления 1, емкость реактора 2 с пакетом растворимых электродов 3, фильтровальную емкость 9 с фильтровальным элементом 10, обратный подвижный конус 4 со штоком 5 и средство удаления шлама, включающее патрубок 7 и и клапан сброса коагулянта 16. У прототипа (фиг.1) средство удаления шлама 29, в наружное пространство 28.
В отличие от прототипа, фиг.1, предлагаемое устройство фиг.2 содержит реактор-отстойник 12, в котором также установлен подвижный обратный конус 4 со штоком 5.
С внешней стороны горловины 14 емкости реактора-отстойника 12, вдоль всего ее периметра размещена и без зазора к горловине 14 закреплена своей внутренней стенкой емкость в виде тарелки 15 для сбора коагулянта 6 с присоединенным к этой тарелке 15 патрубком 7 и клапаном 16 удаления коагулянта 6. Высота внешней стенки тарелки 15 для сбора коагулянта 6 превышает уровень седла горловины 14 реактора-отстойника 12 на рассчитанную величину.
На основании подвижного обратного конуса 4 размещен и закреплен плунжер 23, высота плунжера рассчитана заранее. Площади оснований плунжера 23 повторяют площадь основания конуса 4. При этом площадь основания конуса 4 превышает площадь седла горловины 14 емкости реактора-отстойника 12 на рассчитанную величину.
Работа устройства.
После обработки в проточном режиме в реакторе 2 (фиг.2) отключают пакет растворимых электродов 3. Вода через ручной регулировочный клапан 11 поступает в реактор-отстойник 12 (фиг.2) с пакетом нерастворимых электродов 13, где, при подаче напряжения питания источником 1 на блок нерастворимых электродов 13, подвергается электрофлотации. Коагулянт 6 поднимается к горловине реактора-отстойника 12. Происходит процесс флотации и отстаивания. После заполнения реактора-отстойника 12 снимается напряжение питания с электродов 13.
На фиг.3 схематически изображено завершение процессов электрофлотации, флотации и отстаивания.
Подвижный обратный конус 4 погружен в емкость реактора-отстойника 12 на рассчитанную величину. Коагулянт 6 поднят над седлом горловины 14 емкости реактора-отстойника 12. При этом часть коагулянта 6 находится в тарелке 15. Клапан 16, отсекающей патрубок 7 удаления коагулянта 6 от наружного пространства 8, закрыт.
На фиг.4 схематически изображен процесс удаления коагулянта 6 из тарелки 15.
После подъема коагулянта 6 над седлом горловины 14 емкости реактора-отстойника 12 подвижный обратный конус 4 с размещенным на нем плунжером 23 с помощью штока 5 резко опускают на седло горловины 14. Отсекают коагулянт 6 путем перекрытия конусом 4 седла горловины 14 реактора-отстойника 12. При этом уровень коагулянта 6 в тарелке 15 увеличится за счет вытесненной конусом 4 из емкости реактора-отстойника 12 обработанной воды. Открывается клапан 16 сброса коагулянта 6 из тарелки 15 через патрубок 7 удаления коагулянта 6 в наружное пространство 8. Коагулянт 6 удаляется, клапан 16 закрывается.
На фиг.4 схематически изображен процесс слива обработанной воды из емкости реактора-отстойника 12.
Штоком 5 поднимают конус 4 с плунжером 23. Подают питающее напряжение на пакет нерастворимых электродов 18, размещенных в средстве слива 17 обработанной воды. Открывают клапан 19. Вода из емкости реактора-отстойника 12 через средство слива 17 и открытый клапан 19, подвергаясь в средстве слива 17 электрофлотации, поступает к потребителю через фильтровальную емкость 9 с фильтровальным элементом 10.
Клапан 27 открывают при необходимости проведения профилактических работ с реактором-отстойником 12.
После понижения уровня обработанной воды в емкости реактора-отстойника 12 до рассчитанного отключают пакет нерастворимых электродов 18. Клапан 19 закрывается. Слив воды в фильтровальную емкость 9 прекращается. Устройство готово к работе со следующей порцией исходной воды.
Блоки 20, 21, 22 подачи питания на срабатывание систем световой индикации и звуковой сигнализации расположены в блоке питания и управления 1 фиг.1.
Для проверки предлагаемого способа электрохимической очистки воды были собраны и испытаны экспериментальные модели. Обработке подвергли воду из городского водопровода г.Санкт-Петербурга. Профильтрованную после обработки воду анализировали по следующим показателям: мутность, цветность, вкус, запах, перманганатная окисляемость, показатель кислотно-щелочного баланса (рН), окислительно-восстановительный потенциал. Получены следующие результаты:
- мутность, мг/л
исх. - 0-5;
обр. - 0
- цветность, град.
исх. - 20-30
обр. - 0
- вкус, баллы
исх. - 2-4
обр. - 0-1
-запах, баллы
исх. - 2-4
обр. - 0
- перманганатная окисляемость, МgO<sub>2</sub>/л
исх. - 12-15
обр. - 1,9-2,4
- рН
исх. - 6,2-6,6
обр. - 6,9-7,5
окислительно-восстановительный потенциал (мВ)
исх. +220
обр. - 450
Полученные результаты позволяют считать предложенный способ электрохимической очистки питьевой воды эффективным, соответствующим цели изобретения.