ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2204530

ПЕРЕНОСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ

ПЕРЕНОСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ

Имя изобретателя: Бахир В.М.; Задорожний Ю.Г.; Паничева С.А. 
Имя патентообладателя: Бахир Витольд Михайлович; Задорожний Юрий Георгиевич; Паничева Светлана Алексеевна
Адрес для переписки: 117321, Москва, ул. Профсоюзная, 136, к. 3, кв.292, В.М.Бахиру
Дата начала действия патента: 2001.06.21 

Изобретение предназначено для электрохимической очистки или обработки воды и/или водных растворов с целью направленного изменения свойств обрабатываемой жидкости в различных условиях эксплуатации - как стационарных, так и полевых. Переносное устройство для электрохимической обработки жидкости содержит корпус из диэлектрического материала с размещенными в нем электродами - цилиндрическим внутренним анодом и внешним цилиндрическим катодом, установленными коаксиально. Между электродами расположена диафрагма, разделяющая межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры. Диафрагма выполнена цилиндрической из керамики на основе оксидов алюминия и циркония и установлена коаксиально электродам. Анод, катод и диафрагма жестко соединены в электродно-диафрагменный блок, анодная и катодная камеры электродно-диафрагменного блока снабжены средствами для ввода и вывода обрабатываемой жидкости, сам блок жестко закреплен в корпусе. Корпус выполнен с отверстиями, в которых герметично установлены быстроразъемные гидравлические соединения и электрический разъем. Быстроразъемные гидравлические соединения (например, ниппельные) с внутренней стороны корпуса соединены со средствами ввода и вывода анодной и катодной камер электродно-диафрагменного блока. С внешней стороны корпуса гидравлические соединения соединены с гибкими трубопроводами. Электрический разъем внутри корпуса соединен с токоподводами, а с внешней стороны корпуса - с источником питания. Наружная и внутренняя поверхности цилиндрической диафрагмы, а также наружная поверхность анода, внутренняя поверхность катода могут быть выполнены полированными. Технический эффект - расширение функциональных возможностей установки, повышение производительности и снижение энергозатрат.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области прикладной электрохимии, в частности к переносным устройствам для электрохимической обработки воды и/или водных растворов с целью направленного изменения их свойств. Изобретение предназначено для использования как самым широким кругом индивидуальных потребителей, в том числе и частнопрактикующими врачами, так и в различных медицинских учреждениях, санаториях, домах отдыха, научных лабораториях в различных условиях эксплуатации - как стационарных, так и полевых.

Человеку необходима возможность управлять свойствами воды с целью ее очистки и повышения качества, или получения растворов, обладающих специфическими, например дезинфицирующими свойствами, при любых возможных обстоятельствах его работы и жизни. В условиях централизованного водоснабжения или при получении растворов в промышленных масштабах такие задачи решаются с помощью стационарных установок сравнительно большой производительности. Однако, эффективного инструмента для решения таких задач в случае необходимости получения небольшого количества растворов разного назначения, а тем более в полевых условиях, в настоящее время нет.

Известные переносные установки, обеспечивающие обработку небольшого количества воды или водных растворов, реализуют принцип размещения электродной системы в ограниченном объеме воды.

Наиболее близким к предлагаемому является переносное устройство для обработки жидкости, содержащее корпус с размещенной в нем электродной системой, выполненной в виде цилиндрических коаксиальных внутреннего анода, внешнего катода и установленной между ними диафрагмы [1]. В корпусе расположены также токоподводы и устройство снабжено источником тока.

В известном устройстве предусмотрена возможность обработки различных по химическому составу растворов в анодной и катодной камерах, и, кроме того, за счет изменения параметров тока можно изменять характеристики анолита и католита и получать целевой продукт как из катодной, так и из анодной камер.

Недостатками известного устройства являются малая производительность, сравнительно высокие затраты на обработку, так как в известном устройстве производительность зависит от объема корпуса, при этом с увеличением объема увеличивается и межэлектродное расстояние, что повышает расход энергии. Также в известном устройстве невозможно получить воду или раствор, являющиеся продуктом последовательной обработки, например, вначале у катода, а затем - у анода. Кроме того, в известном устройстве свойства полученных растворов зависят от конструктивного выполнения устройства (его абсолютных размеров и соотношения размеров в межэлектродном пространстве), и применение каждого конкретного образца устройства, в частности в медицине, требует проведения специальных исследовательских работ по стандартизации получаемых растворов и собственно устройства для электрохимического преобразования воды или раствора.

Техническим результатом использования настоящего изобретения является повышение производительности установки, снижение энергозатрат на обработку и расширение функциональных возможностей установки, то есть создание новых, недорогих, универсальных, надежных, удобных в эксплуатации и обслуживании, обладающих широким диапазоном применения электрохимических систем. Использование установки по изобретению обеспечивает возможность получения необходимого для индивидуального потребителя количества электрохимически активированных растворов - анолита типов А, АН, АНК и католита типа К из воды или разбавленных водных растворов хлорида натрия, а также проведение очистки воды от микроорганизмов, ионов тяжелых металлов и органических соединений - гербицидов, пестицидов, фенолов, ПАВ, нефтепродуктов. Установка по изобретению может использоваться в полевых условиях путешественниками, геологами, спасателями, туристами, в труднодоступных районах, районах стихийных бедствий и чрезвычайной эпидемиологической обстановки, а также для исследовательских целей в научных лабораториях, в домашних условиях, на даче.

Указанный технический результат достигается тем, что в переносном устройстве для электрохимической обработки жидкости, которое содержит корпус из диэлектрического материала с размещенными в нем цилиндрическим внутренним анодом, внешним цилиндрическим катодом, установленными коаксиально, и расположенную между электродами диафрагму, разделяющую межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры и токоподводы. Диафрагма выполнена цилиндрической из керамики на основе оксидов алюминия и циркония и установлена коаксиально электродам, анод, катод и диафрагма жестко соединены в электродно-диафрагменный блок, анодная и катодная камеры электродно-диафрагменного блока снабжены средствами для ввода и вывода обрабатываемой жидкости, сам блок жестко закреплен в корпусе. Крепление блока в корпусе может осуществляться зажимами, хомутами, которые отливаются заодно с корпусом или крепятся к нему. Крепление также может осуществляться эластичными прокладками, например, поролоновыми, которые, заполняя пространство между блоком и корпусом, предотвращают его смещение. Корпус выполнен с отверстиями. Устройство содержит быстроразъемные гидравлические соединения и электрический разъем, которые герметично установлены в отверстиях корпуса. Устройство также содержит гибкие трубопроводы. Быстроразъемные гидравлические соединения с внутренней стороны корпуса соединены со средствами ввода и вывода анодной и катодной камер электродно-диафрагменного блока, с внешней стороны корпуса - с гибкими трубопроводами. Сами быстроразъемные гидравлические соединения могут быть выполнены в виде ниппельных соединений. Электрический разъем внутри корпуса соединен с токоподводами электродно-диафрагменного блока, а с внешней стороны корпуса - с источником питания.

Такое выполнение позволяет улучшить характеристики устройства и расширить его функциональные возможности. Электродно-диафрагменный блок размещен внутри диэлектрического корпуса, что повышает безопасность работы установки и уменьшает ее габариты, так как размеры корпуса зависят только от размеров электродно-диафрагменного блока и не влияют на производительность установки. Сам блок является жесткой конструкцией, которая сохраняет постоянство межэлектродного расстояния, коаксиальность расположения элементов блока, что обеспечивает стабильность характеристик обработки жидкости и упрощает обслуживание устройства.

В зависимости от конструктивного оформления соединения электродно-диафрагменного блока в жесткую конструкцию, устройство может содержать различные средства для подачи и вывода обрабатываемых жидкостей из электродных камер. Они могут быть выполнены в виде различного вида патрубков, расположенных либо на теле самих электродов (или в отверстиях на поверхности электродов), или являться частью конструкции, обеспечивающей жесткое соединение электродов. Наличие средств ввода и вывода жидкости из электродных камер обеспечивает возможность работы устройства в проточном режиме, а также обеспечивает возможность обработки в электродных камерах разных по составу продуктов, или работу камер при параллельном протоке жидкости в них, или при противотоке, что существенно расширяет функциональные возможности устройства.

В прикладной электрохимии известны портативные устройства для обработки воды, реализующие проточный принцип работы. Однако реализация этого принципа в известных установках приводит к увеличению габаритов, так как корпус установки содержит резервуар с обрабатываемой водой, из которого вода самотеком поступает в электродную камеру устройства и выводится потребителю [2]. Помимо увеличения габаритов, установка не позволяет одновременно получать растворы из анодной и катодной камер. Также невозможно получение растворов, подвергнутых последовательной электрохимической обработке вначале в одной, а затем в другой электродных камерах.

Известно устройство "Microwater", реализующее проточный принцип проведения обработки в анодной и катодной камерах [3], однако это устройство обладает значительными габаритами, и его сложно использовать как переносное. Кроме того, в этом устройстве стадия электрохимической обработки включена в постоянную схему гидравлической обвязки, которая позволяет получать продукты только с установленными характеристиками. Известная установка также не предусматривает возможности обработки в электродных камерах разных по составу растворов и в разных режимах, в том числе, не предусмотрена последовательная обработка раствора сначала в одной, а затем в другой электродных камерах.

Корпус устройства по настоящему изобретению выполнен с отверстиями, в которых герметично установлены быстроразъемные гидравлические соединения и электрический разъем. Герметичная установка позволяет исключить попадание жидкостей внутрь корпуса, что улучшает эксплутационные характеристики устройства и повышает его безопасность. Наличие электрического разъема позволяет использовать различные источники питания, как переносные, так и стационарные, что также расширяет функциональные возможности устройства. Электропитание устройства может осуществляться от любого внешнего (выносного) источника тока - адаптера в виде понижающего трансформатора с выпрямителем и стабилизатором тока, автомобильного аккумулятора или солнечной батареи.

Количество токоподводов и их размещение зависят от условий решаемой задачи. При использовании электродно-диафрагменного блока сравнительно малой длины - до 10 см, можно использовать по одному анодному и катодному токоподводу. При использовании электродно-диафрагменных блоков длиной 20-30 см, целесообразно использовать два анодных токоподвода и соединять их с концевыми частями анода, и один катодный токоподвод, соединенный с центральной частью катода.

Быстроразъемные гидравлические соединения обеспечивают возможность реализации в устройстве различных режимов работы электродно-диафрагменного блока - обработка жидкости в электродных камерах может осуществляться как параллельными потоками, так и противотоком. Использование быстроразъемных соединений и гибких трубопроводов позволяет реализовать в устройстве различные гидравлические схемы обработки жидкости, что позволяет использовать устройство для решения широкого спектра задач. При этом поступление жидкости на обработку, а также отвод и сбор продуктов обработки осуществляется по гибким трубопроводам с использованием емкостей, которые могут входить в комплект оборудования устройства, или работа устройства может осуществляться с использованием подручных средств.

Диафрагма блока выполнена цилиндрической из керамики на основе оксидов алюминия и циркония и установлена коаксиально электродам. Такая диафрагма является прочной, устойчивой к действию агрессивных реагентов, имеет постоянный размер пор, обладает гидрофильной поверхностью, что уменьшает вероятность налипания на рабочие поверхности диафрагмы пузырьков электролизных газов. Материал диафрагмы позволяет изготавливать диафрагмы достаточно малой толщины, что обеспечивает возможность снизить расход энергии за счет уменьшения межэлектродного расстояния. Однако даже при малой толщине, такие диафрагмы обладают достаточной прочностью и могут выдерживать сравнительно высокий перепад давления, не изменяя своей формы. Это расширяет функциональные возможности установки и обеспечивает стандартные характеристики получаемых растворов. Кроме того, диафрагма легко регенерируется от солей жесткости, которые являются основной причиной загрязнения диафрагм при обработке водных растворов.

Наружная и внутренняя поверхности цилиндрической диафрагмы, а также наружная поверхность анода, внутренняя поверхность катода выполнены полированными. Такое выполнение позволяет надежно эксплуатировать устройство в любом положении - горизонтальном, вертикальном, наклонном. При этом напора обрабатываемой жидкости достаточно для эффективного удаления пузырьков электролизных газов и их наличие не сказывается на характеристиках процесса обработки.

В устройстве целесообразно использовать электродно-диафрагменный блок, содержащий цилиндрические коаксиально установленные внутренний анод, внешний катод и диафрагму из керамики на основе оксидов алюминия и циркония, может содержать также различные добавки, например, оксид иттрия. Диафрагма разделяет межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры. Толщина диафрагмы от 0,4 до 3 мм. Электроды выполнены из нерастворимого при электролизе материала: в качестве анодных материалов могут использоваться титановые электроды с покрытием из смеси диоксида рутения и диоксида титана (ОРТА), или титановые электроды с покрытием благородными металлами, с покрытиями из оксидов марганца, олова, кобальта; в качестве катодных материалов могут использоваться полированные титан, тантал или цирконий, покрытие пирографитом или стеклоуглерод, и другие. Катод, анод и диафрагма могут быть установлены в диэлектрических втулках. Втулки выполнены с возможностью герметизации электродных камер и во втулках выполнены каналы, сообщающиеся с анодной и катодной камерами, причем каналы выведены на боковую поверхность втулок и снабжены патрубками. Величина межэлектродного расстояния может составлять 2,5-12,0 мм. Длина блока определяется в основном длиной катода, которая составляет 50-300 мм.

Анод может быть выполнен в виде одной сплошной детали или полым внутри, составным из нескольких деталей, которые могут быть выполнены из одного или разных материалов, и соединены между собой при помощи различных методов (в зависимости от материала), как то сварка лучом лазера, вакуумная сварка, механическое соединение и т.п. Во втулках может быть выполнен осевой канал, в котором герметично устанавливается анод, при этом на концевых частях анода может быть выполнена резьба, что позволяет разместить приспособления для фиксации элементов блока, которые могут быть выполнены в виде прижимных шайб и гаек, на торцах втулок. Также к концевым частям анода могут быть присоединены токоподводы, и такое их размещение обеспечит равномерность поляризации анода.

Размеры электродно-диафрагменного блока выбираются в зависимости от круга решаемых задач. В случае кондиционирования воды могут использоваться сравнительно небольшие блоки, размером до 10 см. В случае необходимости обеспечить большую производетельность и интенсивность обработки размер блока может быть увеличен до 30 см и более. Целесообразно использовать электродно-диафрагменные блоки установок, прошедших сертификацию, и производящие сертифицированные дезинфицирующие и стерилизующие растворы. Могут быть использованы электродно-диафрагменные блоки, описанные, например, в патентах РФ 2042639, 2078737, 2145940 или патента США 5635040.

Краткое описание фигур чертежей

электродно-диафрагменный блок

На фиг.1 схематически изображен электродно-диафрагменный блок, размещенный в корпусе.

схемы соединения устройства, позволяющие получать дезинфицирующие

На фиг.2-5 изображены схемы соединения устройства, позволяющие получать дезинфицирующие
и моющие растворы.

схема обвязки устройства при очистке воды

На фиг.6 представлена схема обвязки устройства при очистке воды.

схема промывки устройства для удаления катодных отложений

На фиг. 7 показана схема промывки устройства для удаления катодных отложений.

Устройство для обработки жидкости (фиг.1) содержит корпус 1, в котором с помощью эластичных (поролоновых) прокладок 2 закреплен электродно-диафрагменный блок. Блок выполнен из внешнего цилиндрического катода 3, внутреннего цилиндрического анода 4 (на фиг.1 показаны его концевые части) и кольцевой диафрагмы между ними, разделяющей межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры (на фиг.1 не показано). Анод, катод и диафрагма размещены коаксиально и жестко закреплены во втулках 5. На одной втулке 5 расположены патрубки 6 и 7, на другой - патрубки 8 и 9. Патрубки 7 и 8 обеспечивают ввод и вывод (или вывод и ввод) обрабатываемой жидкости соответственно в катодную камеру, а патрубки 6 и 9 - соответственно в анодную. В корпусе выполнены отверстия 10, 11, 12 и 13, в которых герметично установлены быстроразъемные гидравлические соединения, соединенные внутри корпуса соответственно с патрубками 8, 6, 7 и 9. В корпусе также выполнено отверстие 14, в котором герметично установлен электрический разъем, соединенный внутри корпуса с токоподводами (на фиг. не показаны).

Устройство также может содержать гибкие трубопроводы 15, 16, 17 (фиг.2 а и в), емкости для исходного раствора 18, для готового продукта 19, для продукта, полученного на промежуточных стадиях обработки 20, элемент питания 21, приспособление для создания избыточного давления 22. Устройство также может содержать регулятор расхода 23.

При проведении процесса очистки воды устройство может содержать электрокинетический реактор 24 для удаления коллоидных частиц гидроксидов тяжелых металлов и каталитический реактор дехлорирования 25 (фиг.6, а и в). Электрокинетический реактор представляет собой проточный реактор, заполненный частицами электрохимически активного кристаллического вещества, например, гранулами кварца. Объем электрокаталитического реактора составляет 1-50 объемов катодной камеры электродно-диафрагменного блока. В качестве каталитического реактора дехлорирования можно использовать проточный реактор, заполненный углерод-диоксидномарганцевым катализатором. Для осуществления промывки устройства оно может содержать емкость 26 с промывным кислотным раствором.

В зависимости от условий решаемой задачи осуществляется различная гидравлическая обвязка элементов устройства и его работа.

На фиг. 2 показана схема гидравлической обвязки устройства с получением дезинфицирующего раствора - анолита нейтрального электрохимически активированного типа АНК (рН 6,8-7,8, окислительно-восстановительный потенциал относительно хлорсеребряного электрода сравнения (ОВП) - плюс 400 - плюс 800 мВ, концентрация оксидантов в пределах 100-400 мг/л) из исходного раствора хлорида натрия концентрацией 0,5-5,0 г/л. Данный раствор может быть использован в соответствии с имеющимися разрешениями НИИ Дезинфектологии в стоматологических кабинетах, в поликлиниках, в сельских больницах.

При получении анолита АНК по схеме, приведенной на фиг.2, электродно-диафрагменный блок работает при параллельном протоке обрабатываемых сред в анодной и катодной камерах.

К быстроразъемному гидравлическому соединению 12 (фиг.2а и 2в), соединенному с патрубком 7 электродно-диафрагменного блока (см. фиг.1) и обеспечивающему подачу обрабатываемой среды в катодную камеру, с помощью гибкого трубопровода 15 присоединяется емкость 18 с исходным раствором, подлежащим обработке. Из гидравлического соединения 10, соединенного с патрубком 8 блока (фиг. 1), раствор, подвергнутый обработке в катодной камере с помощью гибкого трубопровода 16, подается на гидравлическое соединение 11, и через патрубок 6 (фиг.1) раствор поступает в анодную камеру. Из патрубка 9 (фиг.1) через гидравлическое соединение 13 готовый раствор по гибкому трубопроводу 17 поступает в емкость 19 готового продукта. На трубопроводе 16 предусмотрена возможность с помощью регулятора расхода 23 отводить в дренаж часть раствора, обработанного в катодной камере, в емкость 20.

Разъем 14 корпуса 1 соединяют с элементом питания (на фиг.2-7 показан элемент питания 21, работающий от сети переменного тока, выполненный в виде понижающего трансформатора и выпрямителя). Подача исходного раствора на обработку из емкости 18 обеспечивается снабжением емкости 18 приспособлением для повышения давления 22 (на фиг 2а, приспособление выполнено в виде компрессора, работающего от сети переменного тока).

Проток исходного раствора может осуществляться за счет гидростатического давления (фиг. 2 в). В этом случае емкость 18 располагается на высоте 1-2 м по отношению к плоскости, в которой расположен корпус 1.

На фиг. 3 (а и в) показана схема гидравлической обвязки устройства с получением дезинфицирующего раствора такого же анолита типа АНК, но в этом случае получение анолита АНК ведут при противотоке обрабатываемых сред в анодной и катодной камерах электродно-диафрагменного блока, что позволяет резко сократить количество католита, удаляемого в дренаж.

К быстроразъемному гидравлическому соединению 12 (фиг.3, а и в), обеспечивающему подачу обрабатываемой среды в катодную камеру, с помощью гибкого трубопровода 15 присоединяется емкость 18 с исходным раствором, подлежащим обработке. Из гидравлического соединения 10, раствор, подвергнутый обработке в катодной камере с помощью гибкого трубопровода 16, подается на гидравлическое соединение 13, обеспечивающее подачу раствора в анодную камеру. Из гидравлического соединения 11 готовый раствор по гибкому трубопроводу 17 поступает в емкость 19 готового продукта. На трубопроводе 16 предусмотрена возможность с помощью регулятора расхода 23 отводить часть раствора, обработанного в катодной камере, в емкость 20.

Подача исходного раствора на обработку из емкости 18 обеспечивается либо снабжением емкости 18 приспособлением для повышения давления 22 (фиг.3а), либо за счет гидростатического давления (фиг.3 в). В этом случае емкость 18 располагается на высоте 1-2 м по отношению к плоскости, в которой расположен корпус 1.

На фиг.4 (а и в) показана схема гидравлической обвязки устройства с получением дезинфицирующего раствора анолита типа А (рН менее 5,0, ОВП - плюс 800 - плюс 1200 мВ, содержание оксидантов 180 -500 мг/л) и моющего раствора - католита типа К (рН более 9, ОВП - минус 700 - минус 820 мВ). Получение растворов ведут при параллельном протоке обрабатываемой среды в анодной и катодной камерах электродно-диафрагменного блока.

К быстроразъемным гидравлическим соединениям 11 и 12 (фиг.4, а и в), обеспечивающим подачу обрабатываемой среды соответственно в анодную и в катодную камеры, с помощью гибкого трубопровода 15 присоединяется емкость 18 с исходным раствором, подлежащим обработке. Из гидравлического соединения 10 выводится раствор, подвергнутый обработке в катодной камере (католит типа К, т.е. с рН более 9) с помощью гибкого трубопровода 17, подается в емкость 19. Из гидравлического соединения 13 готовый раствор (анолит типа А, т.е. с рН менее 5) по гибкому трубопроводу 17а поступает в емкость 19а готового продукта.

Разъем 14 корпуса 1 соединяют с элементом питания 21. Подача исходного раствора на обработку из емкости 18 обеспечивается либо снабжением емкости 18 приспособлением для повышения давления 22 (на фиг 4 а), либо за счет гидростатического давления (фиг.4в). В этом случае емкость 18 располагается на высоте 1-2 м по отношению к плоскости, в которой расположен корпус 1.

На фиг. 5 показана схема гидравлической обвязки устройства с получением дезинфицирующего раствора анолита типа АН (рН 5,0-7,0, ОВП - плюс 600 - плюс 900 мВ, содержание оксидантов 100-1100 мг/л). Получение анолита АН ведут при параллельном протоке обрабатываемой среды в анодной и катодной камерах электродно-диафрагменного блока.

К быстроразъемным гидравлическим соединениям 11 и 12 (фиг.5, а и в), обеспечивающим подачу обрабатываемой среды соответственно в анодную и в катодную камеры, с помощью гибкого трубопровода 15 присоединяется емкость 18 с исходным раствором, подлежащим обработке. На участке трубопровода, перед соединением 12 установлен регулятор расхода 23, который регулирует соотношение потоков, проходящих через анодную и катодную камеры. Из гидравлического соединения 10 выводится раствор, подвергнутый обработке в катодной камере (католит типа К) с помощью гибкого трубопровода 17, подается в емкость 19. Из гидравлического соединения 13 готовый раствор (анолит типа АН) по гибкому трубопроводу 17а поступает в емкость 19а готового продукта.

Разъем 14 корпуса 1 соединяют с элементом питания 21. Подача исходного раствора на обработку из емкости 18 обеспечивается либо снабжением емкости 18 приспособлением для повышения давления 22 (на фиг 5 а), либо за счет гидростатического давления (фиг.5 в). В этом случае емкость 18 располагается на высоте 1-2 м по отношению к плоскости, в которой расположен корпус 1.

На фиг. 6 показана схема гидравлической обвязки устройства при очистке воды с использованием дополнительной стадии - обработка в каталитическом реакторе для дехлорирования воды.

К быстроразъемному гидравлическому соединению 12 (фиг.6, а и в), обеспечивающему подачу обрабатываемой среды в катодную камеру, с помощью гибкого трубопровода 15 присоединяется емкость 18 с исходной водой, подлежащей очистке. Пройдя обработку в катодной камере, вода из гидравлического соединения 10, с помощью гибкого трубопровода 16, подается на гидравлическое соединение 11, обеспечивающее подачу раствора в анодную камеру. На трубопроводе 16 установлен элеткрокинетический реактор 24. Пройдя обработку в анодной камере из гидравлического соединения 13, готовый раствор по гибкому трубопроводу 17 поступает в емкость 19 очищенной воды. На трубопроводе 17, в случае необходимости, может быть установлен каталитический реактор 25, обеспечивающий очистку воды от избыточного активного хлора, образовавшегося в анодной камере

Подача исходного раствора на обработку из емкости 18 обеспечивается снабжением емкости 18 приспособлением для повышения давления 22 (фиг.6 а).

Проток исходного раствора может осуществляться за счет гидростатического давления (фиг. 6 в). В этом случае емкость 18 располагается на высоте 1-2 м по отношению к плоскости, в которой расположен корпус 1.

На фиг. 7 показана схема гидравлической обвязки устройства при промывке устройства кислотным раствором.

К быстроразъемным гидравлическим соединениям 11 и 12 (фиг.7, а и в), обеспечивающим подачу кислотного раствора соответственно в анодную и в катодную камеры, с помощью гибкого трубопровода 15 присоединяется емкость 26 с промывным, кислотным раствором. На участке трубопровода, перед соединением 11 установлен регулятор расхода 23, регулирующий соотношение объемов промывного раствора, проходящих через анодную и катодную камеры. После прохождения камер из гидравлических соединений 10 и 13 выводится промывной раствор и сливается в емкость.

Подача промывного раствора на обработку из емкости 26 обеспечивается либо снабжением емкости 26 приспособлением для повышения давления 22 ( на фиг. 7 а), либо за счет гидростатического давления (фиг.7 в). В этом случае емкость 26 располагается на высоте 1-2 м по отношению к плоскости, в которой расположен корпус 1.

ВАРИАНТЫ КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ

Изобретение иллюстрируется следующими примерами, которые однако не исчерпывают всех возможностей изобретения.

Устройство по изобретению названо авторами "Установка СТЭЛ-КОМПАКТ-01" и предназначено для получения электрохимически активированного анолита АНК, АН или А, а также католита К и КН из исходного водного раствора хлорида натрия с концентрацией от 0,5 до 5,0 г/л. Для приготовления исходного раствора используется либо химически чистая соль и дистиллированная (или очищенная для гемодиализа) вода, либо обычная столовая соль и обычная водопроводная или природная пресная вода из поверхностных или подземных водоисточников.

Электродно-диафрагменный блок устройства, использованного в примерах, содержал цилиндрический внутренний анод диаметром 8 мм, керамическую диафрагму из керамики на основе смеси окислов алюминия, циркония, промотированного иттрием (соответственно 80 и суммарно 20 мас.%) толщиной 0,7 мм и длиной 210 мм, с размером пор 0,8 мкм, и внешнего цилиндрического катода с внутренним диаметром 14 мм. Электроды и диафрагма были коаксиально установлены в диэлектрических втулках. Во втулках были выполнены осевые каналы, в которых размещались концевые части анода с нанесенной на них резьбой. Жесткость конструкции обеспечивалась прокладками и прижимными элементами - шайбами и гайками, расположенными на торцах втулок. В каждой втулке были выполнены по два канала, обеспечивающих раздельный ввод и соответствующий вывод обрабатываемого раствора в анодную и катодную камеры блока. Межэлектродное расстояние составляло 3 мм. Объемы электродных камер - 10 мл - катодной камеры и 7 мл анодной. Межэлектродное расстояние - 3 мм.

Пример 1 . Устройство использовалось для получения анолита и католита из исходного раствора хлорида натрия концентрацией 3 г/л в соответствии со схемой, приведенной на фиг.4а. В табл. 1 приведены данные при использовании устройства по изобретению, а также приведены данные по прототипу и по известным установкам того же назначения.

Пример 2 . Образцы загрязненной воды подвергали очистке в устройстве по изобретению в соответствии со схемой, приведенной на фиг. 6а. В качестве электрокинетического реактора использовали емкость объемом 30 мл, заполненную кристаллами кварца с размерами зерен 2,5-3,0 мм. Для дехлорирования обработанной воды использовали емкость, заполненную углерод-диоксидмарганцевым катализатором. Данные по очистке приведены в табл. 2-3. Приведенные данные получены на образцах обычной питьевой воды и на модельных водных растворах, обсемененных микроорганизмами. В качестве образца для сравнения использована установка для очистки фирмы "Brita".

Для большей объективизации полученных результатов нами были поставлены специальные эксперименты с введением предварительно подготовленных растворов с заранее определенными (заведомо большими) концентрациями химических и микробиологических загрязнителей. Испытания проводились в сертифицированной лаборатории Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И. И. Мечникова с помощью специального испытательного стенда.

Промышленная применимость

Как показывает анализ приведенных данных, устройство по изобретению позволяет повысить производительность установки, снизить энергозатраты на обработку и расширить функциональные возможности установки, то есть обеспечить возможность получения необходимого для индивидуального потребителя количества электрохимически активированных растворов - анолита типов А, АН, АНК и католита типа К из воды или разбавленных водных растворов хлорида натрия, а также проводить очистку воды от микроорганизмов, ионов тяжелых металлов и органических соединений - гербицидов, пестицидов, фенолов, ПАВ, нефтепродуктов. Устройство по изобретению может использоваться как в стационарных, так и в полевых условиях. Важным моментом является возможность получения в установке СТЭЛ-КОМПАКТ-01 официальных препаратов, что полностью отсутствует в современных проточных электрохимических системах.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ 2040479, С 02 F 1/46, опубл.27.07.95 (прототип).

2. Заявка Японии 56152786 А, С 02 F 1/46, 1981.

3. Патент США 5051161, С 25 В 15/02, 1991.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Переносное устройство для электрохимической обработки жидкости, содержащее корпус из диэлектрического материала с размещенными в нем электродами: цилиндрическим внутренним анодом, внешним цилиндрическим катодом, установленными коаксиально, расположенную между электродами диафрагму, разделяющую межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры, и токоподводами, отличающееся тем, что диафрагма выполнена цилиндрической из керамики на основе оксидов алюминия и циркония и установлена коаксиально электродам, анод, катод и диафрагма жестко соединены в электродно-диафрагменный блок, анодная и катодная камеры электродно-диафрагменного блока снабжены средствами для ввода и вывода обрабатываемой жидкости, сам блок жестко закреплен в корпусе, а корпус выполнен с отверстиями, и устройство содержит гибкие трубопроводы, а также быстроразъемные гидравлические соединения и электрический разъем, которые герметично установлены в отверстиях корпуса, причем быстроразъемные гидравлические соединения с внутренней стороны корпуса соединены со средствами ввода и вывода анодной и катодной камер электродно-диафрагменного блока, с внешней стороны корпуса - с гибкими трубопроводами, а электрический разъем внутри корпуса соединен с токоподводами электродно-диафрагменного блока, а с внешней стороны корпуса - с источником питания.

2. Переносное устройство для электрохимической обработки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что наружная и внутренняя поверхности цилиндрической диафрагмы, а также наружная поверхность анода, внутренняя поверхность катода выполнены полированными.

3. Переносное устройство для электрохимической обработки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что быстроразъемные гидравлические соединения выполнены в виде ниппельных соединений.

Версия для печати
Дата публикации 25.02.2007гг


вверх