УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЯГКОЙ ВОДЫ

Настоящая полезная модель относится к области электрохимии, пищевой, медицинской, химической промышленности и, в частности, может быть использована для производства и очистки воды, для выделения различных химических веществ из жидкостных растворов и для различных производственных Процессов в пищевой промышленности, строительстве, химической промышленности и т.д.
Известна проблема, связанная с наличием в воде солей жесткости кальция (Са) и магния (Мg), которые приводят к зарастанию нагревающихся поверхностей в бойлерах, чайниках, трубах, отложению солей на сантехнической арматуре и выводит ее из строя.
Наличие этих соли при мытье оставляет налет на волосах и коже человека, создавая неприятное ощущение их «непромытости».
При стирке, взаимодействуя с ПАВами, мылом или стиральными порошками, соли жесткости связывают их и требуют большего расхода волы. В жесткой воде мыло плохо мылится, что является простейшим качественным тестом на жесткость воды.
В пищевой промышленности жесткая вода ухудшает качество продуктов, вызывая выпадение указанных солей при хранении. Это характерно для бутилированной питьевой воды, пива, соков, водки и других напитков. Даже при мытье бутылок жесткая вода оставляет несмываемые подтеки.
Для исключения или понижения жесткости воды, используемой для приготовления различных продуктов, четко регламентирована нормативными документами и должна находиться на уровне 0,1-0,4 мг-экв/л.
Известна установка для умягчения воды, содержащая блок из двух резервуаров для получения мягкой воды, заполненные ионообменной смолой, и резервуар для регенерации, заполненный материалом для регенерации.
Основной корпус служит опорой для блока резервуаров и обеспечивает управление переключением между режимами, питающий блок соединен непосредственно с водопроводной трубой для холодной/горячей воды и включает в себя первый и второй угловые клапаны, в которые подается сырая вода, первое и второе колена, прикрепленные к основному корпусу, и первую и вторую L-образные соединительные трубы, соединяющие первый и второй угловые клапаны, соответственно, с первым и вторым коленами. Выпускной блок обеспечивает выпуск мягкой воды, проточной воды и сточной воды после регенерации из основного корпуса, см. патент на изобретение РФ №2407707, C02F 5/00 от 10.10.2007.
В качестве прототипа выбран элктролизер, содержащий корпус, разделенный на секции предварительной электрообработки в виде катодной камеры, трубопровода, соединяющего секцию электрофлотационной очистки с анодной камерой, при этом анодная камера снабжена патрубками для ввода щелочной очищенной воды и вывода нейтрализованной воды, а камера смешения, расположена после катодной камеры, образованной тремя вертикальными переливными перегородками, при этом две последние перегородки по ходу движения очищаемой воды изготовлены из электропроводного материала и используются в качестве электродов, а камера смешения снабжена, расположенным в нижней ее части, патрубком, предназначенным для ввода раствора, см. патент РФ №2453502 на «Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлов и устройство для его осуществления», C02F 1/46, C02F 1/465, C02F 101/20 от 08.07.2010.
Однако известный электоролизер из-за своих конструктивных особенностей не обеспечивает высокую степень очистки получаемой мягкой воды, а также достаточно высокую производительность.
Целью создания настоящей полезной модели является достижение технического результата по повышению производительности очистки воды и достижению высокого качества мягкой воды.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в известном устройстве, содержащем резервуары - камеры, предлагается выполнить его в виде трехкамерного, электролизера, в котором к диаметрально противоположным стенкам центральной камеры прилегают анодная и катодная камеры, соединенные с центральной камерой посредством гравитационно-капиллярных мембран, выполненных в виде плоских фитилей, ширину электродов анодной и катодной камер предлагается выполнить равными ширине гравитационно-капиллярных мембран, электроды выполнить из меди и/или алюминия и/или луженой жести и/или нержавеющей стали и/или фольги и подключить их к источнику постоянного напряжения, а в нижней части центральной камеры расположить сливной патрубок. Кроме того, гравитационно - капиллярные мембраны предлагается выполнить в виде, образованных из трех-пятислойных хлопчатобумажных или льняных или конопляных полотен, лент толщиной 0,5-1 мм, предварительно прокипяченных в водном растворе - 6% уксусной или лимонной кислот, а объем анодной и катодной камер создать равным 0,1-0,3 объема центральной камеры.
Устройство поясняется графическими материалами. На Фиг.1 показана конструктивная схема устройства.
Устройство для получения мягкой воды состоит из:
1 - центральной камеры;
2 - анодной камеры;
3 - катодной камеры;
4 - гравитационно-капиллярных мембран;
5 - катода;
6 - анода;
7 - сливного патрубка;
8 - сборного резервуара.
Устройство для получения мягкой воды содержит центральную камеру 1, к которой с двух диаметрально противоположных сторон прилегают анодная 2 и катодная камера 3, которые связаны с центральной камеры посредством гравитационно-капиллярных мембран 4, выполненных в виде плоских фитилей. Ширина электродов в анодной 2 и катодной 3 камерах равны ширине гравитационно-капиллярных мембран 4. В каждой камере расположены электроды, выполненные из меди и/или алюминия и/или луженой жести и/или нержавеющей стали и/или фольги, подключенные к источнику постоянного напряжения.
В нижней части центральной камеры 1 расположен сливной патрубок 7 для слива мягкой воды в резервуар 8. Камеры 1, 2, 3 закрываются защитной (блокирующей) крышкой (на Фиг.1 не показана), не позволяющей пользователю попасть под электрическое напряжение. Собранная таким образом, схема представляет собой электролизер.
Приведем конкретный пример реализации заявленного устройства. Для эффективной работы камеры 1, 2, 3 выполнены прямоугольными. На первом этапе во все три камеры заливается вода (как правило, водопроводная, колодезная, речная и т.д.) до уровня, не доходящего 5-8 мм до верхнего края камер 2, 3 или границы перегиба гравитационно-капиллярных мембран 4.
Анодная 2 и катодная 3 камеры заполняются в объеме 0,1-0,3 от объема центральной камеры 1.
Центральная камера 1 связана с анодной 2 и катодной 3 камерами посредством гравитационно-капиллярных мембран 4, которые пропитываются водой и образуют водные пленки на своих поверхностях, которые становятся своеобразными водяными мостиками, между камерами 1, 2, 3, проводящими электрический ток и ионы, т.е. между катодом 5 и анодом 6.
Устройство подключают к источнику постоянного тока напряжением 40-50 в. При прохождении электрического тока между активными электродами 5, 6, т.е. через водное пространство, насыщенное примесями минеральных солей Са, Мg, бактериями и другими веществами, происходит процесс электролиза, при котором ионы химических веществ и минеральных солей, начинают перемещаться к активным электродам противоположного знака.
Действующим началом умягчителя воды являются электрохимические процессы на поверхности плоских электродов 5 и 6 в анодной 2 и катодной 3 камерах. Гравитационно-капиллярные мембраны 4, обеспечивают электрический контакт между рабочими камерами 1, 2, 3 и регулируемое движение ионов (катионов и анионов) в электролизные анодные 2 и катодные 3 камеры. В процессе электролиза положительно заряженные ионы (катионы) движутся к отрицательному электроду, а отрицательно заряженные ионы (анионы) - к положительному. Таким образом процесс очищения воды идет непрерывно, что повышает производительность электролизера.
Центральная камера 1 в данном случае является базовым резервуаром, из которого посредством электрического поля, через мембраны 4 перемещаются ионы в анодную 2 катодную 3 камеры, на электродах которых, и в приэлектродном слое происходят электрохимические реакции. Для настоящей полезной модели важен процесс умягчения воды, т.е. эффективное удаление положительно заряженных ионов Са и Мg из центральной камеры 1.
Положительно заряженные ионы Са и Мg поступают в катодную камеры 3, участвуют в электрохимических реакциях и в составе нерастворимых солей выпадают в осадок, образуя налет на катоде 6. Уменьшение концентрации ионов Са и Мg в камере 3 создает градиент концентраций и в еще большей мере способствует перемещению ионов Са и Мg из центральной в катодную камеру 3.
После выхода процесса на стационарный уровень, при котором изменение концентрации ионов Са и Мg начинает замедляться, из-за их малого количества, важную роль начинают играть другие физико - химические процессы.
Через 1-1,5 часа устройство отключают от источника постоянного напряжения и воду из центральной камеры 1 через сливной парубок 7 в нижней части центральной камеры 1 сливают в сборный резервуар 8.
Полученная вода не требует фильтрации, т.к. мембраны 4 дополнительно играют роль фильтров и взвесь в центральной камеры 1 отсутствует.
В этом устройстве гравитационно - капиллярные мембраны 4 являются связующими элементами устройства, которые обеспечивают возможность свободного движения положительных ионов Са и Мg. При этом затрудняется движение ионов других химических веществ из анодной 2 и катодной 3 камер за счет гравитационной и капиллярных сил, противодействующих электрическому полю.
Для продолжения процесса снимается защитная крышка (на фиг.1 не показана) и в центральную камеру 1 заливается новая порция воды.
Воду в анодной 2 и катодной 3 камерах можно менять через 5-15 циклов.
Однако возможно менять воду в каждом цикле. Через 15-20 циклов следует заменить или провести регенерацию электродов и гравитационно - капилярных мембран 4.
Регенерация электродов предполагает зачистку их наждачной бумагой средней зернистости.
Регенерация мембран 4 предполагает их кипячение в течение 10-15 мин в водном растворе уксусной или лимонной кислоты (3-6%) и последующую промывку в кипяченой или умягченной воде.
Заявленная полезная модель является новой, ранее нигде не известной, что говорит о ее соответствии критерию патентоспособности - новизна.
Полезная модель может быть изготовлена в любой химической мастерской, что говорит о ее соответствии критерию патентоспособности - промышленная применимость.