ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯТОР

ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯТОР


RU (11) 2116259 (13) C1

(51) 6 C02F1/463 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93044199/25 
(22) Дата подачи заявки: 1993.09.09 
(45) Опубликовано: 1998.07.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Клячко В.А., Апельцин И.Э. Подготовка воды для промышленного и городского водоснабжения. - М.: ГСИ, 1962, с.154. Баклан В.Ю. и др. Электрокоагуляци онная очистка промывочных вод сложного состава. - Химия и технология воды, N 4, 1992, с.319. 
(71) Заявитель(и): Арендное предприятие "Оргремгаз"; Государственное предприятие "Югтрансгаз" 
(73) Патентообладатель(и): Арендное предприятие "Оргремгаз"; Государственное предприятие "Югтрансгаз" 

(54) ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯТОР 

Использование: электрокоагуляционная очистка воды от солей жесткости и других примесей. Сущность изобретения: электрокоагулятор содержит корпус с нижним днищем и верхней крышкой, плоскопараллельные перфорированные и профилированные электроды, при этом профилирование выполнено в виде двусторонней отбортовки отверстий, и размещенные между электродами дистанционные сплошные прокладки, установленные по всей длине электродов параллельно им и на расстоянии от них. Электроды выполнены в виде соединенных между собой алюминиевого и железного электродов, каждый из которых снабжен односторонней отбортовкой. Электроды свободно закреплены на токоподводах и подключены к источнику постоянного тока через однополупериодный выпрямитель. 4 з.п. ф-лы, 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области оборудования для электрокоагуляционной очистки воды от солей жесткости и других примесей с использованием анодов, подвергающихся электрохимическому растворению. Использование электрокоагуляторов позволяет исключить склады реагентов Al2(SO4)318H2O и FeCl36H2O, традиционно используемых для коагуляционной очистки воды, т.к. весовая доля активного компонента Al3+ и Fe3+ составляет 16%, а балластная часть коагулянта при электролитическом получении Al3+ и Fe3+ отсутствует. Дозирование электрокоагулянта осуществляется регулированием напряжения в зависимости от расхода и состава воды и легко поддается автоматизации.

Однако электрокоагуляция не получила широкого применения в промышленности из-за следующих недостатков:

высокого расхода электроэнергии до 12 кВт-ч/м3 вследствие трудности отрыва ионов металла с поверхности электрода, пассивации электродов, больших межэлектродных зазоров, недостаточно развитой поверхности плоских электродов;

ненадежности контакта электродов с токоподводящими фидерами из-за растворения и пассивации места контакта.

Целью изобретения является создание конструкции электрокоагулятора, обеспечивающей комплексное решение проблем, связанных с высоким расходом электроэнергии, пассивацией электродов, ненадежностью контакта и др.

Указанная цель достигается тем, что в электрокоагуляторе, включающем корпус с плоскопараллельными профилированными электродами, дистанционными прокладками из изолирующего материала, положительным и отрицательным фидерами, к которым подключены электроды и штуцера входа и выхода обрабатываемого раствора, размещенные под нижним и над верхним торцами электродов, дистанционные прокладки между анодными и катодными электродами выполнены сплошными параллельно всей поверхности электродов с зазорами относительно электродов и с открытыми проходами для обрабатываемого раствора со стороны нижнего и верхнего торцов. Металл растворяется на аноде и мигрирует к катоду, вызывая катодную поляризацию и пассивацию. Одновременно на катоде образуются ионы гидроксида OH-, которые, мигрируя к аноду, разряжаются до кислорода, блокирующего растворяющуюся поверхность. Скорость растворения снижается, примерно, в 64 раза. Установка сплошных перемычек исключает межэлектродную миграцию ионов OH- и ионов металла, а также миграцию побочных продуктов реакции, что резко снижает энергетические потери. Целевой продукт - ионы металла уносятся потоком воды и становятся коагулянтом. Ионы OH- также уносятся потоком воды, поступающим в открытые проходы торцов электродов. Причем ионы OH- не разряжаются до кислорода, а участвуют в щелочном связывании солей жесткости в осадок. Профилирование поверхности электродов обеспечивается системой отбортованных "рваных" отверстий в виде двояковыпуклой терки, причем отбортовка создает равномерные зазоры между электродами и прокладками. Конфигурация электродов в виде двояковыпуклой терки может быть получена также соединением, например склепыванием, двух электродов из алюминия и железа, имеющих перфорацию с односторонней отбортовкой.

Дело в том, что энергия удаления отдельного структурного элемента кристаллической решетки зависит от места, которое он занимает на поверхности кристалла. Наименее прочно связаны структурные элементы, расположенные в углах кристалла, где каждый из них окружен только тремя ближайшими элементами. Перевод такого структурного элемента решетки металла в раствор облегчается еще и потому, что к нему может подойти наибольшее число молекул воды, поскольку три его стороны обращены к жидкой фазе. Намного прочнее связи элементов, расположенных на плоскости, которые связаны пятью ближайшими элементами. Предлагаемая конструкция электродов с "рваными" отбортованными отверстиями создает максимум углов и ребер, резко снижающих энергетические потери для отрыва ионов металла при растворении.

Конструкция двояковыпуклой терки обеспечивает минимальные межэлектродные зазоры, т.к. листы, усиленные отбортовкой, жесткие, а сплошные прокладки исключают касание листов и короткое замыкание.

Исполнение электрода комбинированным позволяет решить ряд проблем:

комплексный ион (Al3+ + Fe3+) обеспечивает в сочетание с солями жесткости более высокие сорбирующие свойства, чем одиночные ионы Al3+ или Fe3+, так как является двойным коллектором и способен связывать не только соли жесткости, но и соли тяжелых металлов, органику и др.;

склепывание листов Al и Fe позволяет избежать сложностей комбинирования и чередования электродов, неизбежно возникающих при переполюсовке;

уменьшается концентрация вредных в медицинском отношении ионов остаточного Al, т.к. часть их замещается железом, а другая часть нейтрализуется железом и другими примесями в комплексном соединении;

исключается цветность раствора, неизбежно возникающая при использовании одиночного Fe, т.к. снижается его концентрация и активное железо связывается в нейтральное соединение. Надежный контакт электродов с фидерами обеспечивается грузовым замыканием контактов под собственным весом электродов при их свободной подвеске на фидере. Это соединение проще и надежнее, чем пружинное, т.к. не стоит вопрос о выборе металла для пружины.

Питание электродов постоянным током целесообразно вести при нестабильном колеблющемся напряжении, например, с использованием однополупериодного выпрямителя. Это позволит активировать растворение электродов путем отклонения Фладе-потенциала в отрицательную сторону. Фладе-потенциал характеризует критическую точку начала пассивации электрода.

При использовании серийных выпрямителей, собранных по двуполупериодной схеме и снабженных стабилизаторами напряжения, малейшее отклонение от Фладе-потенциала в положительную сторону жестко фиксируется, ток резко падает, электрокоагулятор работает в неэффективном режиме, т.к. скорость растворения электродов резко замедляется. Однополупериодный выпрямитель дает непрерывное колебание напряжения, переводя Фладе-потенциал в отрицательную сторону, что ускоряет растворение электродов.

На фиг. 1 представлен предлагаемый аппарат в продольном разрезе; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант исполнения электрода по фиг. 2; на фиг. 4 - вид А на фиг. 2.

Электрокоагулятор 1 включает корпус 2 с крышками 3 и 4, комплектом профилированных электродов 5 с дистанционными прокладками 6 из изолирующего материала, положительным и отрицательным фидерами 8 и 9, к которым подключены электроды 5 и штуцера входа 10 и выхода 11 обрабатываемого раствора. Дистанционные прокладки 6 между анодным и катодным электродами выполнены сплошными параллельно всей поверхности электродов 5 с зазорами относительно электродов и с открытыми проходами для обрабатываемого раствора со стороны нижнего и верхнего торцов. Для исключения пробоев на корпус установлены изолирующие обкладки 7 и втулки 12, 13, 14. Профилирование поверхности электродов обеспечивается системой отбортованных рваных отверстий 15 и 16 в виде двояковыпуклой терки (фиг. 2). Конфигурация электродов в виде двояковыпуклой терки может быть получена соединением, например, с помощью заклепок 17 двух электродов 18 и 19, имеющих перфорацию 20 и 21 с односторонней отбортовкой. Надежный контакт электродов 5 с фидерами 8 и 9 обеспечивается грузовым замыканием контактов под собственным весом электродов при их свободной подвеске на фидере.

Электрокоагулятор работает следующим образом.

На фидеры 8 и 9 и пакет электродов 5 подается от однополупериодного выпрямителя (не показан) нестабильное колеблющееся напряжение. Через штуцер 10 в аппарат подают воду, подлежащую умягчению. Проходя через электродную зону, вода насыщается комплексными ионами (Fe3+ + Al3+) с анода и подщелачивается гидроксидом OH-, транспортируемым потоком воды от катода. При этом карбонат переходит в форму HCO3, которая при контакте с солями жесткости образует микрокристаллы CaCO3. Комплексный коагулянт укрупняет кристаллы, одновременно сорбируя соли тяжелых металлов и другие примеси.

Межэлектродная миграция ионов металла и ионов OH- отсутствует из-за сплошных дистанционных прокладок. Ток минимальный, расход электроэнергии составляет 0,2 кВт-ч/м3 вместо традиционных 12 кВт-ч/м3. Этому способствует также форма поверхности электродов, составленная из многочисленных углов и ребер - рваные отбортованные отверстия двояковыпуклой терки. Цвет воды - в соответствии с ГОСТ на питьевую воду. Содержание Al в пределах 0,05 - 0,3 мг/л, поскольку Al связывается железом и солями жесткости. На фидере 8, 9 электроды 5 зажаты между дистанционными втулками 12 и 13 резьбовой втулкой 14. При растворении зоны отверстия электрода у фидера электрод под собственным весом опускается, обеспечивая надежный контакт. Традиционные нижние ограничители у электродов отсутствуют: электроды свободно подвешены на фидере, обеспечивая грузовое замыкание контактов.

Конструкция выпрямителя принята предельно простой - однополупериодной вместо традиционной двухполупериодной со стабилизаторами. Это обеспечивает периодический возврат напряжения в отрицательную зону от Фладе-потенциала, что является условием активного растворения электродов.

Конструкция электрода по фиг. 2 предпочтительна при наличии мощного штампового хозяйства, т. к. пробивка и отбортовка отверстий в толстых листах возможны только при этом условии. Толстых - поскольку реже будет производиться замена электродов. При индивидуальном и мелкосерийном производстве более предпочтительна конструкция по фиг. 3, где применен более тонкий лист и возможны ручная перфорация и отбортовка. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Электрокоагулятор, содержащий корпус с плоскопараллельными разнополярными электродами, размещенными между ними дистанционными прокладками из изолирующего материала, положительный и отрицательный токоподводы, штуцера ввода и вывода воды, отличающийся тем, что корпус снабжен нижним днищем и верхней крышкой, электроды выполнены перфорированными и профилированными, при этом профилирование выполнено в виде двусторонней отбортовки отверстий, дистанционные прокладки выполнены сплошными и установлены по всей длине электродов, параллельно им и на расстоянии от них, электроды и прокладки размещены на расстоянии от штуцеров ввода и вывода воды, расположенных в корпусе соответственно под нижними и над верхними торцами электродов.

2. Электрокоагулятор по п.1, отличающийся тем, что электроды выполнены в виде соединенных между собой алюминиевого и железного электродов, каждый из которых снабжен односторонней отбортовкой отверстий.

3. Электрокоагулятор по п.2, отличающийся тем, что соединение алюминиевого и железного электродов выполнено в виде клепки.

4. Электрокоагулятор по п.1, отличающийся тем, что электроды свободно закреплены на токоподводах.

5. Электрокоагулятор по п.1, отличающийся тем, что электроды подключены к источнику постоянного тока через однополупериодный выпрямитель.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru