устройство для электрохимической очистки воды

Формула изобретения

1. Устройство для электрохимической очистки воды, характеризующееся тем, что содержит реактор, внутри корпуса которого у стенки установлена электрокоагуляционная кассета, содержащая вертикально расположенные электроды, установленные параллельно, объем, который занимает электрокоагуляционная кассета внутри корпуса реактора, составляет не более трети всего внутреннего объема корпуса реактора, по меньшей мере, часть упомянутых электродов, в их верхней части, содержит окна для прохода в свободный объем корпуса реактора поднимающегося между электродами водного потока, в нижней части корпуса реактора, под упомянутыми вертикальными электродами, расположено устройство подачи воды на очистку, в верхней части свободного объема корпуса реактора расположено устройство сбора и удаления шлама, а внизу корпуса реактора выполнено устройство слива очищенной воды.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутая электрокоагуляционная кассета содержит, по меньшей мере, один катод, выполненный из нержавеющей стали, и растворимые аноды, выполненные из алюминиевого сплава, а также держатель упомянутых электродов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые окна электродов имеют прямоугольную форму.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутое устройство сбора и удаления шлама содержит шламосборник и насос для принудительного удаления шлама и выходной патрубок.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что шламосборник выполнен корытообразной формы с приямком и упомянутый насос установлен в приямке.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство для слива очищенной воды выполнено в виде патрубка, над которым установлен экран, защищающий патрубок от осажденного шлама.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что у крайнего электрода электрокоагуляционной кассеты со стороны свободного объема корпуса реактора дополнительно размещен формирователь потока внутри объема корпуса.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно снабжено фильтром, установленным на выходе упомянутого устройства слива очищенной воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области очистки питьевой воды, конкретно к электрохимическим очистителям воды, и может быть использовано для очистки воды в общественных и домашних условиях.

Устройства электрохимической очистки воды обладают наиболее широким спектром удаляемых из воды загрязнений. При этом после обработки практически не меняется характерный для региона, откуда взята вода, 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.

Наиболее близким аналогом является 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.

Недостатком рассмотренного устройства является достаточно сложная конструкция, связанная с устройством электродного блока в отдельном корпусе и недостаточная производительность.

Технический результат, достигаемый в заявляемом изобретении, заключается в создании конструкции высокой степени очистки за счет многократного прохождения очищаемой воды через блок электродов за счет использования конвекционных потоков в реакторе при сравнительно простом конструктивном выполнении.

Данный результат достигается тем, что устройство для электрохимической очистки воды содержит реактор, внутри корпуса реактора у его стенки установлена электрокоагуляционная кассета, содержащая параллельно и вертикально расположенные электроды, которые занимают не более трети объема реактора. По меньшей мере, часть электродов содержит окна для прохода поднимающегося между электродами водного потока в объем корпуса реактора. В нижней части корпуса реактора, под упомянутыми вертикальными электродами, расположено устройство подачи воды на очистку. В верхней части объема корпуса реактора расположено устройство сбора и удаления шлама, а внизу корпуса реактора выполнено устройство слива очищенной воды.

Обрабатываемая вода подается между электродами электрокоагуляционной кассеты, где насыщается гидроксидами металла анода и пузырками газов, водорода и кислорода, образующимися в процессе электролиза. Турбулентное 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 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, 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 ламинарный 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 естественных 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 противоположной стенки корпуса реактора. У дна корпуса реактора поток частично втягивается в межэлектродное пространство, а частично закручивается в виде вихря в центре объема корпуса реактора, препятствуя образованию застойной зоны. Круговорот воды в реакторе поддерживается непрерывно во время подачи напряжения на электроды электрокоагуляционной кассеты и некоторое время после снятия напряжения.

В частном случае электрокоагуляционная кассета может содержать, по меньшей мере, один катод, выполненный из нержавеющей стали, и растворимые аноды, выполненные из алюминиевого сплава, а также держатель упомянутых электродов.

В частном случае окна у электродов могут быть расположены в их верхней части и иметь прямоугольную форму и обеспечивать свободный выход водного потока, поднимающегося между электродами в водный объем корпуса реактора.

Устройство сбора и удаления шлама может содержать шламосборник и насос для принудительного удаления шлама, при этом шламосборник может быть выполнен корытообразной формы с приямком и упомянутый насос установлен в приямке.

Устройство для слива очищенной воды может быть выполнено в виде патрубка, над которым установлен экран, защищающий патрубок от осажденного шлама.

У крайнего электрода электрокоагуляционной кассеты со стороны свободного объема корпуса реактора может быть дополнительно размещен формирователь потока внутри объема корпуса. Благодаря формирователю можно более эффективно перемешивать воду в центре реактора.

Устройство может быть дополнительно снабжено фильтром, установленным на выходе упомянутого устройства слива очищенной воды.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена схема устройства в виде вертикального разреза, на фиг.2 приведен общий вид электрокоагуляционной кассеты с выполненными в электродах окнами, на фиг.3 приведен эскиз возможного выполнения шламосборника.

Устройство для электрохимической очистки воды (фиг.1) содержит реактор 1, внутри корпуса 2 которого у стенки 3 установлена электрокоагуляционная кассета 4. Кассета 4 содержит вертикально расположенные электроды: катод 6, выполненный из нержавеющей стали, и растворимые аноды 5 и 7, выполненные из алюминиевого сплава, а также держатель 13 электродов 5, 6 и 7. Электроды 6 и 7, в их верхней части, содержат окна 8 для прохода в свободный объем 9 корпуса 2 реактора 1 поднимающегося между электродами конвенционного водного потока. Окна 8 могут быть выполнены прямоугольной или иной формы, обеспечивающей свободный проход воды. Окна 8 могут быть выполнены также в виде множества отверстий.

В нижней части корпуса 2 реактора 1, под вертикальными электродами 5, 6 и 7 расположено устройство 10 подачи воды на очистку, которое содержит патрубок и клапан. В верхней части свободного объема 9 корпуса 2 реактора 1 расположено устройство 11 сбора и удаления шлама. Устройство 11 содержит шламосборник 11 и насос 15 для принудительного удаления шлама. Шламосборник 11 может быть выполнен корытообразным 14 с приямком 18, где и установлен насос 15.

Внизу реактора 1 выполнено устройство слива очищенной воды, которое содержит патрубок 17, насос 12 и экран 18, защищающий патрубок 17 от осажденного шлама.

У крайнего электрода 7 электрокоагуляционной кассеты 4 со стороны свободного объема 9 реактора 1 может быть дополнительно размещен формирователь 19 потока внутри объема корпуса 2.

Устройство работает следующим образом. Включается устройство 10 подачи воды на очистку и корпус 2 реактора 1 начинает постепенно заполнятся. Заполнение ректора происходит с небольшой скоростью, не более 2 мм/сек. В процессе 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 происходит турбулизация потока, в котором происходят процессы коагуляции. При заполнении реактора до уровня 20 (фиг.1) подача воды через устройство 10 заканчивается. Процесс электрохимической обработки продолжается. Поток воды (см. фиг.1) выходит через окна 8 в свободный объем реактора, распространяется вдоль поверхности, постепенно ламинизируется и начинает совершать круговое движение, частично снова поступая в пространство между электродами электрокоагуляционной кассеты 4. Часть потока совершает круговое ламинарное движение в свободной зоне 9 реактора 1. Формированию этого кругового потока способствует формирователь 19. Благодаря такому движению потока в свободном объеме происходят процессы флотации. Пузырьки газов захватывают мельчайшие частички шлама и поднимают вверх, где у поверхности 20 образуется шлам (коагулянт), содержащий выведенные из воды примеси. В процессе обработки некоторое количество твердых примесей осаждаются на дно корпуса 2 реактора 1.

Процесс электрохимической обработки воды длится от 10 до 20 мин, затем подача электроэнергии прекращается, но процесс коагуляции продолжается еще некоторое время. После этого включается насос 12, шлам, скопившийся над шламосборником 11, выводится вместе с некоторым количеством воды через патрубок 21. В процессе вывода шлама, благодаря корытообразной 14 форме шламосборника 11, остатки шлама скапливаются в приямке 16 и выводятся насосом 15.

Очищенная вода выводится из корпуса реактора через патрубок 17 посредством насоса 12. Осевший на дно шлам не попадает в патрубок 17 благодаря экрану 18.

По окончании слива очищенной воды процесс обработки повторяется, корпус реактора снова заполняется водой, требующей очистки.

Устройство для электрохимической очистки воды обеспечивает надежную очистку и подготовку питьевой воды, при этом сохраняется солевой баланс жидкости, что невозможно при других способах очистки.