RU2235689C1 - Method and apparatus for electrochemical processing of liquid - Google Patents
Method and apparatus for electrochemical processing of liquid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2235689C1 RU2235689C1 RU2003128681/15A RU2003128681A RU2235689C1 RU 2235689 C1 RU2235689 C1 RU 2235689C1 RU 2003128681/15 A RU2003128681/15 A RU 2003128681/15A RU 2003128681 A RU2003128681 A RU 2003128681A RU 2235689 C1 RU2235689 C1 RU 2235689C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- liquid
- anode
- fluid
- chamber
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 101
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 76
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 15
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 claims description 15
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 claims description 15
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 13
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 7
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000026058 directional locomotion Effects 0.000 claims description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 39
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 abstract description 39
- 235000013334 alcoholic beverage Nutrition 0.000 abstract description 10
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 9
- 235000019520 non-alcoholic beverage Nutrition 0.000 abstract description 8
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 5
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 abstract description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 abstract description 3
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 abstract 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 17
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 17
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- 235000014101 wine Nutrition 0.000 description 6
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000036541 health Effects 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 aluminum ions Chemical class 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 2
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 2
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N hypochlorous acid Chemical compound ClO QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 244000000010 microbial pathogen Species 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 235000014214 soft drink Nutrition 0.000 description 1
- 239000008234 soft water Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 235000020681 well water Nutrition 0.000 description 1
- 239000002349 well water Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/68—Treatment of water, waste water, or sewage by addition of specified substances, e.g. trace elements, for ameliorating potable water
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрохимической обработке электропроводящих растворов и может быть использовано для обработки питьевой воды, алкогольных и безалкогольных напитков, в частности к способу и устройству электрохимической обработки питьевой воды, алкогольных и безалкогольных напитков от тяжелых металлов, органических биологически вредных веществ, кислотных остатков, гидроксильных групп, оснований и солей, а также для ввода в обрабатываемые жидкости биологически активных и полезных микроэлементов.The invention relates to the electrochemical treatment of electrically conductive solutions and can be used for the treatment of drinking water, alcoholic and non-alcoholic drinks, in particular to a method and apparatus for the electrochemical treatment of drinking water, alcoholic and non-alcoholic drinks from heavy metals, organic biologically harmful substances, acid residues, hydroxyl groups , bases and salts, as well as for introducing biologically active and useful trace elements into the processed liquids.
Настоящее изобретение может быть использовано при получении чистой воды как для индивидуального, так и для массового снабжения населения, повышения органолептических качеств алкогольных и безалкогольных напитков с облагораживанием их биологически активными микроэлементами и веществами при их производстве.The present invention can be used to obtain clean water for both individual and mass supply of the population, improving the organoleptic qualities of alcoholic and non-alcoholic drinks with the refinement of their biologically active trace elements and substances in their production.
Известен способ электрохимической обработки питьевой жидкости с целью улучшения ее свойств (патент США №3910829, кл. 204-151, 1975). Питьевую жидкость подвергают электрохимической обработке в проточной гидравлической системе, включающей три последовательно соединенных между собой диафрагменных электролизера. По этому способу жидкость последовательно обрабатывают в катодной камере первого электролизера, затем в анодных камерах второго и третьего электролизеров, жидкость, обработанная этим способом, содержит значительное количество анионов и их производных и не отвечает требованиям, предъявляемым к питьевой жидкости, т.к. подвергается лишь частичной очистке за счет частичного удаления катионов. Кроме того, вышеназванный способ требует помимо трех диафрагменных электролизеров наличия синхронно задающих режимов работы электролизеров и повышенного расхода электроэнергии, что усложняет практическую реализацию способа.A known method of electrochemical treatment of drinking liquid in order to improve its properties (US patent No. 3910829, CL 204-151, 1975). Drinking fluid is subjected to electrochemical processing in a flowing hydraulic system, including three diaphragm electrolysers connected in series. According to this method, the liquid is sequentially processed in the cathode chamber of the first electrolyzer, then in the anode chambers of the second and third electrolysis cells, the liquid treated in this way contains a significant amount of anions and their derivatives and does not meet the requirements for drinking liquid, because subjected to only partial purification due to the partial removal of cations. In addition, the above method requires, in addition to three diaphragm electrolyzers, the presence of synchronously defining modes of operation of electrolyzers and increased energy consumption, which complicates the practical implementation of the method.
Известен способ обработки жидкостей (заявка Японии №1-104387, кл. С 02 F 1/46, 1989), заключающийся в последовательном пропускании питьевой жидкости через анодную и катодную камеры с использованием графитовых электродов. Недостатком способа является высокая концентрация соединений активного хлора и других катионов в устойчивой форме (гипохлориды щелочных и щелочноземельных металлов) в обработанной жидкости, что снижает ее качество и биологическую ценность, кроме этого дополнительно образуются токсичные галоидосодержащие соединения, опасные для здоровья. Дополнительным недостатком является повышенный расход энергии и времени, затрачиваемые на обработку за счет последовательного пропускания обрабатываемой жидкости через анодную и катодную камеры. Кроме того, графитовые электроды обладают анизотропной структурой, частицы которых легко отрываются от их поверхности, и быстро изнашиваются, засоряя обрабатываемую жидкость особенно в анодной камере, что затрудняет практическое использование известного способа.A known method of processing liquids (Japanese application No. 1-104387, class C 02 F 1/46, 1989), which consists in sequentially passing drinking fluid through the anode and cathode chambers using graphite electrodes. The disadvantage of this method is the high concentration of active chlorine compounds and other cations in a stable form (alkali and alkaline earth metal hypochlorides) in the treated liquid, which reduces its quality and biological value, in addition, toxic halide-containing compounds are formed that are hazardous to health. An additional disadvantage is the increased energy and time spent on processing due to the sequential transmission of the processed fluid through the anode and cathode chambers. In addition, graphite electrodes have an anisotropic structure, the particles of which are easily detached from their surface, and quickly wear out, clogging the processed fluid, especially in the anode chamber, which complicates the practical use of the known method.
Известен также способ обработки воды (патент РФ №2064440, 1996). согласно которому способ обработки воды, включающий электрообработку ее постоянным током в электролитической камере, разделенной пористой перегородкой на анодное и катодное пространство, при последовательном пропускании сначала через одно, а затем через другое пространство, фильтрование католита и удаление обработанной воды, при этом воду сначала пропускают через анодное пространство, а затем через катодное пространство, а электрообработку ведут при силе тока, определяемой по формуле:There is also known a method of water treatment (RF patent No. 2064440, 1996). according to which a method of treating water, comprising electrically treating it with direct current in an electrolytic chamber separated by a porous septum into an anode and cathode space, with successive passage first through one and then through another space, filtering catholyte and removing treated water, while the water is first passed through the anode space, and then through the cathode space, and the electrical processing is carried out at a current strength determined by the formula:
I=К•С0,25•Q,I = K • C 0.25 • Q,
где I - сила тока, А; С - минерализация воды, 0,1-1,5 г/л; Q - расход воды. л/час; К=0,056 [А•час•л0,75/г0,25] - эмпирический коэффициент.where I is the current strength, A; C - mineralization of water, 0.1-1.5 g / l; Q - water consumption. l / hour; K = 0.056 [A • hour • l 0.75 / g 0.25 ] is an empirical coefficient.
Однако такой способ обработки жидкости также обладает существенным недостатком, а именно высокая концентрация в устойчивой форме гипохлоридов щелочных, щелочноземельных катионов, образование токсичных галоидосодержащих соединений, что делает жидкость биологически опасной для здоровья людей. Кроме того, не решен вопрос стойкости электродов и загрязнения ими обрабатываемой жидкости, а также неоправданно повышенный расход электроэнергии и времени за счет последовательного пропускания жидкости сначала через одну полость, а затем через другую полость электролизера.However, this method of processing the liquid also has a significant drawback, namely, a high concentration in a stable form of alkali and alkaline earth cation hypochlorides, the formation of toxic halide-containing compounds, which makes the liquid biologically hazardous to human health. In addition, the question of the resistance of the electrodes and the contamination of the treated liquid by them, as well as the unjustifiably increased energy and time consumption due to the sequential passage of the liquid through one cavity and then through the other cavity of the electrolyzer, have not been resolved.
Известен способ, выбранный в качестве ближайшего аналога (а.с. СССР №1171428, 1985), включающий воздействие постоянным электрическим током в электрохимической ячейке, разделенной проницаемой диафрагмой на катодную и анодную камеры, на поток обрабатываемой жидкости, протекающей через катодную камеру.The known method selected as the closest analogue (as USSR AS No. 1171428, 1985), comprising applying a constant electric current in an electrochemical cell, separated by a permeable diaphragm to the cathode and anode chambers, on the flow of the processed fluid flowing through the cathode chamber.
Известный способ обладает недостатками, присущими выше приведенным аналогам, а вывод жидкости из анодного пространства обеспечивает накопление в обрабатываемой воде продуктов анодного окисления и концентрацию в жидкости анионов, таких как, например, НClO, СlO и других, которые являются токсичными для организма человека.The known method has the disadvantages inherent in the above analogues, and the withdrawal of liquid from the anode space ensures the accumulation of anodic oxidation products in the treated water and the concentration of anions in the liquid, such as, for example, HClO, ClO and others that are toxic to the human body.
Существенными недостатками, присущими как известному способу, так и аналогам, являются бесконтрольное и нерегулируемое последовательное пропускание обрабатываемой жидкости через анодную, а затем катодную камеры с использованием графитовых электродов, что приводит к обеднению обработанной жидкости биологически полезными элементами, естественным образом находящимися в ней. Нерациональное и неуправляемое распределение плотности тока вдоль электродов и периодический перенос анионов и катионов из одной межэлектродной полости в другую приводит к тому, что из-за чрезвычайно малой скорости движения анионов и катионов неэффективно очищается обработанная жидкость. Это приводит к нерациональному перерасходу электроэнергии, а анизотропность графитовых электродов имеет недостаточную прочность и чешуйки графита отрываются от электродов (этим объясняются смазывающие и пишущие свойства графита), загрязняют обрабатываемую жидкость и значительно снижают срок работы электродов. Кроме того, в известных способах не предусмотрено обогащение обрабатываемой жидкости биологически полезными веществами, т.к. солевой состав естественных и искусственных жидкостей при их приготовлении самый разнообразный. Еще существенным недостатком, присущим известному способу, является отсутствие вывода газообразных продуктов разложения воды (водород и кислород), что делает известный способ опасным при его использовании и не применим при реализации.Significant disadvantages inherent in both the known method and analogues are the uncontrolled and uncontrolled sequential transmission of the processed fluid through the anode and then the cathode chamber using graphite electrodes, which leads to depletion of the treated liquid by biologically useful elements naturally found in it. Irrational and uncontrolled distribution of current density along the electrodes and the periodic transfer of anions and cations from one interelectrode cavity to another leads to the fact that, due to the extremely low speed of movement of anions and cations, the treated liquid is inefficiently cleaned. This leads to an irrational waste of energy, and the anisotropy of graphite electrodes has insufficient strength and the graphite flakes come off the electrodes (this explains the lubricating and writing properties of graphite), pollute the processed fluid and significantly reduce the life of the electrodes. In addition, the known methods do not provide for the enrichment of the processed fluid with biologically useful substances, because the salt composition of natural and artificial liquids in their preparation is the most diverse. Another significant drawback inherent in the known method is the lack of output of gaseous decomposition products of water (hydrogen and oxygen), which makes the known method dangerous when used and is not applicable for implementation.
Известно устройство, реализующее вышеизложенные способы (патент РФ №2038323. 1995), выбранное в качестве ближайшего аналога для устройства, содержащее электрохимическую ячейку, включающую корпус, вертикальные коаксиальные катод и анод, установленные в диэлектрических втулках, проницаемую диафрагму, установленную во втулках между электродами и разделяющую межэлектродное пространство на электродные камеры, а также линии подвода и отвода обрабатываемой жидкости, источник тока, соединенный с катодом и анодом через коммутатор, и электрические цепи, при этом 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:A device is known that implements the above methods (RF patent No. 2038323. 1995), selected as the closest analogue for a device containing an electrochemical cell including a housing, a vertical coaxial cathode and anode mounted in dielectric bushings, a permeable diaphragm installed in the bushings between the electrodes and dividing the interelectrode space into the electrode chambers, as well as the supply and removal lines of the treated fluid, a current source connected to the cathode and anode through a switch, and electric chain, while the diaphragm is made of ultrafiltration of ceramics based on zirconium oxide with the addition of aluminum and yttrium oxides and installed in such a way that the geometric dimensions of the cell satisfy the relations:
K/ln L=Ds/Db; Ss/Sb=0,7-0,8,K / ln L = D s / D b ; S s / S b = 0.7-0.8,
где К - 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, нижнее из которых соединено с линией подачи 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, а стержневой - с отрицательным полюсом источника тока, устройство дополнительно содержит емкость с катализатором, имеющую вход в верхней и выход в нижней частях емкости, причем вход в емкость с катализатором соединен с отверстием в верхней части цилиндрического электрода, а выход емкости с катализатором соединен с каналом для подвода воды в камеру стержневого электрода.where K is the interelectrode distance, mm; L is the length of the working part of the electrode chamber. mm; D s is the inner diameter of the cylindrical electrode, mm; D b - the diameter of the middle part of the rod electrode, mm; S s and S b are the cross-sectional areas of the chambers of the cylindrical and rod electrodes, m 2 , respectively, holes are made in the upper and lower parts of the cylindrical electrode, the lower of which is connected to the water supply line, the rod electrode is made of variable cross section and the diameter of its end parts is 0 , 75 of the diameter of its middle part, and the rod electrode is installed in such a way that its middle part is located at a level bounded by holes in the upper and lower parts of the cylindrical electrode, the electrode is connected to the positive and the rod to the negative pole of the current source, the device further comprises a container with a catalyst having an entrance at the top and an outlet at the bottom of the vessel, the entrance to the vessel with a catalyst connected to an opening in the upper part of the cylindrical electrode, and the output of the vessel with a catalyst connected to a channel for supplying water to the rod electrode chamber.
Недостатками устройства являются последовательное пропускание обрабатываемой воды из анодной полости устройства с насыщением жидкости анионами и их окислами в катодную камеру, требует дополнительных энергозатрат на нейтрализацию анионов и их производных с насыщением объема жидкости катионами. На такую процедуру требуется повышенный расход электроэнергии и затрат времени. Наличие ультрафильтрационной керамической диафрагмы на основе оксида циркония и алюминия, подвергающейся воздействию тока, приведет к выносу из мембраны оксидов алюминия и циркония, к их разложению на гидроксильные группы и ионы, а насыщение обрабатываемой жидкости ионами алюминия чрезвычайно вредно для людей, т.к. влияет на мозг человека.The disadvantages of the device are the sequential transmission of the treated water from the anode cavity of the device with the saturation of the liquid with anions and their oxides in the cathode chamber, requires additional energy to neutralize the anions and their derivatives with the saturation of the liquid volume with cations. This procedure requires increased energy consumption and time. The presence of an ultrafiltration ceramic diaphragm based on zirconium oxide and aluminum exposed to current will lead to the removal of aluminum and zirconium oxides from the membrane, to their decomposition into hydroxyl groups and ions, and saturation of the treated liquid with aluminum ions is extremely harmful to people, because affects the human brain.
С другой стороны, ультрафильтрационная мембрана сильно подвержена закупориванию пор, что ведет к низкой работоспособности устройства. Другим недостатком, присущим известному устройству, является неравномерное распространение плотности тока вдоль электродов, что создает зоны на электродах с повышенной плотностью тока и зоны со значительно пониженной плотностью, т.к. при протекании обрабатываемой жидкости вдоль электродов происходит изменение концентрации растворенных в жидкости элементов, а следовательно, и проводимости жидкости.On the other hand, the ultrafiltration membrane is highly susceptible to clogging of the pores, which leads to low efficiency of the device. Another disadvantage inherent in the known device is the uneven distribution of current density along the electrodes, which creates zones on the electrodes with an increased current density and zones with a significantly reduced density, because when the treated fluid flows along the electrodes, there is a change in the concentration of elements dissolved in the fluid, and hence the conductivity of the fluid.
Известно, что ток пойдет в основном по участку с минимальным электрическим сопротивлением и, как следствие, в зоне больших токов произойдет интенсивное разложение и разрушение мембраны и электродов соответственно, это приведет к неоправданным электрическим затратам, что делает известное изобретение не пригодным для производства больших объемов жидкости для населения, а лишь возможно его применение в лабораторных условиях.It is known that the current will flow mainly in the area with minimal electrical resistance and, as a result, in the area of high currents there will be an intensive decomposition and destruction of the membrane and electrodes, respectively, which will lead to unjustified electrical costs, which makes the known invention unsuitable for the production of large volumes of liquid for the population, but it is only possible to use it in the laboratory.
Другой существенный недостаток, приводящий к затруднению применения известного изобретения в промышленных целях - это отсутствие средств, узлов и элементов стабилизации, регулирования гидропотока обрабатываемой жидкости, регулирования и стабилизации электрических токов, что ведет к неуправляемому процессу и, как следствие, к перерасходу электрической энергии при больших объемах обрабатываемой жидкости; нерациональное распределение токов вдоль электродов, что приводит к их преждевременному износу и выносу биологически полезных естественных элементов: отсутствие возможности ввода в обрабатываемую жидкость и насыщение ее биологически полезными микроэлементами для человека, т.к. при обработке жидкости - воды, алкогольных и безалкогольных напитков с максимальным приближением к естественным условиям, когда вода, еще находясь в водоносных слоях земли, подвергается воздействию теллурических токов земли, пронизывающих земную кору и воздействующих на воду. А в древности виноделы помещали вино в керамические сосуды и закапывали в землю вблизи рек и водопадов, т.е. интуитивно в тех зонах, где наибольшая плотность теллурических токов, под действием которых вино приобретало органолептические качества, свойственные выдержанным винам.Another significant drawback that leads to the difficulty of applying the known invention for industrial purposes is the lack of means, components and elements of stabilization, regulation of the hydroflow of the processed fluid, regulation and stabilization of electric currents, which leads to an uncontrolled process and, as a result, to excessive consumption of electric energy at large volumes of the processed liquid; irrational distribution of currents along the electrodes, which leads to their premature wear and removal of biologically useful natural elements: the inability to enter the processed fluid and saturate it with biologically useful trace elements for humans, because when processing liquids - water, alcoholic and non-alcoholic drinks with the maximum approximation to natural conditions, when the water, while still in the aquifers of the earth, is exposed to telluric currents of the earth, penetrating the earth's crust and affecting the water. And in ancient times, winemakers placed wine in ceramic vessels and buried in the ground near rivers and waterfalls, i.e. intuitively in those areas where the highest density of telluric currents, under the influence of which the wine acquired the organoleptic qualities characteristic of aged wines.
Другим недостатком, присущим известному устройству, является ограниченная область применения, а именно известный способ и устройство в силу вышеуказанных недостатков не пригодно к обработке алкогольных и безалкогольных напитков.Another disadvantage inherent in the known device is the limited scope, namely, the known method and device due to the above disadvantages is not suitable for the processing of alcoholic and non-alcoholic drinks.
Задачей изобретения является разработка способа электрохимической обработки жидкости и многофункциональной установки для его реализации.The objective of the invention is to develop a method of electrochemical processing of a liquid and a multifunctional installation for its implementation.
Техническими результатами, которые могут быть получены при реализации изобретения, являются:Technical results that can be obtained by implementing the invention are:
для способаfor method
- исключение диффузии вредных анионов, накапливающихся на аноде;- the exclusion of diffusion of harmful anions accumulating on the anode;
- повышение качества обработки жидкости;- improving the quality of fluid processing;
- насыщение обрабатываемой жидкости биологически полезными веществами:- saturation of the processed fluid with biologically useful substances:
- повышение экономической эффективности;- increase in economic efficiency;
- расширение области применения- expansion of the scope
для установки, реализующей способ,for installation that implements the method,
- снижение энергозатрат;- reduction of energy costs;
- сокращение времени обработки жидкости;- reduction of fluid processing time;
- возможность регулирования процесса обработки жидкости;- the ability to regulate the process of liquid processing;
- достижение многофункциональности.- achievement of multifunctionality.
Решение указанной задачи и достижение указанных технических результатов для заявляемого способа и установки для его реализации стали возможны благодаря тому, что в известном способе электрохимической обработки жидкости, включающем воздействие постоянным электрическим током в электрохимической ячейке, разделенной проницаемой диафрагмой на катодную и анодную камеры, на поток обрабатываемой жидкости, протекающей не менее, чем через одну камеру, при этом обработку потока жидкости осуществляют путем направленного перемещения в катодной камере между внутренней поверхностью секций катода, выполненного составным, распределенного по длине электрохимической ячейки, и наружной поверхностью телескопически расположенной проницаемой диафрагмы из диэлектрика в форме втулки, во внутренней полости которой размещают соосно анод таким образом, что поток обрабатываемой жидкости поочередно несколько раз приближают на минимальное расстояние к поверхности составного катода, омывая его обрабатываемой жидкостью, а затем поток обрабатываемой жидкости разворачивают и направляют, приближая на минимальное расстояние к наружной поверхности проницаемой диафрагмы из диэлектрика, омывая ее периодически и повторяя такую процедуру многократно, при этом продукты электрохимической обработки, поступающие и образующиеся в анодной камере, удаляют путем пропускания через нее буферной промывочной жидкости с заданным расходом, которую направляют противоположно направлению перемещения обрабатываемой жидкости в катодной камере, при этом плотность тока регулируют по высоте катодной камеры и поддерживают на заданном уровне управляемыми регуляторами тока, которые отрицательными выходами полюсов подключают к секциям составного катода, распределенным по длине электрохимической ячейки, входные отрицательные цепи которых подключают через коммутатор питания, распределенного по напряжению, к многоуровневому по напряжению источнику питания, объемный расход жидкости, подвергаемой обработке в катодной камере, поддерживают на заданной величине и выводят после прохождения катодной камеры из электрохимической ячейки, поток буферной промывочной жидкости подают со стороны вывода обрабатываемой жидкости из катодной камеры и после прохождения анодной камеры выводят из нее, при этом в предпочтительном случае исполнения способа в поток буферной промывочной жидкости со стороны ее ввода дополнительно дозируют биологически полезные микроэлементы и вещества, отношение объемного расхода буферной промывочной жидкости к объемному расходу обрабатываемой жидкости поддерживают как 0,05-0,5:1, буферную промывочную жидкость и газообразные продукты электрохимической обработки, выделяющиеся на электродах электрохимической ячейки, отделяют от жидкости и направляют на утилизацию, а также благодаря тому, что в известной установке, содержащей электрохимическую ячейку, включающей корпус, вертикальные коаксиальные катод и анод, установленные в диэлектрических втулках, проницаемую диафрагму, установленную во втулках между электродами и разделяющую межэлектродное пространство на электродные камеры, а также линии подвода и отвода обрабатываемой жидкости, источник тока, соединенный с катодом и анодом через коммутатор, и электрические цепи, при этом устройство дополнительно снабжено сепаратором, коллектором сбора попутного газа, пористым разделителем, сборником обработанной жидкости, управляемыми регуляторами тока, расхода обрабатываемой жидкости, расхода буферной промывочной жидкости, многоуровневым распределенным по напряжению источником постоянного тока, блоком управления и контроля, комплексом сбора данных, управляемыми электрическими цепями, при этом корпус электрохимической ячейки дополнительно снабжен фланцами по торцам из диэлектрика, внутри корпуса соосно с ним и с зазором смонтирован катод, выполненный составным из отдельных колец, расположенных с зазором между своими торцами относительно друг друга, а вдоль внутренней полости составного катода и соосно с ним с зазором относительно внутренней поверхности катода расположена проницаемая диафрагма, выполненная в виде втулки из проницаемого диэлектрика, которая своими торцами плотно соединена с фланцами корпуса электрохимической ячейки с возможностью образования катодной камеры, внутри тулки из проницаемого диэлектрика соосно с ней и с зазором относительно ее внутренней поверхности смонтирован анод с возможностью образования анодной камеры, каждое кольцо составного катода соединено с отрицательными выходами управляемых регуляторов тока, которые своими входными цепями подключены через коммутатор распределения напряжения к многоуровневому распределенному по напряжению источнику постоянного тока, катодная камера между составным катодом и втулкой из проницаемого диэлектрика через управляемый регулятор расхода обрабатываемой жидкости сообщена с входом подачи обрабатываемой жидкости, а с противоположной стороны от ввода обрабатываемой жидкости катодная камера сообщена со сборником обработанной жидкости, при этом со стороны вывода из катодной камеры обрабатываемой жидкости анодная камера сообщена с выходом управляемого регулятора буферной промывочной жидкости, вход которого сообщен с входом подачи буферной промывочной жидкости, а противоположная сторона анодной камеры через сепаратор сообщена с выходом сепаратора на каналы утилизации отработанной буферной промывочной жидкости и попутного газа, выделяемого на аноде, при этом цепи регулируемых регуляторов тока, регуляторов расхода обрабатываемой жидкости и буферной промывочной жидкости и коммутатора распределенно подключены по напряжению питания к блоку управления и контроля, к входу которого подключен комплекс сбора данных и ввода задания режима обработки жидкости, причем корпус в верхней части электрохимической ячейки снабжен коллектором сбора попутного газа, выделяемого с поверхности катода и подсоединенного к каналу утилизации через пористый разделитель, кольцевая катодная камера вдоль своей длины дополнительно снабжена большими и малыми кольцевыми перегородками из диэлектрика, большие кольцевые перегородки наружными поверхностями плотно прилегают к внутренней поверхности корпуса электрохимической ячейки и с зазором граничат с наружной поверхностью втулки из проницаемого диэлектрика, а в промежутках между большими кольцевыми перегородками смонтированы малые кольцевые перегородки из диэлектрика, их наружные поверхности с зазором расположены по середине каждого кольцевого катода, а внутренние поверхности малых кольцевых перегородок плотно охватывают втулку из проницаемого диэлектрика, причем большие кольцевые перегородки расположены между торцевыми зазорами колец составного катода, при этом в лучшем примере исполнения устройство дополнительно снабжено управляемым дозатором, через который анодная камера со стороны ввода буферной промывочной жидкости сообщена с вводом биологически полезных микроэлементов и веществ, при этом управляемая цепь дозатора биологически полезных микроэлементов и веществ распределенно подключена по напряжению питания к блоку управления и контроля.The solution of this problem and the achievement of the specified technical results for the proposed method and installation for its implementation became possible due to the fact that in the known method of electrochemical treatment of a liquid, including the action of direct electric current in an electrochemical cell, separated by a permeable diaphragm on the cathode and anode chamber, on the flow being processed fluid flowing in at least one chamber, while processing the fluid flow is carried out by directional movement in the cathode the chamber between the inner surface of the sections of the cathode, made integral, distributed along the length of the electrochemical cell, and the outer surface of the telescopically permeable diaphragm from the dielectric in the form of a sleeve, in the inner cavity of which the coaxial anode is placed in such a way that the flow of the treated fluid is alternately several times brought closer to the minimum distance to the surface of the composite cathode, washing it with the treated fluid, and then the flow of the treated fluid is deployed and directed, p approaching the minimum distance to the outer surface of the permeable diaphragm from the dielectric, washing it periodically and repeating this procedure many times, while the products of electrochemical processing entering and forming in the anode chamber are removed by passing through it a buffer washing liquid with a given flow rate, which is directed opposite to the direction the movement of the processed fluid in the cathode chamber, while the current density is adjusted along the height of the cathode chamber and maintained at a predetermined level with adjustable current regulators that connect the negative outputs of the poles to sections of the composite cathode distributed along the length of the electrochemical cell, the input negative circuits of which are connected via a voltage-distributed power switch to a multilevel voltage supply, the volumetric flow rate of the liquid subjected to processing in the cathode chamber, support at a predetermined value and output after passing the cathode chamber from the electrochemical cell, the flow of buffer wash liquid is supplied from the sides of the outlet of the treated fluid from the cathode chamber and after passing through the anode chamber are withdrawn from it, while in the preferred case of the method execution, biologically useful trace elements and substances, the ratio of the volumetric flow rate of the buffer washout fluid to the volumetric flow rate of the processed liquids support as 0.05-0.5: 1, buffer flushing fluid and gaseous products of electrochemical treatment released on the electrodes the chemical cell, is separated from the liquid and sent for disposal, and also due to the fact that in a known installation containing an electrochemical cell, including a housing, a vertical coaxial cathode and anode installed in dielectric bushings, a permeable diaphragm installed in the bushings between the electrodes and separating the interelectrode the space on the electrode chambers, as well as the supply and drain lines of the treated fluid, a current source connected to the cathode and anode through the switch, and electrical circuits, while the building is additionally equipped with a separator, a collector for collecting associated gas, a porous separator, a collection of treated liquids, controlled current regulators, the flow rate of the processed fluid, the flow rate of the buffer flushing fluid, a multilevel DC voltage source distributed by voltage, a control and monitoring unit, a data collection complex controlled by electric circuits while the housing of the electrochemical cell is additionally equipped with flanges at the ends of the dielectric, inside the housing coaxially with it and with the cathode is mounted by a gap, made of composite rings separated by a gap between their ends relative to each other, and along the inner cavity of the composite cathode and coaxially with the gap relative to the inner surface of the cathode there is a permeable diaphragm made in the form of a sleeve of a permeable dielectric, which the ends are tightly connected to the flanges of the housing of the electrochemical cell with the possibility of the formation of a cathode chamber, inside the body of a permeable dielectric coaxially with it and with a clearance of relative to its inner surface, an anode is mounted with the possibility of forming an anode chamber, each ring of the composite cathode is connected to the negative outputs of the controlled current regulators, which are connected via a voltage distribution switch to a multilevel voltage-distributed DC source, the cathode chamber between the composite cathode and the sleeve of permeable dielectric through a controlled flow rate controller of the processed fluid is communicated with the input of the processed fluid liquid, and on the opposite side from the input of the treated liquid, the cathode chamber is in communication with the collection of treated liquid, while on the side of the outlet from the cathode chamber of the processed liquid, the anode chamber is in communication with the output of the controlled buffer wash liquid regulator, the input of which is in communication with the input of the buffer wash liquid, and the opposite side of the anode chamber through the separator is communicated with the output of the separator to the channels for the disposal of spent buffer flushing fluid and associated gas at the anode, while the circuits of adjustable current regulators, flow rate regulators of the processed fluid and buffer flushing fluid and the switch are distributed over the supply voltage to the control and monitoring unit, to the input of which is connected a data collection and input unit for setting the fluid processing mode, with the case in the upper part of the electrochemical cell is equipped with a collector for collecting associated gas released from the surface of the cathode and connected to the disposal channel through a porous separator, an annular cathode to Amer along its length is additionally equipped with large and small annular baffles made of dielectric, large annular baffles with outer surfaces are tightly adjacent to the inner surface of the housing of the electrochemical cell and have a gap with the gap between the outer surface of the sleeve made of permeable dielectric, and small annular baffles are mounted between the large annular baffles of dielectric, their outer surfaces with a gap are located in the middle of each ring cathode, and the inner the bridges of the small annular partitions tightly enclose the sleeve of a permeable dielectric, and the large annular partitions are located between the end gaps of the rings of the composite cathode, while in the best example the device is additionally equipped with a controlled dispenser, through which the anode chamber is connected with the input of biologically useful trace elements and substances, while the controlled circuit of the dispenser of biologically useful trace elements and substances is distributed power supply to the control and monitoring unit.
Обрабатываемая жидкость представляет водный раствор кислот, оснований, солей и является их смесью из полезных и вредных для здоровья человека нормальных кислых солей, относящихся к неорганическим веществам, и органических веществ. В случае обработки воды последняя в несколько раз снижает свою жесткость за счет вывода из нее тяжелых металлов, основных и кислых остатков. При обработке алкогольных напитков из них также выводят тяжелые металлы, основные и кислые остатки, водные остатки, в то время как органические вещества остаются в напитке, вследствие чего улучшаются органолептические характеристики напитков, подвергшихся обработке. Аналогичные процессы под действием теллурических токов земли пронизывают те или иные водоносные пласты, накапливая в одних катионы, а в других - анионы. Вследствие чего в одних пластах накапливается питьевая мягкая вода, в других пластах увеличивается кислотность, солевой состав. Под действием тока, пронизывающего обрабатывающую жидкость, гибнут болезнетворные микроорганизмы.The liquid being treated is an aqueous solution of acids, bases, salts and is a mixture of normal acid salts, useful and harmful to human health, related to inorganic substances, and organic substances. In the case of water treatment, the latter reduces its rigidity several times due to the removal of heavy metals, basic and acidic residues from it. In the processing of alcoholic beverages, heavy metals, basic and acidic residues, aqueous residues are also removed from them, while organic substances remain in the beverage, thereby improving the organoleptic characteristics of the processed beverages. Similar processes under the influence of telluric currents of the earth penetrate certain aquifers, accumulating cations in some, and anions in others. As a result, drinking soft water accumulates in some layers, acidity and salt composition increase in other layers. Pathogenic microorganisms die under the action of a current penetrating the treatment fluid.
Таким образом, предложенная совокупность признаков для заявленных способа и устройства достаточна для решения поставленной задачи и достижения технических результатов.Thus, the proposed combination of features for the claimed method and device is sufficient to solve the problem and achieve technical results.
Изобретение явным образом не следует из уровня техники, при анализе мирового технического уровня не выявлено технического решения того же назначения, совокупность существенных признаков которого идентична признакам независимых пунктов формулы.The invention does not explicitly follow from the prior art, when analyzing the world technical level, a technical solution of the same purpose was not identified, the set of essential features of which is identical to the features of the independent claims.
Сущность изобретения иллюстрируют следующие чертежи:The invention is illustrated by the following drawings:
фиг.1 - устройство для электрохимической обработки жидкости;figure 1 - a device for electrochemical processing of a liquid;
фиг.2 - структурно-функциональная схема способа электрохимической обработки жидкости.figure 2 is a structural-functional diagram of a method of electrochemical processing of a liquid.
Устройство электрохимической обработки жидкости изображено на фиг.1, которое содержит электрохимическую ячейку с корпусом цилиндрической формы 1 с фланцами 2 и 3, выполненными из диэлектрика, внутри корпуса 1 соосно с ним вдоль его внутренней поверхности стенки с зазором расположен катод, выполненный составным из отдельных колец 4, 5, 6, смонтированных с зазором между своими торцами относительно друг друга и соосно вдоль корпуса 1, каждое кольцо 4, 5, 6 составного катода соединено с отрицательными выходами управляемых регуляторов тока 7, 8, 9, которые своими входными цепями подключены через коммутатор распределенного напряжения 10 к многоуровневому распределенному по напряжению источнику постоянного тока 11, к положительной цепи которого подключен анод 12, смонтированный соосно внутри диафрагмы в форме втулки 13, выполненной из проницаемого диэлектрика и своими торцами плотно соединенная с фланцами 2 и 3 корпуса 1 электрохимической ячейки, образуя своей наружной поверхностью катодную камеру 14, а анод 12. расположенный с зазором в полости втулки 13, образует анодную камеру 15. Катодная камера 14 каналом через управляемый регулятор расхода обрабатываемой жидкости 16 сообщена с входом подачи обрабатываемой жидкости 17, а с противоположной стороны от ввода обрабатываемой жидкости с выхода регулятора расхода 16 катодная камера 14 сообщена со сборником обработанной жидкости 18, а со стороны вывода обрабатываемой жидкости анодная камера 15 сообщена своим каналом с выходом управляемого регулятора расхода 19 буферной промывочной жидкости, вход которого сообщен с входом подачи буферной промывочной жидкости, противоположная сторона анодной камеры 15 через сепаратор 20 сообщена с выходом сепаратора на каналы утилизации отработанной буферной промывочной жидкости и попутного газа, выделяемого на аноде 12, при этом со стороны ввода буферной промывочной жидкости в анодную камеру 15 последняя через управляемый дозатор 21 сообщена с вводом биологически полезных микроэлементов и веществ, управляемые цепи регулируемых регуляторов тока 7, 8, 9, регуляторов расхода обрабатываемой жидкости 16 и буферной промывочной жидкости 19, дозатора полезных микроэлементов и веществ 21 и коммутатора распределенного по напряжению питания 10 подключены к блоку управления и контроля 22, к входу которого подключен комплекс сбора данных и ввода задания режима обработки жидкости 23, цилиндрический корпус электрохимической ячейки 1 в верхней части снабжен коллектором сбора попутного газа 24, выделяемого с поверхностей катода 4, 5, 6, и подсоединен к каналу утилизации через пористый разделитель 25. Кольцевая катодная камера 14 вдоль своей длины снабжена большими 26, 27, 28, 29 и малыми 30, 31, 32 кольцевыми перегородками из изоляционного материала, четное количество больших кольцевых перегородок 26, 27, 28, 29 наружными поверхностями плотно прилегают к внутренней поверхности цилиндрического корпуса электрохимической ячейки 1 и с зазором граничат с наружной поверхностью проницаемой втулки 13, охватывая ее с зазором по диаметру, в промежутках между большими кольцевыми перегородками 26, 27, 28, 29 смонтированы с нечетным количеством малые кольцевые перегородки из диэлектрика 30, 31, 32, наружные поверхности которых с зазором расположены по середине каждого кольца составного катода 4, 5, 6, а внутренние поверхности малых кольцевых перегородок 30, 31, 32 плотно охватывают наружную поверхность проницаемой втулки 13, а большие кольцевые перегородки 26, 27, 28, 29 расположены между торцевыми зазорами колец составного катода 4, 5, 6.The device for the electrochemical processing of liquid is shown in Fig. 1, which contains an electrochemical cell with a
Описанное устройство реализует заявленный способ следующим образом (фиг.2). Поток обрабатываемой жидкости направляют в катодную камеру 14 таким образом, что его поочередно несколько раз приближают на минимальное расстояние к поверхности составного катода 4, омывая его обрабатываемой жидкостью, разворачивают и направляют, приближая на минимальное расстояние к наружной поверхности проницаемой диафрагмы 13 из диэлектрика, которая исключает механическое перемешивание жидкостей, перемещаемых в катодной и анодной камерах, омывая проницаемую диафрагму 13 из диэлектрика и повторяя такую процедуру многократно. Проходя между составным катодом 4 и анодом 12, поток обрабатываемой жидкости подвергают действию электрического тока, под действием которого катионы переносятся к катоду 4, а анионы к аноду 12, проходя через пористую перегородку 13, и накапливаются в буферной промывочной жидкости, омывающей анод 12. Приближаясь на минимальные расстояния к аноду 12 и катоду 4, анионы и катионы обрабатываемой жидкости, обладая малыми скоростями перемещения под действием электрического тока, успевают разделиться и сконцентрироваться - катионы в катодной камеры 14, а анионы - в анодной камере 15 электрохимической ячейки 1, чем обеспечивается их разделение и концентрация в камерах 14 и 15. При этом продукты электрохимической обработки в анодной камере 15 удаляют путем пропускания буферной промывочной жидкости через внутреннюю полость проницаемой диафрагмы 13 из диэлектрика и направляют ее противоположно направлению перемещения обрабатываемой жидкости в катодной камере 14. Обрабатываемая жидкость, перемещаясь в электрохимической ячейке 1 по длине перемещения вдоль колец составного катода 4, теряет катионы и анионы, вследствие чего ее проводимость падает. В целях поддержания необходимой плотности тока на электродах 4 и 12 регуляторы тока 7, 8, 9 командой с блока регулирования и контроля 22 поддерживают вдоль длины катодной 14 и анодной камер 15 заданные плотности токов.The described device implements the claimed method as follows (figure 2). The flow of the processed fluid is directed to the
Так как на катоде 4 и аноде 12 создаются разные уровни напряжения и в целях исключения перекрестных токов через кольца составного катода 4 и искажения режима работы кольца составного катода 4 через свои регулируемые регуляторы тока 7, 8, 9 подключаются к многоуровневому блоку питания 11 раздельно во времени коммутатором, распределенного по уровню напряжения 10. Объемный расход жидкости, подвергаемый обработке в катодной камере 14, поддерживают на заданной величине с помощью регулятора расхода 16 и выводят с противоположного торца катодной камеры 14 в сборник обработанной жидкости 18. Комплекс задания режимов обработки жидкости 23 подключают к блоку управления и контроля 22, который по заложенным в нем алгоритмам и соответствующим им математическому программному обеспечению вырабатывает управляющие и регулирующие команды, влияя на неконтролируемое и нерациональное распределение плотности тока вдоль электродов, на бесконтрольное и неоптимальное насыщение обрабатываемой жидкости катионами и анионами, т.к. идет их перенос и обеднение биологически полезными микроэлементами и веществами обрабатываемой жидкости из одной полости в другую.Since different voltage levels are created on the
Буферную промывочную жидкость и газообразные продукты электрохимической обработки, выделяющиеся на электродах 14 и 15 электрохимической ячейки 1, отделяют от жидкости на сепараторе 20 и направляют на утилизацию. Вымытые биологически вредные компоненты поступают в сепаратор 20, в котором происходит отделение от жидкости сопутствующего газа, выделяющегося на аноде 12, которые раздельно поступают на утилизацию (дальнейшее полезное использование). Одновременно на кольцах составного катода 4 концентрируются катионы, в том числе и биологически вредные, например тяжелые металлы, которые захватываются и оседают на поверхностях колец составного катода 4, чем обеспечивается очистка обрабатываемой жидкости.Buffer flushing fluid and gaseous products of electrochemical processing, released on the
При этом через регулятор 21 дозированные объемы биологически полезных микроэлементов и веществ вводят со стороны ввода потока буферной промывочной жидкости в анодную камеру 15, где катионы полезных микроэлементов переходят в катодную камеру 14, насыщая обрабатываемую жидкость. Так как расстояние от анода 12 до колец составного катода 4 больше расстояния от поверхности втулки 13 из проницаемою диэлектрика, то полезные катионы не успевают переместиться на такое расстояние и осесть на кольцах составного катода 4, чем и достигается обогащение обрабатываемой жидкости, а биологически полезные вещества, не диссоциирующие на анионы и катионы, дозатором ввода микроэлементов и биологически полезных веществ 21 непосредственно вводят в сборник обработанной жидкости 18.At the same time, through the
Объемный расход буферной промывочной жидкости устанавливают и поддерживают меньше объемного расхода обрабатываемой жидкости с соотношением 0,05-0,5:1.The volumetric flow rate of the buffer wash fluid is set and maintains less than the volumetric flow rate of the processed fluid with a ratio of 0.05-0.5: 1.
Положительные ионы кислот, оснований и солей (ионы водорода, металлов) перемещаются к катоду и за счет кольцевых перегородок 32 приближаются на минимальное расстояние к катоду, осаждаясь на нем или выпадая в осадок. Так как ионы металлов, обладая большой массой, перемещаются медленно (несколько миллиметров в секунду), то за счет кольцевых перегородок 32 обрабатываемую жидкость, омывающую катод 4 на малом расстоянии, очищают от катионов (ионов металлов), а водород, выделяясь, накапливается в верхней части корпуса и через пористый разделитель 25, обеспечивающий безопасность вывода водорода, выводят на утилизацию. Отрицательно заряженные кислотные и водные остатки, находящиеся в растворе обрабатываемой жидкости кольцевой перегородки 29, приближают на минимальное расстояние к пористой перегородке 13 и под действием электрического поля между электродами переводят в буферную промывочную жидкость и выносят в сепаратор 20, где газ, сопутствующий процессу электрохимической обработке и выделяющийся на аноде 12, отделяют от буферной промывочной жидкости и направляют на утилизацию.Positive ions of acids, bases and salts (hydrogen ions, metals) move to the cathode and, due to the
Движением буферной промывочной воды в противотоке по отношению к обрабатываемой воде исключают ее загрязнение перед ее выводом в сборник 18, т.к. уже обработанная жидкость перед ее выводом омывается чистой, только что введенной буферной промывочной жидкостью. Применение буферной промывочной жидкости, движущейся в противотоке навстречу обрабатываемой жидкости, исключает диффузию вредных анионов, накапливающихся на аноде 12, и своевременный их вынос на утилизацию, исключая их недопустимую концентрацию в анодной камере 15. Применение раздельных жидкостей на обрабатываемую и буферную промывочную жидкости исключает периодический перенос анионов и катионов от анода 12 к катоду 4 и обратно, повышая тем самым качество обработки и снижая расход электроэнергии, что немаловажно при больших объемах обрабатываемой жидкости, а возможность утилизации накапливаемых веществ в растворе буферной промывочной жидкости повышает экономическую эффективность.By moving the buffer wash water in countercurrent with respect to the treated water, its contamination is excluded before it is discharged into the
Так как в процессе обработки жидкости ее проводимость падает, и в целях поддержания заданных плотностей тока применяют принцип распределенного питания распределенного катода с разным уровнем напряжения от многоуровневого распределенного по напряжению источника питания 11, а заданные рациональные плотности токов на катоде 4 и аноде 12 стабильно поддерживают управляемыми регуляторами тока, отрабатывающими задаваемый режим работы блоком управления и контроля 22, использующим информацию о процессе обработки, поступающей от комплекса сбора данных и задания режима обработки жидкости 21. Регуляторы расхода 16 и 19, дозатор ввода биологически полезных микроэлементов и веществ 21 обеспечивают стабильность ведения процесса обработки. Разделением во времени и по величине коммутация токов при разных уровнях напряжения на распределенном катоде 4 исключают перекрестные токи между частями составного катода 4 и обеспечивают поддержание заданных плотностей токов.Since the conductivity of the liquid decreases during the processing of the liquid, and in order to maintain the specified current densities, the principle of distributed power distribution of the distributed cathode with a different voltage level from the multilevel voltage-distributed
Преимуществом предлагаемого способа является то, что обрабатываемая жидкость после обработки повышает свои качества и органолептические свойства, а именно вода освобождается от биологически вредных веществ и приобретает мягкие вкусовые характеристики за счет снижения своей жесткости, вкусовые качества, присущие чистой родниковой и колодезной воде, а алкогольные и безалкогольные напитки также очищаются от биологически вредных веществ, снижают свою кислотность, обогащаются биологически полезными веществами и приобретают улучшенные органолептические качества, присущие выдержанным напиткам.The advantage of the proposed method is that the processed liquid after processing improves its qualities and organoleptic properties, namely, water is freed from biologically harmful substances and acquires soft taste characteristics by reducing its rigidity, the taste qualities inherent in pure spring and well water, and alcoholic and soft drinks are also cleaned of biologically harmful substances, reduce their acidity, enriched with biologically useful substances and acquire improved organoleptic qualities inherent in aged drinks.
Paбoтa установки по предложенному способу иллюстрируется следующим примерами.The installation of the proposed method is illustrated by the following examples.
Пример 1. Обрабатываемая жидкость представляет воду с такими параметрами: жесткость - 3,6 мг/л, железо - 0,4 мг/л, пермаганатная окисляемость - 7 мг/л, рН 5,0.Example 1. The processed liquid is water with the following parameters: hardness - 3.6 mg / l, iron - 0.4 mg / l, permaganate oxidation - 7 mg / l, pH 5.0.
Обработку воды осуществляли с расходом 0=480 л/сутки на установке массой m=20 кг при размерах 3,0×0,2×0,22 м с энергозатратами W=2,4 кВт с расходом буферной промывочной воды q=24 л/сутки.Water treatment was carried out with a flow rate of 0 = 480 l / day on an installation weighing m = 20 kg with dimensions 3.0 × 0.2 × 0.22 m with energy consumption W = 2.4 kW with a flow rate of buffer wash water q = 24 l / day.
Обработку воды осуществляли путем ее направленного перемещения в катодной камере между внутренней поверхностью секций составного катода и наружной поверхностью анодной камеры. Поток обрабатываемой воды, проходя между большими и малыми перегородками составного катода, приближали на минимальное расстояние к поверхности составного катода, омывая его обрабатываемой водой. Затем поток обрабатываемой воды разворачивали и направляли, приближая на минимальное расстояние к наружной поверхности анодной камеры, омывая ее периодически и повторяя такую процедуру многократно. Продукты электрохимической обработки, поступающие и образующиеся в анодной камере, удаляли путем пропускания через нее буферной промывочной воды с расходом q, которую направляли противоположно направлению перемещения обрабатываемой воды в катодной камере. Плотность тока регулировали но высоте катодной камеры и поддерживали на заданном уровне управляемыми регуляторами тока, подключенными к секциям составного катода, который через коммутатор питания, распределенный по напряжению, подключали к многоуровневому по напряжению источнику питания. Объемный расход Q обрабатываемой воды выводили после прохождения катодной камеры из электрохимической ячейки. Поток буферной промывочной воды подавали со стороны вывода обрабатываемой воды из катодной камеры и после прохождения анодной камеры выводили из нее. Буферную промывочную воду, водород и кислород, выделяющиеся на электродах электрохимической ячейки, отделяли от буферной промывочной воды и направляли на утилизацию.Water treatment was carried out by its directed movement in the cathode chamber between the inner surface of the sections of the composite cathode and the outer surface of the anode chamber. The flow of treated water, passing between the large and small partitions of the composite cathode, was brought closer to the minimum distance to the surface of the composite cathode, washing it with treated water. Then the flow of treated water was deployed and directed, bringing it to the minimum distance to the outer surface of the anode chamber, washing it periodically and repeating this procedure many times. The products of electrochemical treatment entering and forming in the anode chamber were removed by passing buffer wash water through it with a flow rate q, which was directed opposite to the direction of movement of the treated water in the cathode chamber. The current density was regulated at the height of the cathode chamber and maintained at a predetermined level by controlled current regulators connected to sections of the composite cathode, which were connected to a multilevel voltage source of power via a voltage-distributed power switch. The volumetric flow rate Q of the treated water was withdrawn after passing the cathode chamber from the electrochemical cell. A buffer wash water stream was supplied from the side of the outlet of the treated water from the cathode chamber and, after passing through the anode chamber, was withdrawn from it. Buffer wash water, hydrogen and oxygen released at the electrodes of the electrochemical cell were separated from the buffer wash water and sent for disposal.
Показатели обработанной воды: жесткость - 0,5 мг/л, железо - 0,001 мг/л, пермаганатная окисляемость - 0,1 мг/л, рН 6,6.Indicators of treated water: hardness - 0.5 mg / l, iron - 0.001 mg / l, permaganate oxidation - 0.1 mg / l, pH 6.6.
Степень очистки = 99%; энергозатраты = 3,6 кВт·час; время обработки = 1,5 часа.The degree of purification = 99%; energy consumption = 3.6 kW · h; processing time = 1.5 hours.
Время обработки и энергозатраты по сравнению с ближайшим аналогом сократились в 2 раза.Processing time and energy consumption in comparison with the closest analogue was reduced by 2 times.
Пример 2. По примеру 1 в качестве жидкости выбрано сухое ординарное вино с параметрами: метанол - 0,05%, сивушные масла - 40 мг/дм3, органические кислоты - 8 г/дм3, фенольные вещества - 12 г/дм3.Example 2. According to example 1, dry ordinary wine with the following parameters was selected as a liquid: methanol - 0.05%, fusel oils - 40 mg / dm 3 , organic acids - 8 g / dm 3 , phenolic substances - 12 g / dm 3 .
Показатели обработанного вина: метанол - 0,001%, сивушные масла - 0,4 мг/дм3, органические кислоты - 0,8 г/дм3, фенольные вещества - 0,2 г/дм3.Indicators of processed wine: methanol - 0.001%, fusel oils - 0.4 mg / dm 3 , organic acids - 0.8 g / dm 3 , phenolic substances - 0.2 g / dm 3 .
Энергозатраты = 3,6 кВт·час; время обработки =1,5 часа.Energy consumption = 3.6 kW · h; processing time = 1.5 hours.
После обработки эквивалент выдержки вина составил 10-20 лет, органолептические качества возросли в несколько раз.After processing, the equivalent of wine aging was 10-20 years, organoleptic qualities increased several times.
Таким образом, используя механизм ионной проводимости электролита, которым в определенном смысле является обрабатываемая жидкость - вода, алкогольные и безалкогольные напитки, проводимый под контролем за счет рационального регулирования и поддержания на рациональном уровне режима работы и применения противотока буферной промывочной жидкости, достигается контролируемая чистота и качество очищаемого и облагораживаемого продукта.Thus, using the mechanism of ionic conductivity of the electrolyte, which in a certain sense is the liquid being treated - water, alcoholic and non-alcoholic drinks, which is carried out under control due to rational regulation and maintaining at a rational level of operation and the use of countercurrent buffer washing liquid, controlled purity and quality are achieved cleaned and ennobled product.
Благодаря предложенному способу исключена диффузия вредных анионов, накапливающихся на аноде, повышено качество обработки жидкости, получена возможность насыщения обрабатываемой жидкости биологически полезными веществами, повышена экономическая эффективность, расширена область применения, а благодаря устройству, реализующему преложенный способ, снижены энергозатраты на обработку жидкости и сокращено время ее обработки, достигнута возможность регулирования процесса обработки жидкости, достигнута многофункциональность установки.Thanks to the proposed method, the diffusion of harmful anions accumulating on the anode is excluded, the quality of the liquid treatment is improved, it is possible to saturate the liquid to be treated with biologically useful substances, the economic efficiency is increased, the field of application is expanded, and thanks to the device that implements the proposed method, the energy consumption for liquid processing is reduced and the time is reduced its processing, the possibility of regulating the process of liquid processing is achieved, the multifunctionality of the installation is achieved .
Claims (6)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003128681/15A RU2235689C1 (en) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | Method and apparatus for electrochemical processing of liquid |
| KR1020030100154A KR20050030520A (en) | 2003-09-26 | 2003-12-30 | Method and device for electrochemical liquid treatment |
| KR20-2004-0008141U KR200354179Y1 (en) | 2003-09-26 | 2004-03-24 | device for electrochemical liquid treatment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003128681/15A RU2235689C1 (en) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | Method and apparatus for electrochemical processing of liquid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2235689C1 true RU2235689C1 (en) | 2004-09-10 |
Family
ID=33434136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003128681/15A RU2235689C1 (en) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | Method and apparatus for electrochemical processing of liquid |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (2) | KR20050030520A (en) |
| RU (1) | RU2235689C1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101297672B1 (en) | 2012-02-13 | 2013-08-21 | (주) 테크로스 | Electrolytic chamber of electrolysis water treatment devices |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3910829A (en) * | 1973-06-09 | 1975-10-07 | Sachs Systemtechnik Gmbh | Method and apparatus for the disinfection of liquids by anodic oxidation and preceding reduction |
| RU2038323C1 (en) * | 1992-04-03 | 1995-06-27 | Бахир Витольд Михайлович | Equipment for purification and disinfection of water |
| RU2064440C1 (en) * | 1992-06-04 | 1996-07-27 | Научно-производственное объединение "Экран" | Method of treating water |
-
2003
- 2003-09-26 RU RU2003128681/15A patent/RU2235689C1/en not_active IP Right Cessation
- 2003-12-30 KR KR1020030100154A patent/KR20050030520A/en not_active Abandoned
-
2004
- 2004-03-24 KR KR20-2004-0008141U patent/KR200354179Y1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3910829A (en) * | 1973-06-09 | 1975-10-07 | Sachs Systemtechnik Gmbh | Method and apparatus for the disinfection of liquids by anodic oxidation and preceding reduction |
| RU2038323C1 (en) * | 1992-04-03 | 1995-06-27 | Бахир Витольд Михайлович | Equipment for purification and disinfection of water |
| RU2064440C1 (en) * | 1992-06-04 | 1996-07-27 | Научно-производственное объединение "Экран" | Method of treating water |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20050030520A (en) | 2005-03-30 |
| KR200354179Y1 (en) | 2004-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5871623A (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water and/or water solutions | |
| Zuo et al. | Combined electrocoagulation and electroflotation for removal of fluoride from drinking water | |
| RU2096337C1 (en) | Installation for electrochemically cleaning water and/or aqueous solutions | |
| EP2010456B1 (en) | Process and apparatus for sewage water purification | |
| RU2040477C1 (en) | Device for disinfection and purification of water | |
| RU2064440C1 (en) | Method of treating water | |
| RU2038322C1 (en) | Equipment for electrotechnical treatment of water | |
| WO1998050309A1 (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water and/or water solutions | |
| CN101795979A (en) | Device and method for decomposing harmful substances in liquid and application of the device | |
| RU2088539C1 (en) | Apparatus for producing detergent and disinfecting solutions | |
| KR19980087770A (en) | Wastewater Treatment Apparatus and Method Using Electrolytic Flotation | |
| RU2235689C1 (en) | Method and apparatus for electrochemical processing of liquid | |
| RU2091320C1 (en) | Installation for electrochemical treatment of water and/or aqueous solutions | |
| RU2038323C1 (en) | Equipment for purification and disinfection of water | |
| RU2100483C1 (en) | Process of water treatment with sodium hypochlorite and flow electrolyzer to produce sodium hypochlorite | |
| RU2141453C1 (en) | Installation for electrochemical treatment of water and aqueous solutions | |
| AU601447B2 (en) | A continuous process of separating electrically charged solid, pulverulent particle by electrophoresis and electroosmosis | |
| JP2000334462A (en) | Packed bed type electrochemical water treating device and method therefor | |
| KR100366899B1 (en) | Method of laver farm with acid and mass storage electrolytic water making apparatus providing for the acid thereof | |
| RU2360869C2 (en) | Device for electrolytic processing of oil-containing waters | |
| RU2357927C2 (en) | Device for electrochemical water treatment | |
| RU2076847C1 (en) | Equipment to produce washing and disinfecting solutions | |
| RU2079575C1 (en) | Apparatus for production of washing and disinfection solution | |
| KR102163942B1 (en) | Water cleaning system for electrolysis with multi-electrode tube | |
| US8273240B2 (en) | Method and apparatus for treating wastewater containing emulsified oil |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120927 |