Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ электрохимической обработки воды и устройство

Классы МПК:C02F1/467 электрохимической дезинфекцией
C02F1/461 электролизом
C25B15/02 управление или регулирование
C25B9/06 электролизеры с пространственно устойчивыми неподвижными электродами; узлы конструктивных элементов
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Бражкин Владимир Сергеевич (RU),
Куприков Николай Петрович (RU),
Журавков Олег Анатольевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-04-03
публикация патента:

Изобретение относится к способу электрохимической обработки воды дезинфектантами, который может быть использован для обработки питьевой воды, бытовых и промышленных сточных вод, воды плавательных бассейнов. Способ включает введение в обрабатываемую воду дезинфектантов, получаемых путем прямого электролиза в проточном режиме обрабатываемой воды, содержащей хлорид натрия, при этом используют воду, содержащую 0,1÷20 мг/л хлорида натрия. Также изобретение относится к устройству для электрохимической обработки воды дезинфектантами, которое содержит корпус с входными и выходными патрубками, изменяющие полярность титановые электроды, средство подвода тока к электродам, при этом изменение полярности происходит с паузой от нескольких секунд до нескольких часов, причем межэлектродное расстояние составляет менее 1 мм. Техническим результатом изобретения является возможность безреагентного управления свойствами воды с низким содержанием хлоридов, приводя к непосредственной дезинфекции. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил. способ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625

Рисунки к патенту РФ 2500625

способ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625 способ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625

Изобретение относится к способам электрохимической обработки воды. Оно может быть использовано для обработки питьевой воды, бытовых и промышленных сточных вод, воды плавательных бассейнов.

Техническим результатом изобретения является возможность безреагентного (без добавления химических реагентов) управления свойствами воды с низким содержанием хлоридов 0,1÷20 мг/л, приводя к непосредственной дезинфекции.

Известен способ обработки воды гипохлоритом натрия, реализованный в RU 2100483 от 19.02.1996, в котором дезинфектант производится на месте потребления путем прямого электролиза подземной минерализованной воды с содержанием хлорида натрия от 1,5 до 15 г/л. Недостатком этого технического решения является невозможность применения воды с содержанием хлорида натрия менее 1,5 г/л.

Так же известен способ получения сверхчистой питьевой воды, включающий синтез озона из воздуха и пропускание его через слой обрабатываемой воды, реализованный в RU 2114790 от 17.04.1998, в котором регулируется плотность тока в электролизере в зависимости от концентрации веществ в воде и изменения полярности электродов. Он имеют один существенный недостаток: синтез озона из воздуха, что существенно уменьшает безопасность применения этого способа.

Известно устройство для электролиза, реализованное в RU 2139956 от 04.06.1997 в котором применяются титановые аноды и катоды с оксидно-рутениевым покрытием с реверсированием тока. Устройство резко ограничивает продолжительность ресурса электролизера так как смена полярности сокращает срок службы электродов.

Наиболее близким техническим решением является установка типа «Поток» производства завода «Коммунальник» для обеззараживания воды прямым электролизом, представленная в Пособии к СНиП 2.04.02-84. Недостатком Установки типа «Поток» является отсутствие возможности обеззараживания природных вод при содержании хлоридов менее 20 мг/л.

Также из BG 66016 B1 от 29.10.2009 известен способ проведения электролиза и устройство для его проведения, который предусматривает использование групп электродов ЕК1 - EKn, электрически соединенных с источником питания (1), каждая из которых содержит, по меньшей мере, одну пару разноименно заряженных электродов, при этом, в процессе электролиза осуществляют коммутацию электрической цепи через блок коммутации (3), обеспечивающую поочередное подключение к источнику питания и отключение от него групп электродов. Согласно примеру осуществления известного способа частоту и продолжительность подключения источника питания к группам электродов определяет блок управления (5), который отслеживает мощность постоянного тока, подаваемого на группы электродов (стр.3, зона 30 - справа). Таким образом, в BG 66016 В1 используют принцип отключения электропитания и последующего включения для поддержания необходимой силы постоянного тока на группах электродов без изменения полярности.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание способа обработки воды и устройство для осуществления способа, в которых для дезинфекции воды можно было бы использовать воду с небольшим количеством хлоридов для удешевления технологии обработки воды при обеспечении экологической безопасности, а так же устранение образующихся отложений солей жесткости на электродах электролизных устройств при значительном увеличении ресурса работы электролизных устройств.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что для получения дезинфектантов - гидроксильный радикал (ОН), атомарный кислород (О), кислород (O2), озон (О3), перекись водорода (H 2O2), радикалы хлора (хлорноватистая кислота HClO и гипохлорит-ион ClO-) путем прямого электролиза в проточном режиме используют обрабатываемую воду, содержащую 0,1÷20 мг/л хлорида натрия. При этом межэлектродное расстояние составляет менее 1 мм. Причем между моментом отключения электропитания и моментом включения с противоположной полярностью присутствует пауза от нескольких секунд до нескольких часов.

Переполяризация применяется для удаления отложений солей жесткости на поверхности электродов. Пауза между периодами действия питания устройства, позволяет устранить отрицательное влияние переходных процессов на активное металлооксидное покрытие электродов и продлевает жизнь покрытия в режиме переполяризации в 3-5 раз.

Авторами было теоретически обнаружено и экспериментально подтверждено, что электролиз воды с небольшим количеством хлоридов (0,1÷20 мг/л) активирует не только растворенную в питьевой воде соль с получением радикалов хлора (хлорноватистая кислота HClO и гипохлорит-ион ClO-), но и кислородные связи в эффективную дезинфекцию. Процесс обеспечивает расщепление молекул воды (H2O) на несколько мощных нетоксичных окислителей - свободных радикалов (O, O2, O3, ОН, H2O2 ), каждый из которых обладает гораздо большим окислительным потенциалом, чем хлор. Радикалы мощно укрепляют друг друга, и действуют одновременно в бактериологическом, физическом и органическом отношении.

На фиг.1 изображены результаты эксперимента по получению свободного хлора Cl2 и кислорода O2 путем прямого электролиза обрабатываемой воды в проточном режиме со скоростью 200 м3/ч устройством мощностью 6 кВт.

Из графика видно, что при прямом электролизе воды с содержанием хлоридов менее 20 мг/л происходит образование в основном кислорода O2, а в воде с содержанием хлоридов более 20 мг/л преобладают реакции с образованием растворенного хлора Cl2.

В таблице 1 приведены показатели анализов исходной и обработанной методом прямого электролиза воды в проточном режиме северо-западной части Краснодарского края.

Таблица 1
Показатели качества водыЕд. изм. НормативИсходная вода Обработанная вода
Запах200 балл23 0
600 балл23 0
Привкус балл23 0
Цветность град20 51,312
Мутностьмг/дм3 1,52,5<1,0
Окисляемость перманганатная мг О2/дм3 5,07,20,54
Железо (общее) мг/дм30,3 0,280,2
Аммоний-ион, аммиакмг/дм3 1,52,35 0,01
Нитрат-ион мг/дм345,0 0,6040,5
Нитрит-ион мг/дм33,0 0,0160,003
Сероводородмг/дм3 0,0031,20
Сульфаты мг/дм3500,0 489485,1
Хлоридымг/дм3 350,0176
Хлор остаточный свободный мг/дм30,3-0,5 00,34
Хлор остаточный связванный мг/дм0,8-1,2 00,5
Кислородмг/дм3 -59

Как видно из таблицы, получаемые в процессе прямого электролиза, дезинфектанты не только уничтожают органику - споры, вирусы, бактерии и другие микроорганизмы, что гарантируется наличием остаточного хлора, обеспечивая при этом чистую, питьевого качества воду, но и оказывают влияние на содержание растворенного железа, аммиака и сероводорода.

В процессе прямого электролиза синтезируется ряд окислителей, при этом происходят следующие реакции:

Удаление железа

Двухвалентное железо окисляется электролизным кислородом до гидроксида трехвалентного железа.

4Fe2+ 2+8OH-+2H2Oспособ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625 4Fe(ОН)3

Удаление аммиака

Аммиак окисляется электролизным озоном до нитрата.

NH3+4O3способ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625 NO3способ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625 -+4O2+H3O+

Удаление сероводорода

Сероводород окисляется электролизной перекисью водорода до коллоидной серы.

H2S+H2O2 способ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625 S+2H2O

В упрощенном виде процессы образования дезинфектантов из пресной воды заключаются в следующем.

При электролизе воды происходит выделение кислорода и озона:

2H2Oспособ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625 O2+4H++4е-; 3H2 Oспособ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625 О3+6е-+6H+

Растворяясь в воде, кислород может образовывать перекись водорода:

O2+2H2O+2е -способ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625 H2O2+2OH-

В воде даже с очень низким содержанием хлоридов может быть получен хлор:

2Cl-способ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625 Cl2+2е-

При гидролизе хлора образуется хлорноватистая кислота (HClO) и гипохлорит-ион (ClO-):

Cl2+H2 Oспособ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625 HClO+HCl; способ электрохимической обработки воды и устройство, патент № 2500625

Сумму концентраций хлорноватистой кислоты и гипохлорит-иона обычно называют свободным хлором.

Приведенные реакции окисления лишь небольшая часть сложных процессов и реакций, происходящих при электролизе воды. Но в конечном результате все они приводят к уменьшению концентрации указанных веществ до норм ПДК и, как следствие, удалению цветности и мутности.

Прямой электролиз отличается от распространенных методов обеззараживания тем, что сочетает в себе их положительные эффекты и не содержит их отрицательных свойств: обладает последействием и не создает побочные продукты.

Кислород, как наиболее сильный окислитель, преобладает в реакциях обеззараживания, а свободный хлор играет вторичную роль, и «выполнив миссию» пролонгированного действия, опять превращается в хлориды.

Таким образом, дезинфектанты производятся из самой воды и, выполнив свою функцию, переходят в прежнее состояние, не внося в воду побочных продуктов.

Из уровня техники (см. Медриш Г.Л., Тейшева А.А., Басин Д.Л. Обеззараживание природных и сточных вод с использованием электролиза, Москва, Стройиздат, 1982, стр.10) известно, что для создания малогабаритных и высокопроизводительных установок наиболее целесообразно предусматривать минимально возможные межэлектродные расстояния. Для существующего уровня исполнения устройств в 1982 году это было 3-6 мм. Чем меньше величина межэлектродных зазоров в электролизере, тем более энергетически эффективен процесс электролиза. При современном существующем уровне высокотехнологического исполнения устройства межэлектродный зазор менее 1 мм может быть достигнут без опасности соприкосновения поверхностей электродов. Например, электролизеры производства ООО «НПФ «Невский кристалл» имеют межэлектродное расстояние 0,9 мм и успешно эксплуатируются во многих регионах России и странах СНГ.

На фиг.2 изображены результаты эксперимента по изучению ресурса покрытий электродов при работе с паузами и без паузы между периодами действия питания электролизера.

Резкое увеличение напряжения на электролизной ячейке свидетельствует о полном срабатывании активного покрытия и исчерпании ресурса электрода. Среди исследованных электродов самый короткий ресурс в шесть месяцев оказался у электродов, работающих без паузы. Электроды, работающие с паузой, продемонстрировали срок службы более 2 лет. При этом образования отложений солей жесткости на электродах устранялись при их переполюсовке, и зарастания межэлектродного пространства осадком не происходило за все время эксперимента.

Приведенный пример свидетельствует, что в случае применения предлагаемого технического решения удается произвести достаточное количество дезинфектантов из небольшого количества естественных минеральных солей, которые присутствуют в любом источнике пресной воды.

Из приведенного описания понятно, что предлагаемое изобретение может быть реализовано и в других конкретных формах без отступления от существа изобретения, определенного ее формулой.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ электрохимической обработки воды дезинфектантами, включающий введение в обрабатываемую воду дезинфектантов, получаемых путем прямого электролиза в проточном режиме обрабатываемой воды, содержащей хлорид натрия, отличающийся тем, что используют воду, содержащую 0,1÷20 мг/л хлорида натрия.

2. Способ электрохимической обработки воды по п.1, отличающийся тем, что в качестве дезинфектантов выступают гидроксильный радикал (OH), атомарный кислород (О), кислород (O2), озон (O3), перекись водорода (H2O2), радикалы хлора (хлорноватистая кислота HClO и гипохлорит-ион ClO-).

3. Устройство для электрохимической обработки воды дезинфектантами согласно способу по п.1, содержащее корпус с входными и выходными патрубками, изменяющие полярность титановые электроды, средство подвода тока к электродам, отличающееся тем, что изменение полярности происходит с паузой от нескольких секунд до нескольких часов, причем межэлектродное расстояние составляет менее 1 мм.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2500625

patent-2500625.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C02F1/467 электрохимической дезинфекцией

Класс C02F1/461 электролизом

Патенты РФ в классе C02F1/461:
способ получения воды с пониженным содержанием дейтерия -  патент 2521627 (10.07.2014)
способ получения активированной воды -  патент 2515243 (10.05.2014)
способ получения фуллеренов -  патент 2507152 (20.02.2014)
способ получения активированных растворов -  патент 2506231 (10.02.2014)
способ электролиза с управлением процессом электрохимической обработки водных растворов -  патент 2500838 (10.12.2013)
устройство для получения дезинфицирующего раствора -  патент 2494975 (10.10.2013)
высокостабильная электролитическая вода с уменьшенной шириной ямр-пика на половине высоты -  патент 2494748 (10.10.2013)
устройство для электрохимической обработки жидкости -  патент 2493108 (20.09.2013)
способ обогащения воды кислородом посредством электролитического процесса, вода или напиток, обогащенные кислородом, и их применение -  патент 2492146 (10.09.2013)
способ получения диарилкарбоната и переработка, по меньшей мере, одной части образованного при этом раствора, содержащего хлорид щелочных металлов, в находящемся ниже по технологической цепочке электролизе хлорида щелочных металлов -  патент 2484082 (10.06.2013)

Класс C25B15/02 управление или регулирование

Патенты РФ в классе C25B15/02:
способ электролиза с управлением процессом электрохимической обработки водных растворов -  патент 2500838 (10.12.2013)
способ и устройство управления процессом электролиза водных растворов -  патент 2345956 (10.02.2009)
способ идентификации причин разрушений катодов алюминиевых электролизеров -  патент 2303659 (27.07.2007)
способ автоматического управления фторным электролизером -  патент 2288974 (10.12.2006)
устройство управления для формирования газового потока электролизно-водяного газового генератора -  патент 2253701 (10.06.2005)
электролизер для получения кислорода и водорода -  патент 2170776 (20.07.2001)
способ электрохимической обработки водных растворов и устройство -  патент 2119456 (27.09.1998)
способ активации свинцового катода в электрохимическом процессе получения глиоксиловой кислоты -  патент 2079576 (20.05.1997)
устройство для газопламенной обработки материалов -  патент 2035274 (20.05.1995)

Класс C25B9/06 электролизеры с пространственно устойчивыми неподвижными электродами; узлы конструктивных элементов

Патенты РФ в классе C25B9/06:
электролизер для получения раствора гипохлорита натрия -  патент 2514194 (27.04.2014)
способ определения максимальной производительности разложения воды и устройство для его осуществления (водородная ячейка) -  патент 2506349 (10.02.2014)
двигатель внутреннего сгорания -  патент 2453715 (20.06.2012)
воздушный охладитель кислородно-водородной смеси -  патент 2448319 (20.04.2012)
автономный электрохимический комплекс -  патент 2435875 (10.12.2011)
электролитическая ячейка -  патент 2427669 (27.08.2011)
электролизер для промышленного получения фтора -  патент 2381300 (10.02.2010)
способ и устройство насыщения жидкости газом -  патент 2378202 (10.01.2010)
электролизная установка для получения гипохлорита натрия -  патент 2349682 (20.03.2009)
плазмохимотронный способ получения кислородосодержащей парогазовой смеси и аппарат для его осуществления -  патент 2285753 (20.10.2006)

Наверх