Устройство для очистки воды
WATER PURIFICATION DEVICE

Изобретение относится к химической технологии, а именно к устройству для электрохимической очистки воды, и может быть использовано для очистки и обеззараживания воды, в частности промышленных и бытовых сточных вод.
Уровень техники
Из заявки CN 113562816 A, опублик. 29.10.2021, Кл. C02F 1/30, C02F 1/461, известно устройство электрохимической мембранной очистки, которое содержит корпус, мембранные электроды на двух концах корпуса, входной и выходной трубопроводы для воды, при этом расстояние между мембранами электрода можно гибко и быстро регулировать.
Из патента US 11008231 В2, опублик. 18.05.2021, Кл. С25В 1/04, C02F 1/461, C02F 1/467, известно устройство для электрохимической обработки сточных вод, которое имеет по меньшей мере одну электролизную ячейку, содержащую множество узлов электродов, электроды в которых расположены таким образом, что сточные воды, подлежащие очистке, направляются через отверстия в электродах.
Из патента РФ №2151104 С1, опублик. 20.06.2000, Кл. C02F 1/463, C02F 1/48, известно устройство для электрохимической очистки воды содержащее корпус, подводящий и отводящий патрубки воды, при этом емкость корпуса разделена перегородками на камеры, которые сообщены между собой отверстиями для прохода воды, при этом в средней камере размещен электрокоагулятор с вертикальными пластинчатыми растворимыми электродами, в которых выполнены прорези таким образом, что при виде на плоскость электродов они имеют форму зигзага, а в других камерах, размещены электромагнитные системы, каждая из которых выполнена из нерастворимых и неизолированных плоских электродов, одни из которых выполнены в виде П-образных зигзагов, в пространстве которых перпендикулярно установлены другие, образующие соленоид.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является известное из патента RU 2733618 С1, опублик. 05.10.2020, Кл. C02F 1/00, устройство для электрохимической обработки воды, включающее крышку, на которой жестко закреплены патрубки для подвода и отвода жидкости, разделенные перегородкой, патрубок для отвода газа, съемный цилиндрический корпус, соединяемый с крышкой посредством запорного устройства, электрохимическую ячейку, содержащую коаксиально расположенные внешний и внутренний электроды и трубу для отвода обработанной жидкости, имеющие форму водопроницаемых полых цилиндров, причем электроды выполнены из титанового сплава с покрытием из переходного металла, а электрохимическая ячейка в сборе закреплена на крышке с помощью держателей, в котором внешний и внутренний электроды установлены относительно друг друга с односторонним зазором 6≤δ≤9,5 мм и выполнены из титанового сплава с содержанием титана более 99%.
В известном устройстве вода подвергается электролизу не равномерно, поскольку отверстия в электродах расположены хаотично (не равномерно). То есть, в каких-то местах, где отверстия электродов расположены близко друг к другу, вода проходит, почти не подвергнувшись электролизу, а в местах, где отверстия расположены далеко друг от друга, вода получает излишнюю обработку. Неравномерное расстояние, которое проходят электроны воды, является причиной неравномерного износа электродов. Чем больше точек деградации поверхности электродов, тем меньше становится площадь рабочей поверхности электрода, и тем больше увеличивается неравномерность расстояний, через которые проходят электроны воды. То есть ещё больше увеличивается деградация.
Недостатками известных из уровня техники устройств являются неравномерная обработка воды электролизом, недостаточно высокое качество очистки воды и неравномерный износ электродов.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является повышение эффективности очистки воды и увеличение срока службы устройства для очистки воды.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышение эффективности очистки воды, увеличении срока службы устройства для очистки воды и обеспечении безопасности для человека.
Технический результат достигается при использовании устройства для электрохимической очистки воды, включающем корпус, патрубок для подвода воды, патрубок для отвода воды, перегородку, разделяющую внутреннюю полость корпуса и состоящую из ложементов, расположенных на равном расстоянии друг от друга, образующих щели, одинакового размера, при этом в ложементах перегородки установлены электроды анод и катод, расположенные в параллельных плоскостях друг напротив друга, изготовленные из титана и покрытые металлом платиновой группы, например, рутением, родием, палладием, осмием, иридием, платиной, при этом отношение суммарной площади проходных сечений щелей перегородки к площади проходного сечения входного патрубка для подвода воды составляет 1:22 (т.е. суммарная площадь проходных сечений щелей перегородки больше площади проходного сечения входного патрубка для подвода воды в 22 раза), а расстояние между электродами составляет от 4 до 5 мм.
Перегородка устройства для электрохимической очистки воды может быть выполнена в двух вариантах, а именно состоящей из ложементов прямоугольной формы или состоящей из ложементов фигурной формы.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - общий вид устройства для электрохимической очистки воды;
фиг. 2 - трехмерное сечение устройства для электрохимической очистки воды в варианте выполнения перегородки с прямоугольными ложементами;
фиг. 3 - трехмерное сечение устройства для электрохимической очистки воды в варианте выполнения перегородки с фигурными ложементами.
На фигурах используются следующие обозначения:
1 - корпус,
2 - патрубок для подвода воды,
3 - патрубок для отвода воды,
4 - анод,
5 - катод,
6 - перегородка,
7 - щели.
На фиг. 1 изображено устройство для электрохимической очистки воды, включающее корпус 1 с патрубком 2 для подвода воды и патрубком 3 для отвода воды. Внутри полости корпуса 1 имеется перегородка 6 со щелями 7. Перегородка представляет собой набор ложементов, расположенных на равном расстоянии друг от друга, образующих щели, одинакового размера. На ложементах имеются электроды: анод 4 и катод 5. Электроды анод 4 и катод 5 расположены в параллельных плоскостях друг напротив друга в образующем щель 7 пространстве и составляют пару электродов. Расстояние между электродами равно 4 мм. Отношение суммарной площади проходных сечений щелей перегородки к площади проходного сечения входного патрубка для подвода воды составляет 1:22.
В варианте выполнения устройства для электрохимической очистки воды могут быть устроены по два входных и по два выходных патрубка для удобства монтажа и экономии труб и фитингов. При этом из них неиспользуемые могут быть закрыты заглушками.
Количество ложементов с электродами и соответственно количество пар анод и катод в перегородке может варьироваться. В зависимости от площади проходного сечения патрубка для подвода воды устанавливается требуемое количество пар электродов анод и катод, чтобы обеспечить отношение суммарной площади проходных сечений щелей перегородки к площади проходного сечения входного патрубка для подвода воды равным 1:22. При этом площади рабочих поверхностей электродов анода и катода равны друг другу, как в варианте выполнения ложементов перегородки прямоугольными, так и в варианте выполнения ложементов перегородки фигурными.
На фиг. 2 показан вариант выполнения устройства для электрохимической очистки воды с ложементами прямоугольной формы, электроды в которых расположены в горизонтальной плоскости. Электроды в ложементах прямоугольной формы имеют выходящие за пределы корпуса изолированные и герметичные контакты, которые соединяются проводниками по внешней стороне корпуса. Трехмерное сечение устройства для электрохимической очистки воды в варианте выполнения перегородки с ложементами прямоугольной формы иллюстрирует конструкцию перегородки 6 с выполненными в ней щелями 7. Стрелкам показано направление прохода воды через щели 7 перегородки 6.
На фиг. 3 показан вариант выполнения перегородки с ложементами, имеющими фигурную форму, электроды в которых расположены в вертикальной плоскости. В варианте выполнения устройства для очистки воды с фигурными ложементами от электродов из корпуса выходят только два контакта для подсоединения подачи тока. В таком варианте выполнения устройства в перегородке образуется S-образная щель. Стрелками показано направление прохода воды через щели 7 перегородки 6.
Устройство для электрохимической очистки воды работает следующим образом.
Вода, подлежащая обработке, поступает через патрубок 2 для подвода воды в полость корпуса 1. На расположенные в перегородке 6 внутри корпуса 1 электроды: анод 4 и катод 5 подаётся постоянный ток с фиксированной силой тока 4-5 ампер в пределах 36 вольт. В полости корпуса 1 вода, подлежащая обработке, просачивается через расположенные в перегородке 6 щели 7, внутри которых имеются электроды 4 и 5. При этом обеспечен контроль линейной скорости потока воды в межэлектродном пространстве с выбором наиболее оптимальной скорости прохождения воды через щели между электродами за счет выполнения элементов конструкции устройства с соотношением суммарной площади проходных сечений щелей перегородки к площади проходного сечения патрубка для подвода воды равным 1:22. В процессе прохождения воды через щели 7 с электродами 4 и 5 осуществляется электролиз. В результате выбора наиболее оптимальной скорости прохождения воды через межэлектродное пространство щели происходит плотное насыщение воды газами в процессе электролиза. За счет того, что щели 7 перегородки 6 имеют одинаковые размеры и расположены в перегородке 6 на равном расстояние друг от друга осуществляется равномерный электролиз всего подлежащего обработке объема воды. Равномерный электролиз воды в свою очередь позволяет равномерно задействовать поверхность электродов. В процессе электролиза в воде в межэлектродном пространстве начинает выделяться атомарный и молекулярный кислород, озон, хлор из растворенных в воде хлоридов в виде очень мелких пузырьков. Все эти газы являются сильными окислителями, они окисляют растворенные в воде примеси и переводят их в нерастворенную форму оксидов, которые в свою очередь при попадании с потоком воды в следующий фильтр и фильтруются любым подходящим механическим фильтром. В результате электролиза происходит окисление железа, сероводорода, органических примесей и обеззараживание воды. Обработанная вода через патрубок 3 отвода жидкости поступает к потребителю.
Благодаря конструкции заявленного устройства для электрохимической очистки воды вся вода равномерно подвергается электролизу проходя через расположенные на равном расстояние друг от друга щели одинакового размера. Кроме того, равномерный электролиз воды обеспечивает равномерный износ электродов и соответственно гораздо более длительный срок их службы.
Дополнительно выполнение конструкции устройства с соотношением суммарной площадь проходных сечений щелей перегородки к площади проходного сечения патрубка для подвода воды равным 1:22 позволяет контролировать линейную скорость потока воды в межэлектродном пространстве и установить наиболее оптимальную скорость прохождения воды через щели между электродами, что приводит к более плотному насыщению воды газами в результате электролиза, и соответственно к более качественному очищению воды.
Расстояние между электродами в диапазоне от 4 до 5 мм обеспечивает напряжение тока, не превышающее 36 Вольт, не создает угрозы здоровью человека и использование устройства для электрохимической очистки воды является безопасным для человека.
Таким образом, заявленное устройство для электрохимической очистки воды позволяет осуществить равномерный электролиз всего объема подлежащей обработке воды, что обеспечивает эффективную очистку воды, а также равномерный износ электродов и длительный срок их службы.
Пример.
Вода, подлежащая обработке, содержала в себе растворенные железо 3,84 мг/л, марганец 0,33 мг/л, сероводород 0,003 мг/л.
2
Вода была обработана в заявленном устройстве для электрохимической очистки воды, выполненным из инертного пластика. Полость корпуса устройства для очистки воды разделена перегородкой, разделяющей состоящую из ложементов, расположенных на равном расстоянии друг от друга, образующих щели, одинакового размера, в ложементах которой установлены электроды анод и катод, расположенные в параллельных плоскостях друг напротив друга, изготовленные из титана и покрытые металлом платиновой группы. Проходное сечение патрубка для подводы составляло 20 мм. Отношение суммарной площади проходных сечений щелей перегородки к площади проходного сечения входного патрубка для подвода воды составляло 1:22 (т.е. суммарная площадь проходных сечений щелей перегородки больше площади проходного сечения входного патрубка для подвода воды в 22 раза). На электроды подавался постоянный ток с фиксированной силой тока 4-5 ампер в пределах 36 вольт. Вода, подлежащая обработке, подавалась через патрубок для подвода воды в полость корпуса и просачивалась через щели перегородки с электродами.
По результатам обработки вода содержала в себе железо 0,1 мг/л, марганец 0,001 мг/л, сероводород 0 мг/л.
После проведения очистки воды поверхности электродов не имели отложений.
Следовательно, устройство для электрохимической очистки воды обеспечивает эффективную обработку воды и способствует преждевременному износу электродов, а также безопасно при его использовании.