способ обеззараживания воды и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ обеззараживания воды, основанный на электролизе, отличающийся тем, что обработку исходной воды осуществляют одновременным воздействием на нее в анодных камерах двух двухкамерных электролизеров с катионообменными мембранами атомарного кислорода, угольной кислоты, а также гидратированных ионов пероксида водорода с введением в анодную камеру первого электролизера водного раствора гидрокарбоната натрия с pН 10,5 11,5, в анодную камеру второго электролизера водного раствора гидрокарбоната натрия с pН 8,5 9,0, получением после анодной камеры первого электролизера анолита с pН 3 4, последующей доставкой его в обе камеры второго электролизера и получением после катодной камеры второго электролизера питьевой воды с pН 7,0 8,5, при этом получаемый во втором электролизере анолит смешивается с исходной водой перед введением в камеры первого электролизера, а католит после первого электролизера отводится из устройства.

2. Устройство для обеззараживания воды, содержащее два электролизера, отличающееся тем, что электролизеры, снабженные катионообменными мембранами и имеющие на вводах в анодные камеры подключения от дозирующих емкостей, и соединенные друг с другом так, что вывод из анодной камеры первого электролизера подключен к вводам в анодную и катодную камеры второго электролизера, вывод из анодной камеры второго электролизера подключен к камере смешения с исходной обрабатываемой водой, поступающей в первый электролизер, а выводы из катодных камер первого и второго электролизеров представляют собой выходные тракты электрохимически полученных растворов из устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической или физической обработке воды, в частности электролизом, и предназначено для электрохимического получения питьевой воды.

Известен способ обеззараживания воды, основанный на озонировании объемов воды [1] Недостатком способа является громоздкость и сложность установки, использующей токсичное вещество (О₃) с сильными коррозионными свойствами, а также тщательность подготовки объемов воздуха, с которым озон подается для барботирования обрабатываемой воды.

Известен способ обеззараживания воды серебром [2] Недостатками данного способа являются значительная зависимость эффекта обеззараживания от состава воды (наличие в воде веществ, адсорбирующих ионы серебра, снижает бактерицидный эффект), а также способность серебра, являющегося тяжелым металлом, и его соединений накапливаться в организме человека.

Известен способ хлорирования воды растворами гипохлорита натрия, получаемого электролизом водного раствора поваренной соли [3] Недостатками способа являются: недостаточная эффективность по отношению к болезнетворным бактериям, устойчивым в кислых средах, низкая эффективность действия хлора и его соединений в воде при значениях ее водородного показателя больше 8, а также ухудшение органолептических показателей обрабатываемой воды.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству по п.2 формулы изобретения известно устройство, содержащее два электролизера, баки для приготовления водного раствора поваренной соли и емкость для накапливания электрохимически полученного раствора гипохлорида натрия NaOCl [4] Недостатком этого устройства является невозможность проведения раздельно щелочной в катодной камере и кислотной в анодной камере одного и того же объема воды продуктами электрохимических реакций.

Задача, на решение которой направлено изобретения улучшение технико-экономических показателей обработки воды.

Техническим результатом данного изобретения является улучшение органолептических и бактериологических показателей питьевой воды за счет использования в качестве окислителей бактерий и соединений электрохимически полученных угольной кислоты Н₂СО₃, атомарного кислорода О и гидратированных ионов пероксида водорода Н₂О₂. Для этого путем подключения двух двухкамерных электролизеров с катионообменными мембранами по схеме, показанной на чертеже: 1 ввод исходной воды в катодную камеру первого электролизера вывод католита за пределы устройства в качестве сброса; 2 - ввод воды в анодную камеру первого электролизера в смеси с дозируемым раствором NaHCO₃ обработка воды в анодной камере первого электролизера ввод воды в смеси с дозируемым раствором NaHCO₃ в анодную камеру второго электролизера смешение с исходной водой, поступающей в устройство на обработку; 3 ввод воды в анодную камеру первого электролизера в смеси с дозируемым раствором NaHCO₃ обработка воды в анодной камере первого электролизера обработка воды в катодной камере второго электролизера вывод католита за пределы устройства в качестве питьевой воды. Обработка исходной воды осуществляется одновременным воздействием атомарного кислорода, угольной кислоты, а также гидратированных ионов пероксида водорода на двух двухкамерных электролизерах, оснащенных катионообменными мембранами, с введением в анодную камеру первого электролизера водного раствора гидрокарбоната натрия NaHCO₃ c рН 10,5-11,5, а в анодную камеру второго электролизера водного раствора NaHCO₃ c рН 8,5-9,0, получением на первом электролизере после анодной камеры анолита с рН 3-4, последующей доставкой его в обе камеры второго электролизера и получением после катодной камеры питьевой воды с рН 7,0-8,5. При этом получаемый во втором электролизере анолит смешивается с исходной водой перед введением в камеры первого электролизера, а католит после первого электролизера отводится из устройства. Введение в циркуляционные анодные контуры растворов гидрокарбоната натрия позволяет получить новое свойство, заключающееся в улучшении органолептических и бактериологических показателей качества питьевой воды. Сущность способа выражена в одновременном окислительном воздействии на возможно присутствующие в воде бактерии и соединения образующихся и присутствующих только при процессе электролиза в электролизере атомарного кислорода, угольной кислоты, а также гидратированных ионов пероксида водорода.

Для предотвращения перетекания электролитов и селективного перехода ионов Na⁺ и Н⁺ из анодной камеры в катодную, а также для предотвращения перехода ионов ОН^- из катодной камеры в анодную камеру электролизеры оснащены катионообменными мембранами 6 и 15. При попадании водного раствора NaHCO₃ в анодную камеру первого электролизера под действием электрического тока на аноде протекают реакции



при этом в самой электрохимической ячейке анодной камеры протекают реакции



При выходе из электрохимической ячейки анодной камеры происходит разложение угольной кислоты

H₂CO₃ _ H₂O + CO₂.

Время воздействия угольной кислоты, атомарного кислорода и гидротированных ионов пероксида водорода на объем воды зависит от величин прилагаемого тока и от скорости течения воды в анодной камере электролизеров.

На чертеже изображена схема способа и устройства для его осуществления: 1, 4, 9, 12, 16, 18, 19 трубопроводы; 2 смеситель; 3, 11 катодные камеры; 5, 7, 13, 15 газоотделители; 6, 14 катионообменные мембраны; 8, 17 анодные камеры; 10, 20 дозирующие емкости.

Исходная вода по трубопроводу 1 проходит смеситель 2, разделяясь на два потока, поступает в первый электролизер по двум индивидуальным контурам: по одному вода поступает в катодную камеру 3, а по второму после обогащения водным раствором гидрокарбоната натрия из дозирующей емкости до рН 10,5-11,5 через трубопровод 9 поступает в анодную камеру 8. После завершения процесса электролиза на первом электролизере католит, проходя через газоотделитель 5, освобождается от водорода и удаляется из устройства через трубопровод 4, анолит после первого электролизера, приобретя состояние, характеризуемое рН 3-4, освобождается от кислорода и СО₂ на газоотделителе 7 и поступает по трубопроводу 12 на дальнейшую обработку на второй электролизер. Перед поступлением в анодную камеру раствор благодаря введению гидрокарбоната натрия из дозирующей емкости 20 доводится до рН 8,5-9,0. После электролиза на втором электролизере католит, приобретя в катодной камере 11 состояние, характеризуемое рН 7-8,5, и освободившись от водорода на газоотделителе 13, выводится через трубопровод 16 из устройства для использования в качестве питьевой воды. Анолит после анодной камеры 17 второго электролизера, освободившись от кислорода и диоксида углерода на газоотделителе 15, поступает в смеситель 2, где смешивается с исходной водой, поступающей на обработку в устройство.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пааль Л. Л. и др. Справочник по очистке природных и сточных вод. М. Высшая школа, 1994, с.142.

2. Кульский Л.А. и др. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. ч.2, Киев: Наукова думка, 1980.

3. Николадзе Г.И. Водоснабжение. М. Стройиздат, 1989, с.278.

4. Медриш Г.Л. и др. Обеззараживание природных и сточных вод с использованием электролиза. М. Стройиздат, 1982, с.31.