Пристрій для електрохімічної обробки води

Пристрій для електрохімічної обробки води, що включає корпус, всередині якого коаксіально вертикально розташовані катод і анод, розділені трубчастою керамічною мембраною, що утворює катодну й анодну камери, з розміщенням анода усередині мембрани, який відрізняється тим, що анод виконаний у вигляді спіралі, а катод - із дроту, навитого на керамічну мембрану нчатим Крім того розміщення катюнітів у катодній камері, де відбувається підлужнення розчину і утворення гідроксидів солей жорсткості і важких металів, здатних осаджуватися на юнітовому завантаженні, може привести до зменшення гідравлічної проникності катодного простору і зменшенню терміну служби пристрою Найбільш близьким до винаходу за технічною суттю і результатом, що досягається, є пристрій для електрохімічної обробки води [Патент 2078737 РФ MI1K6C02F 1/461, опубл 1005 97] [2] Пристрій містить корпус, у якому розміщена електрохімічна комірка, виконана з розташованих вертикально коаксіальне електродів - стрижневого і циліндричного, встановлених у діелектричних втулках, керамічної діафрагми, коаксіальне розміщеної між електродами і поділяючої міжелектродний простір на електродні камери У нижній і верхній діелектричних втулках виконані канали для подачі і відводу оброблюваної води в камеру циліндричного електрода, обладнану патрубками Пристрій містить також верхню і нижню діелектричні колекторні голівки що мають однаковий діаметр із втулками і встановлені з можливістю повороту, а також містить пристосування для фіксації голівок, причому у верхній і нижній голівках виконані канали зі штуцерами для підведення оброблюваної води в камеру стрижневого електрода і відводу води При цьому стрижневий електрод виконаний у вигляді циліндра перемінного перетину з діаметром кінцевих частин, що складає 0,75 діаметра його середньої частини Співвідношення розмірів стрижневого І циліндри ю СО Ю 49535 чного елеісгродів вибирається в залежності від розв'язуваних задач, при цьому довжина циліндричного елеісгрода може бути обрана в діапазоні 50 - 240мм що охоплює можливий спеїсгр застосування пристрою Катод і анод вибираються в залежності від поставленої задачі І виготовляються з матеріалів, відомих у прикладній електрохімії Так, катодом може бути полірований титан, тантал, цирконій, покриті пірографітом чи скловуглецем та ІНШІ Анод може бути виготовлений з титану, покритого дюксидами рутенію (ОРТА), марганцю (ТДМА), кобальту (ОКТА) та ш У випадку використання переключення полярності електродів можуть застосовуватися титанові електроди з покриттям зі благородних металів (платини, платиноіридієвогота ін) Як розділюючи діафрагми (мембрани) можуть бути використані керамічні мембрани на основі оксидів цирконію, алюмінію, ітрію, що містять добавки оксидів ніобію, танталу, гафнію, титану, гадолінію та ш У залежності від призначення пристрою мембрана може бути ультра-, мікро-, чи нанофільтраційною Пристрій працює таким чином Оброблювана вода і/чи розчин роздільними потоками подаються і виводяться з електродних камер За допомогою витратомірів установлюються необхідні співвідношення об'ємних витрат католіту й аноліту Обробка води відбувається під час однократного протоку середовища, що обробляється, знизу вверх через електродні камери Після проведення електрохімічної обробки з електрохімічної комірки по окремих трубопроводах католіт і аноліт надходять у ємності-накопичувачі Приклади конкретного виконання за прототипом Приклад 1 Використання електрохімічної комірки для знезаражування води В електрохімічній комірці катодом був циліндричний електрод, виконаний з полірованого титану, довжина електрода 80мм Стрижневий електрод (анод) виконаний з титану, покритого дюксидом марганцю Довжина і діаметр середньої частини стрижневого електроду складають ВІДПОВІДНО 86 і 9мм Міжелектродна відстань складає 2,9мм Діафрагма виконана циліндричною з товщиною стінок по всій довжині 0,5мм Для знезаражування використовувалася вода з загальним солевмістом 0,5г/л і КІЛЬКІСТЮ мікроорганізмів 105 колоній на мл Після обробки солевміст води не змінився, а мікроорганізми не виявлені Приклад 2 Використання електрохімічної комірки для одержання дезинфікуючих розчинів Використовувалась комірка, що містить циліндричний електрод, виконаний зі скловуглецю довжиною 240мм Стрижневий електрод - анод виконаний з титану покритого дюксидом рутенію Довжина середньої частини стрижневого електрода 250мм, а діаметр середньої частини 10мм, міжелектродна відстань Змм Діафрагма циліндрична з товщиною стінок 0,6мм Обробці піддавався розчин хлориду натрію з концентрацією 2г/л Витрати електроенергії скла ли 0,95квттод/м при таких показниках католіту й аноліту на виході з пристрою Показник католіт аноліт Витрата розчину, л/год 5 ЗО рН Окислювально-відновний потенціал, мв 8,6 6,0 -600 +800 Недоліком відомого рішення [2] є складність виготовлення і монтажу пристрою що складається з 29 елементів, зокрема, необхідність виготовлення стрижневого електрода у вигляді циліндра перемінного перетину, а також досить великі витрати електроенергії В основу запропонованого винаходу поставлене завдання розробити конструкцію пристрою для електрохімічної обробки води, в якому б зміна формі/ виконання анода і катода забезпечила досягнення необхідного технічного результату істотне спрощення конструкції пристрою і його монтажу і зменшення енерговитрат на здійснення процесу Для вирішення поставленого завдання запропоновано пристрій для електрохімічної обробки води, що включає корпус, всередині якого коаксіально вертикально розташовані катод і анод, розділені трубчатою керамічною мембраною, що утворює катодну й анодну камери, з розміщенням анода усередині мембрани, у якому, ВІДПОВІДНО до винаходу, анод виконаний у вигляді спіралі, а катод - із дроту, навитого на керамічну мембрану Виготовлення аноду у вигляді спіралі забезпечує високий рівень турбулізації розчину, тобто перемішування потоку рідини, що проходить через анодний простір Завдяки цьому зменшується товщина дифузійного приелектродного шару розчину, що сприяє поліпшенню доставки електроліту до поверхні електрода і тим самим зниженню витрат електроенергії Катод виготовляється у вигляді спіралі, навитої на керамічну мембрану Завдяки мінімальному зазору між катодним дротом і мембраною до мінімуму зменшується міжелектродна відстань У цьому випадку відстань визначається лише товщиною керамічної мембрани, що також сприяє значній економії витрат електроенергії на електрохімічний процес Конструктивне виконання анода, що заявляється, і катода істотно спрощує конструкцію і монтаж пристрою, тому що такі елементи відрізняються простотою виготовлення і відсутністю трудомістких операцій при складанні та монтажі пристрою Спіральна форма електродів також забезпечує високий рівень турбулізації розчинів І поліпшує дифузійні процеси Таким чином, сукупність істотних ознак, що заявляється, є необхідною І достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату -зниження витрат електроенергії на 14% і значне спрощення конструкції і монтажу пристрою На фігурі представлений загальний вид пристрою для електрохімічної обробки води в розрізі У корпусі 1 розміщені коаксіальне розташовані анод 2, керамічна мембрана 3 з навитим на 49535 неї дротовим катодом 4 Корпус і мембрана обладнані верхньою 5 і нижньою 6 діелектричними втулками, що розташовані СПІВВІСНО корпусу і жорстко фіксують корпус 1 і мембрану 3 колекторними голівками 7, 8 за допомогою різьбових сполучень Між втулками, корпусом і мембраною розташовані ущільнюючі прокладки 9 Пристрій містить голівку анодного блоку 10, розташовану СПІВВІСНО корпусу, що герметично з'єднана з втулкою 5 різьбовим з'єднанням Голівка анодного блоку 10 обладнана осьовим наскрізним отвором, сполученим з отвором втулки 5 У ГОЛІВЦІ анодного блоку 10 виконаний бічний отвір для відводу оброблюваної води через штуцер 11 Голівка анодного блоку 10 обладнана токопідводом 12 Діелектрична втулка 6 різьбовим з'єднанням скріплена зі штуцером подачі води в анодну камеру 13 Корпус обладнаний штуцерами для подачі води в катодну камеру 14 і відводу води з катодної камери 15, а також токопідводом для катоду (16) Анод виконаний у вигляді спіралі, виготовленої з титанового дроту покривається шаром з благородних металів чи оксидів металів змінної валентності (рутенію (ОРТА), марганцю (ТДМА), кобальту (ОКТА) та інших) Спіралевидний анод міститься усередині керамічної мембрани з невеликим зазором на рівні 0,5 -1,0мм Мембрана (діафрагма), що розділяє, може бути виконана з пористої кераміки на основі оксидів алюмінію, цирконію й інших і, у залежності від призначення пристрою, мембрана може бути мікро-, ультра- чи нанофільтраційною, що визначається її проникністю для води й електроліту Матеріалом катода може бути нержавіюча сталь, титан або ІНШІ матеріали, ВІДОМІ у прикладній електрохімії Пристрій працює таким чином Оброблювана вода і/чи розчин роздільними потоками подаються і виводяться з електродних камер Обробка відбувається під час однократного протоку середовища, що обробляється знизу вверх через електродні камери Необхідні співвідношення об'ємних витрат католіту й аноліту встановлюються за допомогою витратомірів Після проведення електрохімічної обробки аноліт і католіт окремими потоками можуть надходити в одну ємність-накопичувач, чи можуть використовуватися окремо, наприклад, розчин, що містить активний хлор (при електролізі хлориду натрію) може використовуватися для знезаражування розчинів, фільтруючих завантажень, приміщень і тд Винахід ілюструється наступними прикладами, що не вичерпують усіх можливостей реалізації винаходу В усіх прикладах використовувалася розділююча мембрана з пористої кераміки, отримана методом шлікерного лиття з оксидів алюмінію (70%) і цирконію (30%) Анод виготовлений з титанового дроту діаметром 2мм, навитого у вигляді спіралі з ЗОВНІШНІМ діаметром 8мм і покритої шаром дюксида кобальту методом плазменного напилювання Катодом служив дріт з нержавіючої сталі діаметром 2мм, навитий на трубчату керамічну мембрану з відстанню між витками Змм, що забезпечувало рівномірний розподіл силових ЛІНІЙ електричного поля Приклад 1 Знезаражування води з мінералізацією 0,5г/л, що містить мікроорганізми в КІЛЬКОСТІ 105 колоній на мл проводилося в електрохімічній комірці в протоці розчину Після обробки солевміст води не змінився, а мікроорганізми не виявлені Приклад 2 Використання електрохімічної комірки для одержання дезинфікуючих розчинів Обробці піддавався розчин хлориду натрію з концентрацією 2г/л Витрата електроенергії склала 0,82кВттод/м3 при таких показниках католіта і аноліта на виході з пристрою Показник рН Окислювально-відновний тенціал, мВ ЗО 9,2 по 6,8 -650 +850 Переваги запропонованого пристрою для електрохімічної обробки води, у порівнянні з відомим, полягають у наступному запропоноване конструктивне виконання основних вузлів пристрою - анода і катода у вигляді спіралі дозволяє значно спростити складання та монтаж пристрою і підвищити ефективність процесу електрохімічної обробки води за рахунок високого ступеня турбулізації, що забезпечується спіралевидною формою катода й анода Це також сприяє зменшенню витрат електроенергії з 0,95 до 0,82квт год/м3, що складає 14% 49535 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71