установка для снижения минерализации и обеззараживания питьевой воды

Формула изобретения

Установка для снижения минерализации и обеззараживания питьевой воды, содержащая проточный электрохимический реактор, состоящий из анода и катода и двух перегораживающих мембран, отличающаяся тем, что в проточном электрохимическом реакторе вдоль его оси установлены первый и второй аноды и катод, первый анод установлен между первой и второй мембранами на расстоянии от одной из мембран, равном t/2, расстояние между мембранами и расстояние между первым анодом и катодом равно t в миллиметрах, при этом мм, где U - значение напряжения на аноде и катоде, В, второй анод и катод установлены снаружи перегораживающих мембран и расстояние между ними вдоль оси реактора от первого анода линейно увеличивается от значения, равного 0,15t, до значения, равного 3t, длина электрохимического реактора L = (20 - 30)t, длина первого анода равна (3 - 5)t.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемая установка для снижения минерализации и обеззараживания питьевой воды относится к области доочистки питьевой воды и может быть использована для получения экологически чистой и биологически ценной питьевой воды.

Известны разнообразные фильтрационные и сорбционные водоочистительные системы и водоочистительные системы, очищающие воду посредством окислительно-восстановительных реакций в электрохимическом и каталитическом реакторах. Фильтрационные и сорбционные водоочистительные системы имеют следующие недостатки: они имеют большие габариты и массу, не позволяют достаточно очистить и опреснить воду. Самыми эффективными являются установки, использующие униполярное электролитическое обеззараживание (уничтожение микроорганизмов всех видов и форм), электролитическое окисление вредных веществ (фенолов, хлорорганических соединений, активного хлора) и нейтрализацию ионов тяжелых металлов. Известен целый ряд таких установок: "Изумруд" (1) (на установку выдан сертификат Госстандарта России от 22.04.1994 г. N Росс. RU. 0001. B001 129). B "Изумруде" основными стадиями очистки воды является анодное электролитическое и электрокаталитическое окисление в анодной камере электролитического реактора, электрокаталитическое и химическое доокисление в промежуточной вихревой реакционной емкости и затем электролитическое и электрокаталитическое восстановление в катодной камере этого же электролитического реактора. Недостатком данной установки является то, что установка не производит снижение минерализации воды и имеет дорогостоящие электроды из специальных малорастворимых материалов и то, что металл с растворенных анода и катода оказывается в питьевой воде. Известны установки для опреснения воды, использующие электродиализ. Так называется процесс отделения анионов от катионов солей под воздействием электрического поля. Все пространство электродиализатора делится двумя перегораживающими мембранами на три части. В двух боковых отсеках помещаются электроды. Под воздействием электрического поля ионы солей в воде приходят в упорядоченное движение и направляются к соответствующим электродам и из пространства между электродами может отбираться опресненная вода. Недостатком таких типов устройств является то, что в них не происходит обеззараживание питьевой воды. Аналогом предлагаемой установки для снижения минерализации и обеззараживания питьевой воды является установка для опреснения воды, использующая электродиализ, описанная в (2) Д. Лазарев "Электрон и химические процессы", стр. 106-108, изд. "Химия", Ленинград, 1984 г.

Целью настоящего изобретения является построение устройства, снижающего минерализацию и обеспечивающего обеззараживание питьевой воды.

Указанная цель достигается тем, что в установке для снижения минерализации питьевой воды, содержащей проточный электрохимический реактор, анод, катод и две перегораживающие мембраны, в проточном электрохимическом реакторе длиной L вдоль его оси установлены первый и второй аноды и катод, первый анод установлен между мембранами на расстоянии от одной из мембран, равном t/2, расстояние между мембранами и расстояние между первым анодом и катодом равно t, при этом мм, где U - значение напряжения на аноде и катоде в вольтах, второй анод и катод установлены снаружи перегораживающих мембран и расстояние между ними вдоль оси реактора от первого анода линейно увеличивается от значения, равного 1,5t, до значения, равного 3t, длина электрохимического реактора L=(10...20)t, длина первого анода равна (3...5)t.

Существенные признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа, определяются его конструкцией. Взаимное положение, размеры и состав элементов, входящих в заявляемое устройство, окончательно определены экспериментально и позволяют построить установку для снижения минерализации и обеззараживании питьевой воды, которая приобретает повышенную биологическую ценность и приобретает вкус хорошей родниковой воды.

На чертеже приведен эскиз предлагаемой установки дли снижения минерализации и обеззараживания питьевой воды. Указанные на чертеже размеры и взаимное положение элементов определены окончательно экспериментально на макетах заявляемой установки.

Установка для снижения минерализации и обеззараживания состоит из камеры электрохимического реактора 1 длиной L=(20...30)t, где мм, где U - значение напряжения в вольтах на катоде и аноде первой 3 и второй 7 мембран, расположенных вдоль и симметрично относительно стенок камеры электролитического реактора, длина мембран равна длине стенок камеры реактора и расстояние между мембранами равно t; первого анода 5 длиной (3...5)t, расположенного между мембранами на расстоянии от второй мембраны 7, равном 0,5t; второго анода 2 длиной L=(20...30)t- (3...3)t, который расположен между первой мембраной 3 и стенкой камеры реактора 1, и расстояние от второго анода 2 до продольной оси камеры реактора вдоль этой оси (от первого анода 5) линейно увеличивается от 0,5t до 1,5t; катода 6, который расположен между второй мембраной и стенкой корпуса реактора 1, расстояние от первого анода 5 до катода 6 равно t и расстояние от катода 6 до второго анода 2 вдоль оси реактора, от входа к выходу, линейно увеличивается от 1,5t до 3t.

Установка работает следующим образом:

Водопроводная вода через вход поступает в камеру электрохимического реактора и после заполнения его водой включается источник постоянного напряжения. Электрохимическая камера функционально разделена на две зоны. В первой зоне установлено два электрода: 1-й анод и катод, разделенные одной мембраной. Каждый микрообъем воды, протекающий в районе первого анода, соприкасается с поверхностью электродов и подвергается воздействию электрического поля, при этом вода в течение долей секунды насыщается короткоживущими, высокоактивными окислителями хлора и кислорода. Их концентрация в зависимости от минерализации и скорости протока воды может изменяться от 15 до 150 мг/л, при этом электролитическое окисление у анода разрушают органические и хлорорганические вещества в воде и микроорганизмы всех видов и форм уничтожаются, распадаясь на простые составляющие: нетоксичные и совершенно безопасные.

Возле первого анода происходит насыщение воды кислородом и продукты распада становятся полярными, а структурная сетка водородных связей между молекулами воды разрыхляется, разупорядочивается, что облегчает ее использование клетками живых организмов и ускоряет удаление биологических шлаков. Вдоль первого анода, благодаря симметричному положению диафрагмы, весь поток воды делится на анолит и католит. При этом катионы за счет миграции перемещаются к катоду и сразу удаляются. В катодном пространстве происходит прямое электролитическое и электрокаталитическое восстановление многозарядных катионов тяжелых металлов, что снижает токсичность воды, обусловленную наличием ионов тяжелых металлов, в тысячи раз.

Во второй функциональной зоне между вторым анодом и катодом установлены две мембраны. В пространстве между вторым анодом и катодом под воздействием электрического поля ионы и поляризованные продукты распада, полученные в первой зоне, приходят в упорядоченное движение. К катоду двигаются ионы кальция, натрия, магния, водорода. При этом в катодном пространстве будут преобладать гидрооксид-ионы ОН-, а в анодное пространство перемещаются хлоридные и гидрооксидные анионы. И поэтому в анодном пространстве концентрируется вода со смесью соляной и серной кислот, в катодном пространстве концентрируется соленая вода, а между первой и второй диафрагмами остается очищенная и обеззараженная вода. В установке вода из катодного и анодного пространств отводится и сливается. Вода, перемещаясь вверх вдоль оси установки за счет миграционных смещений продуктов электролиза, постепенно избавляется от вредных примесей и насыщается кислородом.

В отличие от аналога в установке "Изумруд", у которой очищенная вода имеет низкий уровень снижения минерализации, и очищенная вода независимо от схемы подключения носит щелочной характер, что нежелательно для питьевой воды. Очищенная вода у электродиализной установки имеет высокий уровень снижения минерализации, но не производит обеззараживание. Заявляемая установка не имеет вышеуказанных недостатков аналога и прототипа за счет выполненной конструкции. Макеты заявляемого устройства, экспериментально исследованы. В макетах заявляемого устройства уровень снижения минерализации составляет (20.50)% в зависимости от расхода воды, по микробиальному и химическому составу вода соответствует требованиям ГОСТ 28774-82, СаН-ПиН2.1.4.559-96 в части до очистки питьевой воды от хлорорганических соединений, пестицидов, остаточного хлора, а также улучшения органолептических показателей даже при многократном превышении ПДК токсических веществ во входной водопроводной воде.

По сравнению с прототипом предлагаемая установка обладает улучшенными техническими и экологическими показателями:

1. Снижает минерализацию питьевой воды.

2. Обеспечивает высокую степень обеззараживания питьевой воды.

3. Нормализует питьевую воду по водородному показателю.