СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
METHOD FOR ELECTROCHEMICAL PURIFICATION OF DRINKING WATER

Изобретение относится к электрохимической технологии очистки питьевой воды и может быть использовано при разработке и конструировании устройств электрохимической очистки питьевой воды для квартир, офисов, лечебных учреждений, предприятий общественного питания и пр.
Известен способ электрохимической очистки воды (RU №2180322), включающий ее обработку с использованием пакета параллельных растворимых электродов в режиме заполнения реактора, после наполнения которого пакет растворимых электродов отключают, коагулянт сливают, а обработанную воду фильтруют.
По своему назначению и технической сущности известный способ является близким к предлагаемому техническому решению и по максимальному количеству сходных существенных признаков выбран за прототип.
Недостатком способа, выбранного за прототип, является большой расход (невозвратные потери) обработанной воды при сливе коагулянта, большое количество в оставшейся после слива воде остатков крупно- и тонкодисперсных взвесей, могут также присутствовать остатки продуктов органических соединений, что, в свою очередь, создает большую нагрузку на фильтровальный элемент при отделении этих остатков в процессе последующего фильтрования, и, как следствие, существенно уменьшается время работы фильтровального элемента до регенерации.
Целью изобретения является резкое повышение эффективности удаления поднятого к горловине реактора, в основном в виде крупно- и мелкодисперсных взвесей, а также в виде остатков продуктов органических соединений, коагулянта, что существенно уменьшает нагрузку на фильтровальный элемент при последующем фильтровании и увеличивает время работы его до регенерации, уменьшение расхода обрабатываемой воды при сбросе коагулянта из емкости реактора, а также простота процесса удаления коагулянта.
По предлагаемому способу электрохимической очистки питьевой воды исходную воду обрабатывают в реакторе пакетом параллельных электродов с алюминиевым анодом. После подъема образовавшегося коагулянта к поверхности воды, залитой в реактор до заранее рассчитанного уровня, создают давление с помощью плунжера на поверхность коагулянта, поднятого на поверхность обрабатываемой воды, погружают плунжер в реактор при условии обеспечения смещения поднятого коагулянта от области начала воздействия давления на периферию, повышения уровня коагулянта на периферии выше исходного уровня и сброса коагулянта из реактора через отверстия, расположенные выше уровня, до которого заливается обрабатываемая вода, после сброса коагулянта из реактора извлекают плунжер и сливают обработанную воду в фильтровальную емкость через штуцер, расположенный в нижней части емкости реактора.
Введение указанных признаков в способ электрохимической очистки питьевой воды предполагает, в основном, однократное воздействие давления, значительное снижение расхода обработанной воды при резком уменьшении в ней тонко- и особенно крупнодисперсных взвесей и остатков продуктов органических соединений, существенное уменьшение нагрузки на фильтровальный элемент при последующем фильтровании обработанной воды и увеличение времени работы фильтровального элемента до регенерации.
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
Предлагаемое устройство относится к области питьевого водоснабжения, конкретно к устройствам электрохимической очистки питьевой воды, и может быть использовано в бытовых условиях для доочистки водопроводной воды, а также для очистки природных вод и доведения физико-химических, санитарно-эпидемиологических и органолептических свойств до соответствия требованиям, предъявляемым к питьевой воде.
Электрохимические методы позволяют наиболее эффективно очищать воду от антропогенных примесей (Миклашевский Н.В., Королькова С.В. Чистая вода. Системы очистки и бытовые фильтры. СПб.: ВХВ-Санкт-Петербург, издат. группа «Арлит», 2000, с.154).
Известно устройство, реализующее способ электрохимической очистки питьевой воды по патенту RU 2043308, содержащее емкость, в которой размещен пакет электродов с растворимым анодом, а также емкость с фильтровальным элементом. Устройство содержит также источник питания и управления с понижающим трансформатором и выпрямителем, подсоединенным к сети переменного тока и к электродам устройства.
Известно также устройство для электрохимической очистки питьевой воды (полезная модель) по патенту №36824, содержащее источник питания, емкость реактора с расположенным в ней пакетом растворимых электродов и емкость фильтра с фильтровальным элементом, в верхней части емкости реактора установлен с возможностью вертикального перемещения обладающий плавучестью открытый сверху легко извлекаемый обратный конус с вертикальной ручкой, емкость фильтра оснащена легкосъемным фильтровальным элементом тонкого фильтрования, а над емкостью реактора установлена воронка с кольцевым магнитом, закрепленным на сливной трубке.
Указанное устройство по патенту №36824 по максимальному количеству сходных существенных признаков (емкость с пакетом электродов с растворимым анодом, емкость с фильтровальным элементом, легкоизвлекаемый обратный конус, воронка с кольцевым магнитом) принимается за прототип модели.
Недостатком выбранного за прототип устройства является малая эффективность удаления шлама, собирающегося у горловины емкости с пакетом электродов, попадание оставшегося в емкости реактора избытка шлама на фильтровальный элемент и существенное сокращение ресурса фильтровального элемента до регенерации, быстрая пассивация (через 40-60) включений растворимого электрода.
Целью настоящего технического решения является повышение эффективности удаления шлама из емкости реактора и, как следствие, улучшение эксплуатационных характеристик устройства, увеличение ресурса фильтровального элемента, а также качественное улучшение физико-химических, санитарно-эпидемиологических и органолептических свойств характеристик очищаемой воды.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в верхней части емкости реактора, выше уровня залитой в реактор обрабатываемой воды, размещен плунжер, а в корпусе ректора - отверстия для сброса коагулянта, в нижней части емкости реактора размещен штуцер слива очищенной от коагулянта обработанной воды в фильтровальную емкость.
Введение признаков в качестве заявленных обеспечивает при минимуме расхода обработанной воды эффективное удаление (выдавливание) коагулянта из емкости реактора и простоту действий потребителя.
Из уровня техники не выявлено технических решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого технического решения. Поэтому можно считать, что предложенное техническое решение соответствует уровню изобретения.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графическими материалами, где на фиг.1 представлена схема устройства-прототипа, на фиг.2 - конструктивная схема предлагаемого устройства, на фиг.3 - схема удаления коагулянта после подъема его на поверхность обработанной воды.
Прототип (фиг.1) содержит источник питания и управления 1, емкость реактора 2 с пакетом электродов 3, фильтровальную емкость 4 с фильтровальным элементом 5, с установленным с возможностью вертикального перемещения легко извлекаемым обратным конусом 6 с вертикальной ручкой 7 и воронку 8 с кольцевым магнитом 9.
В отличие от прототипа, вместо легко извлекаемого обратного конуса 6 (фиг.1) над поверхностью залитой в реактор воды 14 установлен с возможностью вертикального перемещения легко извлекаемый плунжер 10 с вертикальной ручкой 7 (фиг.2), в верхней части корпуса реактора 2, выше заливаемой до заранее рассчитанного уровня 14 обрабатываемой воды, размещены отверстия 11 для сброса коагулянта 12, а в нижней части реактора 2 размещен штуцер 13 с трубкой слива очищенной от коагулянта 12 обработанной воды в фильтровальную емкость 4 с фильтровальным элементом 5.
Работа устройства.
Из емкости 2 извлекают плунжер 10 за вертикальную ручку 7. На емкость реактора 2 устанавливают воронку 8 с кольцевым магнитом и через нее заливают в емкость реактора 2 исходную воду до заранее рассчитанного уровня 14. Снимают воронку 8. Включают источник питания 1 в сеть переменного тока (например, 220 В, 50 Гц). На пакет электродов 3 подается выпрямленный ток (12-36 В). Катоды пакета электродов 3 выделяют в воду электролитический водород, а анод растворяется, выделяя ионы (как правило, алюминия). Образуется гидроксид алюминия, который коагулирует, сорбируя из воды вредные примеси, и в виде хлопьев поднимается (флотирует) под действием пузырьков электролитического водорода к поверхности.
Одновременно на алюминиевом аноде образуется атомарный кислород, который активно окисляет органические примеси и обеззараживает воду и вместе с электролитическим водородом способствует процессу электрофлотации.
Поскольку обработанная вода содержит мельчайшие пузырьки электролитического водорода и кислорода, процесс сопровождается флотацией. В результате практически все хлопья коагулянта (шлама) и тонкодисперсные взвеси собираются у горловины емкости реактора 2 (фиг.2).
По завершению процессов электрокоагуляции, флотации и отстаивания плунжер 10 за ручку 7 погружают в реактор 2 (фиг.3). При этом происходит резкое смещение поднятого на поверхность обработанной воды коагулянта 12 к боковым стенкам реактора 2, резкое повышение уровня выдавливаемого плунжером 10 коагулянта 12 у боковых стенок реактора 2 и сброс коагулянта 12 с некоторым количеством обработанной воды из емкости реактора 2 через отверстия 11. По окончании сброса коагулянта 12 плунжер 10 за ручку 7 извлекают из емкости реактора 2 и смывают с него оставшийся коагулянт 12. Открывают штуцер 13 слива очищенной воды в фильтровальную емкость 4, откуда вода, пройдя через фильтровальный элемент 5, поступает к потребителю.
Для проверки эффективности предлагаемых технических решений была собрана экспериментальная модель на базе образца выпускаемого серийно («Устройство для электрохимической очистки питьевой воды» - патент на полезную модель №36824, сертификат POCC.RU.ME96.B01901 от 05.02.2007).
Обработанная вода анализировалась по следующим показателям: железо общее, медь, мутность, цветность, водородный показатель, перманганатная окисляемость, нитраты, окислительно-восстановительный потенциал (ОВП).
Методы испытаний соответствуют требованиям ГОСТ Р51232-98.
Результаты испытаний:
Железо общее, мг/л
исх. - 0,3
обр.-0,03
ПДК-0,3
Медь, мг/л
исх.-0,6
обр.-0,1
ПДК-1,0
Мутность, ЕМФ/л
исх.-9,0
обр.<0,4
ПДК-2,6
Цветность, град
исх.-56
обр.<3
ПДК-20
Водородный показатель (РН)
исх.-6,3
обр.-7,2
ПДК 6,0-9,0
Перманганатная окисляемость, мг/л
исх.-4,7
обр.<0,25
ПДК-5,0
Нитраты, мг/л
исх.-7,2
обр.-01,0
ПДК-45
Окислительно-восстановительный потенциал ОВП, мВ
Исх «+200»
обр. «-350»-«-700» и более по абсолютной величине
Получили водный антиоксидант
В результате анализа бесчисленного количества замеров ОВП обработанной воды получаем независимо от воды исходной (водопроводной, из водоемов, колодцев, скважин, бутилированной и т.д.) мощный водный АНТИОКСИДАНТ ОВП (обр. «-350»-«-700» и более по абсолютной величине) со всеми присущими известным антиоксидантам свойствами. Полученная вода доброкачественна, полноцентна по солевому составу, кислотно-щелочной баланс ее всегда нейтрален.
Полученные результаты показывают, что введение предложенных технических решений эффективно, соответствует цели изобретения.