УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ
DEVICE FOR ELECTROCHEMICAL WATER PURIFICATION

Заявляемое изобретение относится к области очистки питьевой воды, конкретно к электрохимическим очистителям воды, и может быть использовано для очистки воды в бытовых условиях.
Устройства электрохимической очистки воды обладают наиболее широким спектром удаляемых из воды загрязнений. При этом после обработки практически не меняется характерный для региона солевой состав, так как при очистке удаляются, в основном, примеси, внесенные в воду за счет деятельности человеческого общества. При электрохимической обработке воды не происходит накопления в устройстве удаляемых примесей, следовательно, качество обработанной воды остается неизменным в течение всего срока его эксплуатации.
Известно устройство для электрохимической очистки загрязненной жидкости по патенту США №4321125, С02С 5/12, публикация 23.03.1982.
В аппарате для электрохимической очистки электролизер и флотатор совмещены в одном корпусе. Пакет растворимых электродов установлен в нижней части корпуса аппарата. В верхней части корпуса выполнено отверстие для выхода очищенной воды и шлама. Подвод очищаемой жидкости осуществляется сбоку. На корпусе также установлена емкость для отстоя переливающейся из корпуса смеси воды и шлама и отделения очищенной жидкости от шлама.
Известно устройство для электрохимической очистки питьевой воды по патенту RU 2180322, C02F 1/463, публикация 10.03.2002, которое содержит реактор с пакетом параллельных растворимых электродов, в котором пакет растворимых электродов установлен над электродами электрофлотации. Верхняя часть реактора выполнена в форме усеченного конуса, на котором закреплена емкость шламосборника, а на верхнем отверстии реактора установлена крышка в форме обратного конуса.
Известно также устройство для электрохимической очистки питьевой воды патент RU 2236381, C02F 1/463, публикация 20.04.2004. Устройство содержит электродный блок электрокоагуляции с пакетом параллельных катодов и растворимых анодов, электроды электрофлотации и реактор, в верхней части которого закреплена емкость шламосборника. В верхнем отверстии реактора установлена крышка в форме обратного конуса с возможностью вертикального перемещения. Электродный блок выполнен в отдельном корпусе.
Известно устройство для электрохимической очистки питьевой воды по патенту RU 2203226 C02F 1/463, публикация 27.04.2003.
Устройство содержит флотационную камеру, электролизер с пакетом растворимых электродов, установленный под флотационной камерой, и фильтр, размещенный вдоль стенок флотационной камеры, образуя с ее стенками полость для сбора очищенной воды и ее вывода через отверстие в флотационной камере.
Известно изобретение RU 2043308 «Способ электрохимической очистки питьевой воды», C02F 15/46, публикация 10.09.1995. В данном изобретении описано устройство, в котором в верхней части емкости помещен пакет растворимых электродов в виде параллельных пластин. Часть электродов - аноды - выполнена из алюминиевого сплава, другая часть электродов - катоды - из сплава железа. Данное изобретение является наиболее близким аналогом. Устройство также предполагает наличие фильтра, который используется для фильтрации очищенной воды от остатков шлама.
Недостаток рассмотренного устройства связан с тем, что в емкости, где осуществляется электролиз, в процессе электролизации недостаточно перемешивается вода, что приводит к малой производительности устройства и недостаточной степени очистки.
Технический результат, достигаемый в заявляемом изобретении, заключается в создании конструкции высокой степени очистки за счет многократного прохождения очищаемой воды через блок электродов при использовании конвекционных потоков в реакторе. При этом устройство имеет простую, технологичную и эффективную конструкцию.
Данный результат достигается тем, что устройство для электрохимической очистки воды содержит корпус реактора с крышкой, внутри корпуса размещена кассета, содержащая три вертикально расположенных электрода. В верхней части боковых электродов выполнены окна для прохода в свободный объем корпуса реактора водного потока, поднимающегося между электродами. Кассета размещена в средней части корпуса реактора над его дном, а объем, который занимает кассета внутри корпуса реактора, составляет не более трети всего внутреннего объема корпуса реактора.
Обрабатываемая вода подается между электродами кассеты, где насыщается гидроксидами металла анода и пузырьками газов, водорода и кислорода, образующимися в процессе электролиза. Ламинарное течение обрабатываемой воды в пространстве между электродами создает условия для перемешивания воды с пузырьками газа и мицеллами и хлопьями гидроксида металла анодов как электродов коагуляции. В пространстве между электродами осуществляется электрокоагуляция и в большой степени происходит обеззараживание воды.
Далее поток воды со шламом выходит через окна в электродах в свободный объем реактора, где шлам всплывает вверх, а поток воды сначала распространяется вдоль поверхности, а затем уходит вниз. Пузырьки водорода и кислорода, захватывая мельчайшие частички взвесей, поднимаются вверх, осуществляя процессы флотации. С помощью мельчайших газовых пузырьков, образующихся в процессе электролиза, флотируются практически все тонкодисперсные взвеси веществ, гидроксиды тяжелых металлов, полимеры, жиры, масла, нефтепродукты и так далее.
В свободном объеме поток жидкости приобретает турбулентный характер, перемещается слоями, опускаясь к дну свободной зоны реактора, что способствует протеканию процессов флотации. Поток воды, опустившийся к дну, частично снова поступает в междуэлектродное пространство, снова подвергается процессу электролиза и электрокоагуляции.
Повышение степени очистки происходит за счет того, что вода проходит многократно между электродами за счет конвекционных потоков, обеспеченных конструкцией устройства. Вода, поднимающаяся между электродами и подвергающаяся очистке путем процессов электрокоагуляции и электрофлотации, поднимается вверх и естественным образом, через окна в электродах, попадает в свободный, незанятый электродами, объем корпуса реактора. Так как окна выполнены в боковых поверхностях электродов, то поток распространяется параллельно поверхности воды, а затем опускается вниз вдоль противоположных стенок корпуса реактора. У дна корпуса реактора поток частично втягивается в межэлектродное пространство, а частично закручивается в виде вихря в центре боковых объемов корпуса реактора, препятствуя образованию застойной зоны. Круговорот воды в реакторе поддерживается непрерывно во время подачи напряжения на электроды кассеты и некоторое время после снятия напряжения.
Центральный сплошной электрод - анод - может быть выполнен из алюминиевого сплава, и боковые электроды - растворимые катоды - выполнены из нержавеющей стали.
Окна в боковых электродах могут быть выполнены на уровне залива очищаемой воды. В этом случае образующийся коагулянт легко выносится из межэлектродного пространства потоком воды.
Крышка может быть выполнена съемной или поворотной.
В частном случае кассета выполнена с возможностью установки в крышке корпуса и содержит устройство для подачи электрического напряжения на электроды кассеты.
Электроды кассеты могут быть установлены параллельно, а окна электродов могут иметь прямоугольную форму.
Устройство может содержать блок фильтров и насос для подачи воды из корпуса реактора на фильтрацию и потребление, при этом насос подсоединен к патрубку, расположенному в дне корпуса реактора.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг.1 приведена схема устройства в виде вертикального разреза корпуса реактора, на Фиг.2 приведен общий вид кассеты с электродами, на Фиг.3 и Фиг 4 приведены схемы потоков в реакторе, на Фиг 5 (вид сбоку) и Фиг.6 (вид снизу) приведен вариант выполнения бытового устройства электрохимической очистки воды.
Устройство для электрохимической очистки воды (Фиг.1 - Фиг.4) содержит корпус 1 реактора со съемной крышкой 2. Крышка 2 также может быть выполнена поворотной, например на шарнире. Внутри корпуса 1 размещена кассета 3, содержащая три вертикально и параллельно расположенных электрода. Центральный электрод 4 - растворимый анод - выполнен из алюминиевого сплава, а боковые электроды 5 - катоды - выполнены из нержавеющей стали. Кассета 3 устанавливается в крышке 2. Кассета 3 содержит устройство 8 для подачи электрического напряжения на электроды кассеты 3.
В верхней части боковых электродов 5, ниже линии 12 залива очищаемой воды в корпус устройства, выполнены окна 6 для прохода в свободный объем корпуса 1 реактора водного потока, поднимающегося между электродами 4 и 5. Кассета 3 размещена в средней части корпуса 1 реактора над его дном.
После заполнения водой на электроды подается напряжение, которое, как правило, равно 24 В, сила тока несколько ампер. В процессе электрохимической обработки в междуэлектродном пространстве образуются гидроксиды металлов и пузырьки газов, преимущественно водорода. В пространстве между электродами образуется зона формирования коагулянта, и начинаются процессы коагуляции. Продолжается и завершается процесс коагуляции в реакторном объеме в условиях конвективного перемешивания обрабатываемой воды. В процессе электрохимической обработки поток воды (см. Фиг.3 - Фиг.4) выходит через окна 6 в свободный объем реактора, распространяется вдоль поверхности, постепенно приобретает характер турбулентного и начинает совершать круговое движение, снова поступая в пространство между электродами 4 и 5 кассеты 3. Часть потока совершает круговое движение в свободных зонах 17 корпуса 1 реактора. Благодаря такому движению потока в свободном объеме происходят процессы флотации. Пузырьки газов захватывают мельчайшие частички шлама и поднимают их вверх, где у поверхности воды 12 образуется шлам (коагулянт с сорбированными на нем загрязнениями), содержащий выведенные из воды примеси. В процессе обработки некоторое количество твердых примесей может осаждаться на дно корпуса 1.
Процесс электрохимической обработки воды длится от 10 до 20 мин, затем подача электроэнергии прекращается, но процесс коагуляции продолжается еще некоторое время. После этого очищенная вода может быть отделена от шлама и слита для потребления.
Для удобства пользования устройство для электрохимической очистки воды (Фиг.5, Фиг.6) дополняется блоком фильтров 9, насосом 10 для подачи воды из корпуса 1 и патрубком 15 для слива полностью очищенной воды.
Заливают очищаемую воду в корпус 1 устройства не выше линии 12 залива воды. Закрывают корпус 1 крышкой 2 и вставляют в крышку кассету 3 с электродами. Подается питание от блока питания 16 на электроды кассеты 3. По окончании электрохимической обработки обработанной воде дают отстояться не менее 8-10 минут. Очищенная вода выводится из корпуса реактора через патрубок 11 посредством насоса 10. После слива воды корпус 1 и кассету 3 электродов промывают от шлама.
Устройство для электрохимической очистки воды обеспечивает надежную очистку и подготовку питьевой воды, при этом сохраняется солевой баланс жидкости.