RU2038322C1 - Устройство для электрохимической обработки воды - Google Patents
Устройство для электрохимической обработки воды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2038322C1 RU2038322C1 SU5035665/26A SU5035665A RU2038322C1 RU 2038322 C1 RU2038322 C1 RU 2038322C1 SU 5035665/26 A SU5035665/26 A SU 5035665/26A SU 5035665 A SU5035665 A SU 5035665A RU 2038322 C1 RU2038322 C1 RU 2038322C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- water
- electrodes
- rod
- diaphragm
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 80
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 claims description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 2
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- -1 alkalis Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- HWLDNSXPUQTBOD-UHFFFAOYSA-N platinum-iridium alloy Chemical compound [Ir].[Pt] HWLDNSXPUQTBOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002468 redox effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000271 synthetic detergent Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для электрообработки воды. Устройство для электрохимической воды содержит источник обрабатываемой воды, регуляторы расхода воды, установленные соответственно на линиях подачи воды в анодную и катодную камеры и на выходе из анодной камеры электрохимического реактора. Устройство также содержит приспособление для дозирования реагента, поступающего из емкости. Основным узлом установки является электролитический элемент модульного типа ПЭМ. Элемент ПЭМ представляет собой электролизер с коаксиально расположенным внешним трубчатым анодом 8, внутренним стержневым катодом 9 и трубчатой керамической диафрагмой 10 между электродами. Электроды и диафрагма жестко и герметично закреплены при помощи уплотнительных колец 11 и 12 и торцевых втулок 13. На внешней поверхности элемента ПЭМ расположены входы 14, 15 и выходы 16, 17 электродных камер. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.
Description
Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в процессах, связанных с электрохимическим регулированием кислотно-основных, окислительно-восстановительных свойств и каталитической активности воды, в частности при отмывке электрохимически обработанной водой фармацевтической посуды, что позволяет исключить операции механического удаления загрязнений, уменьшить в 5-7 раз расход синтетических моющих средств, сократить вдвое время обработки посуды и одновременно повысить качество очистки поверхности посуды от загрязнений всех типов.
Для отмывки используют слабощелочной католит (катодно электрохимически обработанная вода) и слабокислотный анолит (вода, подвергнутая анодной электрохимической обработке).
Католит и анолит функционально представляют собой моющий и дезинфицирующий растворы.
В прикладной электрохимии используются электролизеры различных конструкций, обеспечивающие обработку воды.
Известно устройство для получения католита и анолита из подсоленной воды, использующихся соответственно в качестве моющего и обеззараживающего растворов в медицине [1]
Устройство включает в себя диафрагменный проточный электролизер с плоскими электродами и блок питания, совмещенный с блоком управления. Плоские электродные камеры снижают КПД электролизера, так как в них образуются застойные зоны и области преимущественного протока воды. Большая протекаемость диафрагмы приводит к смешению продуктов анодных и катодных электрохимических реакций. Материал диафрагмы и соотношение размеров электродных камер не позволяют создать самоорганизующие структуры течения в потоке воды, протекающей у электродов, что не позволяет уменьшить электролитическое сопротивление между электродами.
Устройство включает в себя диафрагменный проточный электролизер с плоскими электродами и блок питания, совмещенный с блоком управления. Плоские электродные камеры снижают КПД электролизера, так как в них образуются застойные зоны и области преимущественного протока воды. Большая протекаемость диафрагмы приводит к смешению продуктов анодных и катодных электрохимических реакций. Материал диафрагмы и соотношение размеров электродных камер не позволяют создать самоорганизующие структуры течения в потоке воды, протекающей у электродов, что не позволяет уменьшить электролитическое сопротивление между электродами.
Высокая концентрация исходного солевого раствора не позволяет продуцировать в большом количестве суперактивные соединения, препятствует разрыхлению структуры воды, что снижает эффективность растворов. Происходит загрязнение окружающей среды отработанными растворами с большой концентрацией соли и устойчивыми продуктами электролиза.
При периодической смене полярности электродов (при переключении режимов "анолит", "католит") происходит восстановление рутения на электродах ОРТА, после чего он, растворяясь, попадает в раствор.
Невысокая химическая стойкость керамической диафрагмы приводит к поступлению соединений кремния в католит.
Характерна небольшая степень электрохимического превращения, например, из 9 г хлористого натрия, растворенного в 1 л, получается в обычном режиме работы 0,6 г соединений активного хлора.
Еще одним недостатком известной конструкции является сложность и большие трудозатраты при сборке и ремонте электролизера с плоскими электродами, так как необходимо осуществлять герметизацию комплекта электродов.
Известно устройство для электролиза воды [2]
Устройство состоит из цилиндрического электролизера с коаксиально расположенными электродами и диафрагмой между ними, разделяющей внутреннее пространство на катодную и анодную камеры. Каждая камера имеет отдельный вход в нижней и отдельный выход в верхней частях электролизера, сообщающиеся с подводящими и отводящими гидравлическими линиями для протока воды под давлением. В состав устройства входит источник постоянного тока, соединенный с электродами электролизера через коммутационный узел, обеспечивающий возможность перемены полярности электродов для удаления катодных отложений. В процессе эксплуатации данного устройства возможно получение электрохимически обработанной воды с бактерицидными свойствами. Данное устройство является наиболее близким техническим решением и выбрано в качестве прототипа.
Устройство состоит из цилиндрического электролизера с коаксиально расположенными электродами и диафрагмой между ними, разделяющей внутреннее пространство на катодную и анодную камеры. Каждая камера имеет отдельный вход в нижней и отдельный выход в верхней частях электролизера, сообщающиеся с подводящими и отводящими гидравлическими линиями для протока воды под давлением. В состав устройства входит источник постоянного тока, соединенный с электродами электролизера через коммутационный узел, обеспечивающий возможность перемены полярности электродов для удаления катодных отложений. В процессе эксплуатации данного устройства возможно получение электрохимически обработанной воды с бактерицидными свойствами. Данное устройство является наиболее близким техническим решением и выбрано в качестве прототипа.
В описанном устройстве велики энергопотери при обработке воды с изменяющейся во времени минерализацией. Чем больше минерализация воды, тем большее удельное количество электричества требуется для ее обработки, т.е. тем больше необходимая сила тока при постоянном объемном расходе воды. При уменьшении минерализации воды необходимо высокое напряжение для того, чтобы достичь требуемого уровня удельных затрат количества электричества без снижения объемного расхода воды. Чем шире диапазон возможных изменений минерализации воды, тем выше должна быть электрическая мощность источника постоянного тока, поскольку она определяется произведением максимально возможной силы тока на максимально возможное напряжение. Практически отсутствуют случаи, когда мощность используется полезно полностью.
При обработке воды со значительной минерализацией протекает большой ток при малом напряжении, при обработке воды с малой минерализацией малый ток при большом напряжении. Потребляемая электролизером мощность в несколько раз (3-10) меньше установленной мощности источника тока, т.е. устройство для электролиза воды имеет низкий КПД. Кроме того, устройство не обеспечивает стабильность характеристик получаемых растворов при минерализации исходной воды.
Цель изобретения снижение энергозатрат на процесс обработки воды.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем цилиндрический и стержневой электроды, вертикально установленные в диэлектрических втулках, и керамическую диафрагму, выполненную ультрафильтрационной из керамики на основе оксида циркония с добавками оксидов алюминия и иттрия, диафрагма установлена таким образом, что геометрические размеры устройства удовлетворяют соотношениям
и 
0,7-0,8 где K межэлектродное расстояние, мм;
L длина рабочей части электродной камеры, мм;
Ds внутренний диаметр цилиндрического электрода, мм;
Dв диаметр средней части стержневого электрода, мм;
Ss,Sв площади поперечного сечения камер соответственно цилиндрического и стержневого электродов, м2.
L длина рабочей части электродной камеры, мм;
Ds внутренний диаметр цилиндрического электрода, мм;
Dв диаметр средней части стержневого электрода, мм;
Ss,Sв площади поперечного сечения камер соответственно цилиндрического и стержневого электродов, м2.
Подвод и отвод воды в камеру стержневого электрода осуществляется через каналы, выполненные соответственно в нижней и верхней частях диэлектрических втулок. В нижней и верхней частях цилиндрического электрода выполнены отверстия, соединенные соответственно с линиями подачи и отвода обрабатываемой воды, а диаметр концевых частей стержневого электрода на уровне отверстий цилиндрического электрода составляет 0,75 диаметра его средней части.
Устройство содержит регуляторы расходы воды на линии подачи обрабатываемой воды и на линии отвода воды из камеры цилиндрического электрода.
Устройство также может содержать прииспособление для дозирования реагента, выполненное, например, в виде водоструйного насоса и установленное на линии подачи воды.
Выполнение диафрагмы из керамики на основе оксида циркония с добавкой алюминия и иттрия придает высокую устойчивость к действию концентрированных и разбавленных водных растворов кислот, щелочей, окислителей, восстановителей, агрессивных газов хлора, озона и обеспечивает срок службы более 15000 ч. Диафрагма является ультрафильтрационной и имеет протекаемость 0,5-2,0 мл/м х ч х Па.
Диафрагма, установленная между электродами с открытым (без сепаратора) зазором для протока воды, не изменяющая размеров и формы при перепадах давления, гидрофильная, с низким электрическим и высоким фильтрационным сопротивлением (за счет большого числа мелких открытых пор), тонкая, позволяет эффективно реализовать основные условия электрохимической униполярной (катодной и анодной) обработки воды, обеспечивающие наивысшую степень ее метастабильности. При такой обработке все продукты электрохимических реакций, включая высокозаряженные метастабильные частицы, полностью поступают в протекающую пресную воду и насыщают ее, равномерно распределяясь в объеме. Эти частицы, так же как стабильные ионы, участвуют в переносе заряда, но, достигая гидрофильной диафрагмы, адсорбируются на ее поверхности. Они почти не проникают вглубь, так как энергия взаимодействия с гидрофильной поверхностью материала диафрагмы выше энергии активации электромиграционного переноса, и поэтому не подвергаются взаимной нейтрализации. Образуются два заряженных слоя на поверхности диафрагмы, разность потенциалов между которыми достигает 2,5 В. За счет заряженных поверхностных ионных слоев напряженность электрического поля в диафрагме увеличивается на 30-40 В/см, что способствует повышению подвижности ионов в порах и снижает электрическое сопротивление. Снижению электрического сопротивления в межэлектродном пространстиве способствует также появление самоорганизующихся дисситивных структур течения, обеспечивающих ускоренный транспорт заряженных частиц в электродной камере. Такие структуры возникают в соответствии с единой теорией фундаментального поля И. Л.Горловина в пространственно разделенных областях потери и захвата электрона при соответствии характеристических размеров системы (ширина и диаметр электродных камер, толщины диафрагмы) и параметров ее работы (минерализация воды, градиент концентраций, скоростей течения), величины подводимой энергии.
Гидрофильная керамическая диафрагма, кроме указанных, имеет еще несколько положительных свойств. Она нечувствительна к загрязнению воды органическими веществами, катионами тяжелых металлов. Легко и многократно может быть очищена от катодных отложений промывкой кислотой. Это дает электрохимическому реактору возможность долго и стабильно работать при минимальном количестве корректировок режима и операций технического обслуживания, которые не связаны с ее разбором, и так как диафрагма является жесткой, то облегчается ее установка и демонтаж, а также обеспечивается возможность ее работы при изменяющемся давлении. Все это дает электрохимическому реактору возможность долго и стабильно работать при минимальном количестве корректировок режима и операцией технического обслуживания, которые не связаны с его разборкой.
Сочетание указаных размеров электродов и диафрагмы обеспечивает равномерное распределение потока воды по поверхности электродов и одинаковую скорость течения в любом сечении электродной камеры. В кольцевых вертикальных гладкостенных электродных камерах отсутствуют условия для образования застойных зон и зон медленного протока. Такие зоны отрицательно влияют на характеристики любого электролитического реактора, а именно электрохимические процессы провоцируют их образование. Например, при протекании воды в системе параллельных плоских электродов наблюдаются разные по толщине слои воды, неоднородности течения,наличие участков с различными электрохимическими свойствами и т.д. Эти зоны имеют способность самоподдерживаться и развиваться. В них накапливаются продукты электрохимических реакций, формируя осадки различной плотности. Проводимость этих зон выше, чем в потоке, поэтому значительная часть тока расходуется на разогрев воды в застойных зонах и локальный синтез продуктов электролиза, но не электрохимическое преобразование протекающей воды. Признаком существования застойных зон или областей замедленного течения является снижение тока при увеличении скорости течения воды.
Ширина электродных камер подобрана таким образом, чтобы соответствовать диаметру обращения части воды в микротороидальных потоках. Это препятствует появлению областей замедленного течения даже при малых объемных расходах. Ширина электродных камер удовлетворяет также двум другим требованиям: расстояние между поверхностью электрода и диафрагмой не должно быть большим, чтобы не увеличивать омическое сопротивление между электродами, однако оно не должно быть слишком малым, чтобы не вызывать капиллярных и расклинивающих эффектов, препятствующих свободному течению воды с газовыми пузырьками. Длина электродных камер также определена с учетом реальных условий работы реактора.
Электродные камеры не должны быть слишком длинными, чтобы резко не возрастало газонаполнение воды по мере ее приближения к выходу из элемента, но их длина должна обеспечивать достаточную степень электрохимического преобразования воды при однократном протоке. Типичным признаком повышения газонаполнения является увеличение силы тока при возрастании скорости течения воды. Указанное сочетание размеров ширины и длины электродных камер позволяет добиваться хорошего контакта с электродом всех микрообъемов воды. Пузырьки газов не затрудняют свободное течение воды в электродных камерах при конвективных режимах циркуляции, не создают застойных зон за счет капиллярного расклинивания, не увеличивают электрическое сопротивление в межэлектродном пространстве, т.е. в электродной камере не происходит их коалесценция, а значительная скорость удаления обеспечивает малое газонасыщение воды. Весь объем воды в камере находится под действием электрического поля значительной неоднородности, что порождает возникновение микроциркуляционных упорядоченных потоков с ускоренным массообменом в зоне двойного электрического слоя на поверхности электрода, где напряженность электричекого поля достигает нескольких миллионов вольт на сантиметр.
Недостатком известного решения являются высокие энергозатраты. Снижение энергозатрат по предложенному решению достигается за счет определенных соотношений размеров электролитической ячейки. Как показывают эксперименты, при соблюдении данных соотношений, указанных в формуле, при прочих равных условиях удельный расход энергии при обработке водопроводной воды составляет 0,75-1,25 кВт ч/м3, в то время как при несоблюдении этих соотношений расход энергии составляет около 3,0 кВт ч/м3, как в известном решении. При этом достигается и дополнительный эффект за счет остальных конструктивных решений, улучшение гидравлического режима в межэлектродном пространстве, оптимизация процесса за счет использования предложенной диафрагмы, а также снабжения устройства узлами, которые обеспечивают улучшение гидродинамики устройства.
Электроды реактора изготовлены из титана. В зависимости от условий эксплуатации, которые определяются назначением реактора, они подвергаются соответствующей модификации поверхности. Наиболее типичные материалы электродных покрытий, используемых в данных реакторах, приведены в табл.1.
Платиновые и платиново-иридиевые покрытия являют стойкими как при анодной, так и при катодной поляризации, поэтому переключение ячейки с режима катодной обработки воды на анодную достигается изменением полярности электродов.
Если в качестве анодного покрытия используются диоксид рутения или диоксид марганца, то титановый катод полируют или наносят пирографитовое покрытие и полярность электродов во все время эксплуатации не изменяют. Переход с катодного режима на анодный в этом случае производят путем гидравлических переключений. Покрытие пирографитом и полировка титанового электрода снижают скорость образования отложений не только на поверхности электрода, но и на диафрагме.
Выполнение стержневого электрода переменного сечения таким образом, что диаметр его концевых частей составляет 0,75 диаметра его средней части, и размещение его в сборке таким образом, что средняя его часть, имеющая больший диаметр, находится между уровнями, ограниченными отверстиями в цилиндрическом электроде, позволяет снизить износ электрода, так как в местах выполнения отверстий изменяется конфигурация электрического поля между электродами, что может привести к созданию локальных повышений напряжения и неравномерному износу электродов. Также увеличение межэлектродного расстояния в этом месте позволяет обеспечить стабильность работы диафрагмы. Кроме того, снижается материалоемкость электрода. Выполнение диаметра концевых частей стержневого электрода меньше чем 0,75 диаметра его средней части нецелесообразно, так как приводит к образованию застойных зон. Выполнение их больше 0,75 диаметра не обеспечивает заданную степень ресурса работы электрода.
Выполнение в нижней и верхней частях цилиндрического (трубчатого) электрода отверстий, соединенных соответственно с линиями подачи и отвода обрабатываемой воды, приводит к созданию оптимальных гидродинамических условий в камере цилиндрического электрода. Кроме того, это приводит к упрощению конструкции в целом, так как снижается сложность изготовления и монтажа диэлекрических втулок, упрощается регулирование скорости протока воды через камеру цилиндрического электрода.
Снабжение устройства регуляторами расхода позволяет обеспечить долговечность работы устройства на минерализованной воде и, кроме того, регулировать качество получаемых растворов. Так, например, если регулятор расхода установлен на линии подвода воды в одну из электродных камер, то при замедленном протоке воды в этой камере увеличивается концентрация продуктов электролиза, что в свою очередь приводит к уменьшению сопротивления между электродами, уменьшению расхода электроэнергии и переводу устройства в экономичный режим работы, обеспечивающий долговечность. Регулируя величину расхода на входе одной электродной камеры, можно изменять физико-химические параметры воды, протекающей в другой камере, за счет перераспределения вида и концентрации ионов переносчиков заряда.
Снабжение устройства приспособлением для дозирования реагентов расширяет функциональные возможности устройства и позволяет расширить спектр получаемых продуктов.
На фиг.1 представлено устройство для электрохимической обработки воды.
Устройство содержит источник 1 обрабатываемой воды, регуляторы расхода 2, 3, 4, установленные соответственно на линиях подачи воды в анодную и катодную камеры и на выходе из анодной камеры электрохимического реактора 5. Устройство также содержит приспособление 6 для дозирования реагента, поступающего из емкости 7.
Основным узлом установки для электрохимической обработки воды является проточный электролитический элемент модульного типа, именуемый далее ПЭМ.
На фиг.2 представлен ПЭМ.
Элемент ПЭМ представляет собой миниатюрный диафрагменный электролизер с коаксиальным расположением внешнего цилиндрического анода 8, внутреннего стержневого катода 9 и трубчатой керамической диафрагмы 10 между электродами. Электроды и диафрагма жестко и герметично взаимно закреплены при помощи уплотнительных колец 11, 12 и торцевых втулок 13 из диэлектрического материала, являющихся продолжением внешней цилинрической поверхности элемента ПЭМ. На внешней поверхности элемента ПЭМ расположены входы 14, 15 и выходы 16, 17 электродных камер. Они выполнены в виде отверстий в торцевых втулках 13 и цилиндрическом электроде 8 у его концов. Сборка и герметизация электролитического элемента производится при стягивании втулок 13 к торцам электрода 8 гайками 18 и шайбами 19 на концах электрода 9. Зазоры между электродами 8 и 9 и диафрагмой 10 равны 1,2 мм. Расстояние между электродами 8 и 9 равно 3 мм, толщина ультрафильтрационной диафрагмы 10 находится в пределах 0,58-0,62 мм. Диаметр средней части внутреннего стержневого электрода равен 8 мм, а его концевых частей 6 мм.
Длина рабочей части диафрагмы составляет 200 мм. Рабочая поверхность диафрагмы заключена между уплотнительными кольцами 11. Площадь рабочей поверхности цилиндрического электрода 8 составляет 88 см2, стержневого 50 см2.
Устройство работает следующим образом.
Исходная обрабатываемая вода либо от напорного источника воды, либо из емкости 1 по водопроводным коммуникациям раздельно подается через регуляторы расхода 2, 3 в анодную и катодную камеры реактора 5. С помощью регуляторов расхода 3 и 4 устанавливаются необходимые соотношения объемных расходов католита и анолита. Включается источник тока (например, ИП-2). После проведения электрохимической обработки из реактора по отдельным трубопроводам анолит и католит поступают в емкости-накопители. Причем проведение электрохимической обработки при открытых регуляторах расхода (вентилях) 2, 3, 4 позволяет получать щелочной католит и кислотный анолит, при прикрытых вентилях 2, 4 и открытом 3 нейтральный католит (рН9), а при прикрытом 3 и открытых 2, 4 нейтральный анолит (рН 7). Электрохимическая обработка воды производится во время ее однократного протока снизу вверх в катодной и анодной камере реактора.
Основной реакцией в катодной камере является восстановление воды на катоде под действием электрического тока
2 Н(2) О + 2 е Н(2) + 2 ОН(-)
Кроме того, на катоде с образованием высокоактивных соединений протекает целая гамма реакций, результатом которых является усиление основной и восстановительной и ослабление кислотной и окислительной активности воды в химических реакциях.
2 Н(2) О + 2 е Н(2) + 2 ОН(-)
Кроме того, на катоде с образованием высокоактивных соединений протекает целая гамма реакций, результатом которых является усиление основной и восстановительной и ослабление кислотной и окислительной активности воды в химических реакциях.
На аноде при протекании тока происходит окисление воды
2 Н(2)O + 4е 4Н(+) + О(2)
Если в воде содержатся хлориды, то наряду с кислородом на аноде выделяется газообразный хлор. Так же протекают многочисленные реакции окисления воды и растворенных в ней веществ, которые сопровождаются появлением высокореакционных продуктов и приводят к усилению кислотной и окислительной, а также к ослаблению основной и восстановительной активности воды.
2 Н(2)O + 4е 4Н(+) + О(2)
Если в воде содержатся хлориды, то наряду с кислородом на аноде выделяется газообразный хлор. Так же протекают многочисленные реакции окисления воды и растворенных в ней веществ, которые сопровождаются появлением высокореакционных продуктов и приводят к усилению кислотной и окислительной, а также к ослаблению основной и восстановительной активности воды.
Экспериментальные данные по по- лучению анолита и католита из воды с различной минерализацией в описываемом устройстве и устройстве-аналоге (ЭХА-30) приведены соответственно в табл. 2 и 3, где ОВП окислительно-восстановительный потенциал.
Предложенное устройство по сравнению с прототипом, при достижении одинакового результата, более просто в изготовлении, так как отсутствуют детали, трудоемкие в изготовлении и сборке (диэлектрические втулки по прототипу имеют большее число каналов и меньше степеней свободы при установке).
Кроме того, при прочих равных условиях, удельный расход энергии при обработке водопроводной воды по заявленному решению составляет 0,75-1,25 кВт х ч/м3, по известному 3,0 кВт х ч/м3.
Устройство имеет более простую и эффективную систему гидравлической обвязки, которая не включает в себя использование многоходовых кранов, а также более широкие функциональные возможности.
По сравнению с базовым устройством предлагаемое устройство в 5-6 раз меньше потребляет энергии, имеет меньшие габаритные размеры и в 10 раз меньшую массу.
Claims (2)
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ, содержащее коаксиальные цилиндрический и стержневой электроды, вертикально установленные в диэлектрических втулках, керамическую диафрагму, коаксиально установленную во втулках между электродами и разделяющую межэлектродное пространство на электродные камеры, линии подвода и отвода обрабатываемой воды, причем в нижней втулке выполнен канал, соединенный с линией подачи обрабатываемой воды для подвода ее в камеру стержневого электрода, в верхней втулке выполнен канал для отвода воды из камеры стержневого электрода, источник тока, соединенный с электродами через узел коммутации, отличающееся тем, что диафрагма выполнена ультрафильтрационной из керамики на основе оксида циркония с добавками оксидов алюминия и иттрия и установлена таким образом, что геометрические размеры ячейки удовлетворяют соотношениям
K/lnL Ds/Db; Ss/Sb 0,7 0,8,
где K межэлектродное расстояние, мм;
L длина рабочей части электродной камеры, мм;
Ds внутренний диаметр цилиндрического электрода, мм;
Db диаметр средней части стержневого электрода, мм;
Ss и Sb площади поперечного сечения камер соответственно цилиндрического и стержневого электродов, м2,
в верхней и нижней частях цилиндрического электрода выполнены отверстия, соединенные соответственно с линиями отвода и подвода обрабатываемой воды, стержневой электрод выполнен переменного сечения и диаметр его концевых частей составляет 0,75 диаметра его средней части, причем стержневой электрод установлен таким образом, что его средняя часть расположена на уровне, ограниченном отверстиями в верхней и нижней частях цилиндрического электрода, цилиндрический электрод соединен с положительным полюсом источника тока, стержневой с отрицательным, устройство содержит регуляторы расхода обрабатываемой воды, установленные перед входом в электродные камеры и на выходе воды из камеры цилиндрического электрода.
K/lnL Ds/Db; Ss/Sb 0,7 0,8,
где K межэлектродное расстояние, мм;
L длина рабочей части электродной камеры, мм;
Ds внутренний диаметр цилиндрического электрода, мм;
Db диаметр средней части стержневого электрода, мм;
Ss и Sb площади поперечного сечения камер соответственно цилиндрического и стержневого электродов, м2,
в верхней и нижней частях цилиндрического электрода выполнены отверстия, соединенные соответственно с линиями отвода и подвода обрабатываемой воды, стержневой электрод выполнен переменного сечения и диаметр его концевых частей составляет 0,75 диаметра его средней части, причем стержневой электрод установлен таким образом, что его средняя часть расположена на уровне, ограниченном отверстиями в верхней и нижней частях цилиндрического электрода, цилиндрический электрод соединен с положительным полюсом источника тока, стержневой с отрицательным, устройство содержит регуляторы расхода обрабатываемой воды, установленные перед входом в электродные камеры и на выходе воды из камеры цилиндрического электрода.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит приспособление для дозирования реагента, установленное на линии подачи воды.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5035665/26A RU2038322C1 (ru) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | Устройство для электрохимической обработки воды |
| GB9324796A GB2274113B (en) | 1992-04-03 | 1993-03-26 | Apparatus for electrochemical treatment of water |
| DE4391418T DE4391418T1 (de) | 1992-04-03 | 1993-03-26 | Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung von Wasser |
| PCT/RU1993/000075 WO1993020014A1 (fr) | 1992-04-03 | 1993-03-26 | Dispositif concernant le traitement elecrochimique de l'eau |
| JP5517344A JPH07509536A (ja) | 1992-04-03 | 1993-03-26 | 水の電気化学処理装置 |
| US08/157,039 US5427667A (en) | 1992-04-03 | 1993-03-26 | Apparatus for electrochemical treatment of water |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5035665/26A RU2038322C1 (ru) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | Устройство для электрохимической обработки воды |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2038322C1 true RU2038322C1 (ru) | 1995-06-27 |
Family
ID=21601009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5035665/26A RU2038322C1 (ru) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | Устройство для электрохимической обработки воды |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2038322C1 (ru) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2128145C1 (ru) * | 1998-04-17 | 1999-03-27 | Найда Николай Николаевич | Способ электролиза с управлением процессом электрохимической обработки водных растворов и электролизер |
| RU2132821C1 (ru) * | 1997-06-25 | 1999-07-10 | Стерилокс Текнолоджиз, Инк. | Устройство для электролитической обработки воды |
| RU2133224C1 (ru) * | 1998-06-29 | 1999-07-20 | Рамазанов Зуфар Джалилович | Устройство для электрохимической обработки воды |
| RU2133223C1 (ru) * | 1998-04-30 | 1999-07-20 | Рамазанов Зуфар Джалилович | Установка для электрохимической очистки воды |
| RU2141453C1 (ru) * | 1995-06-30 | 1999-11-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Лаборатория электрохимической технологии" | Устройство для электрохимической обработки воды и водных растворов |
| RU2142917C1 (ru) * | 1998-06-30 | 1999-12-20 | Попов Алексей Юрьевич | Способ и устройство для электрохимической обработки воды |
| RU2145940C1 (ru) * | 1998-10-29 | 2000-02-27 | Бахир Витольд Михайлович | Проточный электрохимический модульный элемент "пэм-4" для обработки жидкости |
| RU2148027C1 (ru) * | 1999-02-01 | 2000-04-27 | Бахир Витольд Михайлович | Способ получения дезинфицирующего раствора - нейтрального анолита анд |
| RU2155719C1 (ru) * | 1998-12-25 | 2000-09-10 | Бахир Витольд Михайлович | Способ получения дезинфицирующего раствора - анолита нейтрального |
| RU2167823C2 (ru) * | 1999-08-19 | 2001-05-27 | Попов Алексей Юрьевич | Способ для электрохимической обработки воды |
| RU2220788C1 (ru) * | 2002-06-07 | 2004-01-10 | Малеев Борис Владимирович | Биологический аэрозольный комплекс "защита" |
| RU2233244C1 (ru) * | 2003-04-22 | 2004-07-27 | Государственное научное учреждение Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете | Реактор для обработки жидкостей |
| RU2238909C1 (ru) * | 2003-08-05 | 2004-10-27 | Акционерное общество закрытого типа "Газоимпульс" | Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов |
| RU2252920C1 (ru) * | 2004-06-28 | 2005-05-27 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий | Установка для электрохимической активации питьевой и оросительной воды |
| RU2252919C1 (ru) * | 2004-04-26 | 2005-05-27 | ГУ Волгоградский научно-исследовательский технологический институт мясо-молочного скотоводства и переработки продукции животноводства Российской академии сельскохозяйственных наук | Способ электроактивирования питьевой воды |
| RU2270803C2 (ru) * | 2003-09-23 | 2006-02-27 | Владимир Николаевич Серебряков | Способ электрохимической обработки водно-солевых растворов |
| RU2309899C2 (ru) * | 2005-07-06 | 2007-11-10 | Евгений Николаевич Бойцов | Способ получения активированных растворов |
| RU2315973C2 (ru) * | 2005-12-30 | 2008-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Мембрана" | Способ измерения уровня метастабильности водных растворов, подвергнутых униполярной электрохимической активации |
| RU194041U1 (ru) * | 2019-10-01 | 2019-11-26 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Современные технологии" (ООО НПЦ "Современные технологии") | Портативный электролизер для получения раствора гипохлорита натрия |
| EP4091992A1 (en) | 2021-05-19 | 2022-11-23 | Blue Safety GmbH | Method for purification of water and water purification system |
-
1992
- 1992-04-03 RU SU5035665/26A patent/RU2038322C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Электрохимактиватор медицинский. Информационный листок N 03049 от 27.02.87. * |
| 2. Заявка Японии N 1-104387, кл. C 02F 1/46, 1989. * |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2141453C1 (ru) * | 1995-06-30 | 1999-11-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Лаборатория электрохимической технологии" | Устройство для электрохимической обработки воды и водных растворов |
| RU2132821C1 (ru) * | 1997-06-25 | 1999-07-10 | Стерилокс Текнолоджиз, Инк. | Устройство для электролитической обработки воды |
| RU2128145C1 (ru) * | 1998-04-17 | 1999-03-27 | Найда Николай Николаевич | Способ электролиза с управлением процессом электрохимической обработки водных растворов и электролизер |
| RU2133223C1 (ru) * | 1998-04-30 | 1999-07-20 | Рамазанов Зуфар Джалилович | Установка для электрохимической очистки воды |
| RU2133224C1 (ru) * | 1998-06-29 | 1999-07-20 | Рамазанов Зуфар Джалилович | Устройство для электрохимической обработки воды |
| RU2142917C1 (ru) * | 1998-06-30 | 1999-12-20 | Попов Алексей Юрьевич | Способ и устройство для электрохимической обработки воды |
| RU2145940C1 (ru) * | 1998-10-29 | 2000-02-27 | Бахир Витольд Михайлович | Проточный электрохимический модульный элемент "пэм-4" для обработки жидкости |
| RU2155719C1 (ru) * | 1998-12-25 | 2000-09-10 | Бахир Витольд Михайлович | Способ получения дезинфицирующего раствора - анолита нейтрального |
| RU2148027C1 (ru) * | 1999-02-01 | 2000-04-27 | Бахир Витольд Михайлович | Способ получения дезинфицирующего раствора - нейтрального анолита анд |
| RU2167823C2 (ru) * | 1999-08-19 | 2001-05-27 | Попов Алексей Юрьевич | Способ для электрохимической обработки воды |
| RU2220788C1 (ru) * | 2002-06-07 | 2004-01-10 | Малеев Борис Владимирович | Биологический аэрозольный комплекс "защита" |
| RU2233244C1 (ru) * | 2003-04-22 | 2004-07-27 | Государственное научное учреждение Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете | Реактор для обработки жидкостей |
| RU2238909C1 (ru) * | 2003-08-05 | 2004-10-27 | Акционерное общество закрытого типа "Газоимпульс" | Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов |
| RU2270803C2 (ru) * | 2003-09-23 | 2006-02-27 | Владимир Николаевич Серебряков | Способ электрохимической обработки водно-солевых растворов |
| RU2252919C1 (ru) * | 2004-04-26 | 2005-05-27 | ГУ Волгоградский научно-исследовательский технологический институт мясо-молочного скотоводства и переработки продукции животноводства Российской академии сельскохозяйственных наук | Способ электроактивирования питьевой воды |
| RU2252920C1 (ru) * | 2004-06-28 | 2005-05-27 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий | Установка для электрохимической активации питьевой и оросительной воды |
| RU2309899C2 (ru) * | 2005-07-06 | 2007-11-10 | Евгений Николаевич Бойцов | Способ получения активированных растворов |
| RU2315973C2 (ru) * | 2005-12-30 | 2008-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Мембрана" | Способ измерения уровня метастабильности водных растворов, подвергнутых униполярной электрохимической активации |
| RU194041U1 (ru) * | 2019-10-01 | 2019-11-26 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Современные технологии" (ООО НПЦ "Современные технологии") | Портативный электролизер для получения раствора гипохлорита натрия |
| EP4091992A1 (en) | 2021-05-19 | 2022-11-23 | Blue Safety GmbH | Method for purification of water and water purification system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2038322C1 (ru) | Устройство для электрохимической обработки воды | |
| RU2040477C1 (ru) | Устройство для обеззараживания и очистки воды | |
| US5427667A (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water | |
| US5628888A (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water and/or water solutions | |
| US5871623A (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water and/or water solutions | |
| US7691249B2 (en) | Method and apparatus for making electrolyzed water | |
| AU2008236636B2 (en) | Method and system of electrolytic treatment | |
| RU2176989C1 (ru) | Электрохимическая модульная ячейка для обработки водных растворов, установка для получения продуктов анодного окисления раствора хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов | |
| JPWO1999010286A1 (ja) | 電解槽および電解水生成装置 | |
| RU2088539C1 (ru) | Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов | |
| WO1998050309A1 (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water and/or water solutions | |
| WO1999011840A1 (fr) | Appareil permettant d'obtenir les produits de l'oxydation anodique d'une solution de chlorures de metaux alcalins ou alcalino-terreux | |
| RU2042639C1 (ru) | Устройство для электрохимической обработки воды | |
| KR100319022B1 (ko) | 전해부상법을이용한폐수처리장치 | |
| RU2038323C1 (ru) | Устройство для очистки и обеззараживания воды | |
| KR20050020298A (ko) | 전해수 제조장치 | |
| US3335078A (en) | Bipolar cell for electrolytically treating water | |
| KR100533706B1 (ko) | 전해수 제조장치 | |
| RU2100483C1 (ru) | Способ обработки воды гипохлоритом натрия и проточный электролизер для получения гипохлорита натрия | |
| RU2157793C1 (ru) | Способ получения дезинфицирующего раствора - нейтрального анолита | |
| RU2145940C1 (ru) | Проточный электрохимический модульный элемент "пэм-4" для обработки жидкости | |
| RU2063932C1 (ru) | Устройство для электрохимической обработки жидкости | |
| RU2141453C1 (ru) | Устройство для электрохимической обработки воды и водных растворов | |
| RU2297981C1 (ru) | Устройство для электрохимической обработки воды или водных растворов | |
| RU2078737C1 (ru) | Устройство для электрохимической обработки воды |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060404 |