Пристрій для електрохімічної обробки води

Пристрій для електрохімічної обробки води, що включає корпус, всередині якого коаксіально вертикально розташовані катод і виконаний у вигляді спіралі анод, який відрізняється тим, що пристрій додатково містить фільтруючий елемент і діелектричну трубку, анод і катод розташовані всередині діелектричної трубки, зовні якої коаксіально розміщений фільтруючий елемент, а катод виконаний у вигляді стержня Винахід відноситься до хімічної технологи, зокрема, до електрохімічних процесів, і може бути використаний в процесах знезаражування води і доочищення її від органічних і завислих речовин Відомий пристрій для електрохімічної обробки води [Патент 2078737 РФ МПК 6 С 02 F 1/461, опубл 10 05 97] [1] Пристрій містить корпус, у якому розміщений електрохімічний осередок, виконаний з розташованих вертикально коаксіально електродів - стержневого і циліндричного, встановлених у діелектричних втулках, керамічної діафрагми, коаксіально 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 Пристрій містить також верхню і нижню діелектричні колектори/ голівки, причому у верхній і нижній голівках виконані канали зі штуцерами для підведення і відводу оброблюваної води в камеру стержневого електрода При цьому стержневий електрод виконаний у вигляді циліндру перемінного перетину з діаметром кінцевих частин, що складає 0,75 діаметра його середньої частини Співвідношення розмірів стержневого і циліндричного електродів вибирається в залежності від розв'язуваних задач, при цьому довжина циліндричного електрода може бути обрана в діапазоні 50 - 240мм, що охоплює можливий спектр застосування пристрою може бути полірований титан, тантал, цирконій, покриті пірографітом чи скловуглецем і ІНШІ Анод може бути виготовлений з титана, покритого дюксидами рутенію (ОРТА), марганцю (ТДМА), кобальту (ОКТА) і ш У випадку використання переключення полярності електродів можуть застосовуватися титанові електроди з покриттям з дорогоцінних металів (платини, платино-іридієвого й ш) Як розділюючи діафрагми (мембрани) можуть бути використані керамічні мембрани на основі оксидів цирконію, алюмінію, ітрію, що містять добавки оксидів ніобію, танталу, гафнію, титана й ш У залежності від призначення пристрою мембрана може бути ультра-, мікро-, чи нанофільтраційною Пристрій працює в такий спосіб Оброблювана вода і/чи розчин роздільними потоками подаються і виводяться з електродних камер За допомогою витратомірів установлюються необхідні співвідношення об'ємних витрат католіта й аноліта Недоліком відомого рішення [1] є складність виготовлення і монтажу пристрою, що складається з 29 елементів, зокрема, необхідність виготовлення стержневого електрода у виді циліндра перемінного перетину, а також досить велика витрата електроенергії Найбільш близьким до винаходу за технічною суттю і одержаним результатом, що досягається, є пристрій для електрохімічної обробки води [Патент 49535 А України МПК 7 С 02 F 1/461, опубл 10 05 2002] [2] Пристрій для електрохімічної обробки води Катод і анод вибираються в залежності від поставленої задачі і виготовляються з матеріалів, відомих у прикладній електрохімії Так, катодом (О со 00 ю 58326 включає корпус, усередині якого коаксіально вертикально розташовані катод і анод, розділені трубчатою керамічною мембраною, що утворює катодну й анодну камери, з розміщенням аноду усередині мембрани, у якому анод виконаний у виді спіралі, а катод - із дроту, навитого на керамічну мембрану Корпус і мембрана обладнані верхньою і нижньою діелектричними втулками, розташованими СПІВВІСНО корпусу, які жорстко фіксують корпус і мембрану з колекторними голівками за допомогою різьбових з'єднань Між втулками, корпусом і мембраною розташовані ущільнюючі прокладки Пристрій містить голівку анодного блоку, розташовану СПІВВІСНО корпусу, що герметично з'єднана з втулкою різьбовим з'єднанням У ГОЛІВЦІ анодного блоку виконаний бічний отвір для відводу оброблюваної води через штуцер Голівка анодного блоку обладнана струмопідводом Діелектрична втулка різьбовим з'єднанням скріплена зі штуцером подачі води в анодну камеру Корпус обладнаний штуцерами для подачі і відводу води в катодну камеРУ Анод виконаний у вигляді спіралі, виготовленої з титанового дроту Для забезпечення СТІЙКОСТІ В кислому й окисному середовищі анод покривається захисним шаром зі дорогоцінних металів чи оксидів металів перемінної валентності - рутенію (ОРТА), марганцю (ТДМА), кобальту (ОКТА) та інших Спіралеподібний анод міститься усередині керамічної мембрани з зазором 0,5 - 1,0мм від поверхні мембрани Катод виготовляється з нержавіючої сталі, титану чи інших металів, стійких в лужному середовищі Розділююча мембрана (діафрагма) виконана з пористої кераміки на основі оксидів алюмінію і цирконію У залежності від призначення пристрою вона може бути мікро-, ультра- чи нанофільтраційною, що визначає її проникність для води й електроліту Пристрій працює в такий спосіб Оброблювана вода і/чи розчин роздільними потоками подаються і виводяться з електродних камер Обробка відбувається під час однократної протоки оброблюваного середовища знизу нагору через електродні камери Необхідні співвідношення об'ємних витрат католіта й аноліта встановлюються за допомогою витратомірів Після проведення електрохімічної обробки при накладанні електричного поля аноліт і католіт окремими потоками можуть надходити в одну ємність-накопичувач, чи можуть використовуватися роздільно, наприклад, розчин, що містить активний хлор (при електролізі хлориду натрію) може використовуватися для знезаражування води, завантажень, приміщень і т д Пристрій було використано 1 Для знезаражування води з мінералізацією 0,5г/л, що містить мікроорганізми в КІЛЬКОСТІ 105 КОЛОНІЙ на мл проводилося в електрохімічному осередку в протоці розчину Після обробки солевміст води не змінювався, а живі мікроорганізми не виявлені 2 Для одержання дезинфікуючих розчинів Обробці піддавався розчин хлориду натрію з концентрацією 2г/л Витрата електроенергії склав 4 3 0,82квт ч/м при таких показниках католіту й аноліту на виході з установки Показник католіт аноліт Витрата розчину, л/ч 5 ЗО рН 9,2 6,8 Окислювально-відновний по-650 + 850 тенціал, мВ Як відомо з технічної суті відомого пристрою [2] і підтверджується нашими експериментальними даними, одержаними з використанням відомого пристрою, він має короткий строк сталої експлуатації в заданому режимі у зв'язку з осадоутворенням солей жорсткості на поверхні катода, а також він не може бути використаний для очистки води від органічних та завислих речовин Це ілюструється прикладами, наведеними нижче, з використанням відомого пристрою і модельних розчинів фенолу з концентрацією 15мг/л і каолініту з концентрацією завислих речовин 20мг/л 1 Водопровідна вода з жорсткістю 4мг-екв/л піддавалася електрохімічній обробці впродовж 2 год Внаслідок осадоутворення солей жорсткості на поверхні катода підвищилася напруга на електродах на 2% 2 Розчин фенолу з концентрацією 15мг/л подавався через електрохімічний пристрій з об'ємною швидкістю 1л/год при ЩІЛЬНОСТІ анодного струму 1А/дм2 Вихідна концентрація фенолу Змг/л 3 Вода з мутністю 20мг/л подавалась через електрохімічний пристрій з об'ємною швидкістю 1л/год при ЩІЛЬНОСТІ анодного струму 1А/дм Мутність вихідної води залишилась незмінною Таким чином, недоліком відомого рішення [2] є недостатньо високий строк експлуатації при збереженні сталого режиму, низький ступінь очистки води від органічних та завислих речовин, а також велика КІЛЬКІСТЬ елементів для забезпечення герметизації і складність монтажу пристрою В основу запропонованого винаходу поставлена задача розробити конструкцію пристрою для електрохімічної обробки води, у якому зміна форми виконання катода, а також використання додатково нових конструктивних елементів (фільтруючого елементу та діелектричної трубки) і їх взаємне розташування забезпечило б досягнення необхідного технічного результату - значне підвищення ступеня очистки води від органічних та завислих речовин при спрощенні конструкції пристрою і його монтажу, а також підвищення строку експлуатації в заданому режимі Для рішення поставленої задачі запропонований пристрій для електрохімічної обробки води, що включає корпус, в середині якого коаксіально вертикально розташовані катод і виконаний у вигляді спіралі анод, який, згідно з винаходом, додатково містить фільтруючий елемент і діелектричну трубку, анод і катод розташовані в середині діелектричної трубки, зовні якої коаксіально розміщений фільтруючий елемент, причому катод виконано у вигляді стержня Наявність фільтруючого елементу та діелектричної трубки, яка відокремлює електроди від фільтруючого елементу, дозволяє здійснювати обробку води послідовно спочатку електрохімічну, в результаті якої відбувається електроокислення 58326 ших) органічних речовин і поляризація завислих доміПерегородка, яка розділює катод і анод може шок, а потім фільтрування води шляхом пропусбути виконана з діелектричного чи юнопроникного кання II через фільтруючий елемент Послідовне матеріалу з високою водопроникністю здійснення електрообробки і фільтрування сприяє Пристрій працює в такий спосіб Оброблювана підвищенню ступеня очистки води від органічних вода і/чи розчин подається через штуцер 8 знизу та завислих речовин вгору в середину діелектричної трубки в електроВиготовлення катода у вигляді стержня дозводний простір Після електрохімічної обробки в елеляє зменшити осадоутворення на його поверхні, ктродному просторі вода переливається через що сприяє підвищенню строку служби при збереверх діелектричної трубки і надходить до фільтженні сталих експлуатаційних характеристик прируючого елементу, причому фільтрується через строю останній по всій висоті загрузки фільтра Очищена Виготовлення анода у вигляді спіралі забезпевода виходить з пристрою через штуцер 9 чує високу продуктивність процесу очистки при незначних габаритах пристрою, а також високий Винахід ілюструється наступними прикладами, рівень турбулізації розчину, що сприяє поліпшенщо не вичерпують усіх можливостей реалізації ню доставки електроліту до поверхні електрода і, винаходу В усіх прикладах використовувався елетим самим, зниженню концентрації органічних та ктрохімічний пристрій, який містив анод, виготовзавислих речовин лений у вигляді спіралі з титанового дроту діаметром 2мм, вкритого дюксидом кобальту і катод Конструктивне виконання катода, що заявлястержень з нержавіючої сталі діаметром 2мм, які ється, взаємне розміщення катода і анода в серерозділені водопроникною перегородкою з гофродині діелектричної трубки істотно спрощує консваного полівінілхлориду (ПВХ) товщиною 0,5мм трукцію, зборку і монтаж пристрою, тому що такі Вказані елементи розміщені в середині діелектриелементи відрізняються простотою виготовлення і чної трубки з внутрішнім і ЗОВНІШНІМ діаметрами, відсутністю трудомістких операцій при зборці і моВІДПОВІДНО, 18 і 20мм, виготовленої з жорсткого нтажі ПВХ Зовні діелектричної трубки розміщено фільтТаким чином, сукупність істотних ознак, що заруючий елемент, заповнений активованим вугілявляється, є необхідною і достатньою для досяглям нення забезпечуваного винаходом технічного результату - підвищення строку сталої експлуатації у Приклади реалізації за винаходом 5 разів, ступеню очистки води від органічних речоПриклад 1 Водопровідна вода з жорсткістю вин у 3 рази і від завислих речовин у 10 разів, а 4мг-екв/л подавалась через пристрій з об'ємною також значне спрощення конструкції і монтажу швидкістю 1л/год і піддавалася електрохімічній пристрою обробці при ЩІЛЬНОСТІ анодного струму 1 А/дм2 впродовж 10 год Напруга на електродах підвищиНа кресленні (фіг) представлений загальний лася на 2% вид пристрою для електрохімічної обробки води У корпусі 1 коаксіально розташовані діелектрична Приклад 2 Розчин фенолу з концентрацією трубка 2, в середині якої знаходиться спіралеподі15мг/л подавався через електрохімічний пристрій з бний анод 3, відокремлений водопроникною переоб'ємною швидкістю 1л/год при ЩІЛЬНОСТІ анодного городкою 4 від стержневого катоду 5, і розташоваструму 1 А/дм Вихідна концентрація фенолу ний зовні діелектричної трубки фільтруючий 1мг/л елемент 6 До корпусу різьбовим сполученням Приклад 3 Вода з мутністю 20мг/л подавалась прикріплена кришка 7, яка жорстко фіксує корпус 1 через електрохімічний пристрій з об'ємною швидз діелектричною трубкою 2 і фільтруючим елеменкістю 1л/год при ЩІЛЬНОСТІ анодного струму том 6 У кришці виконано два бічних отвори для 1А/дм2 Мутність вихідної води 2мг/л підводу і відводу оброблюваної води через штуцеПереваги запропонованого пристрою для елера 8 і 9 Через кришку 7 назовні виведений структрохімічної обробки води, у порівнянні з відомим, М О П І Д В І Д 10 полягають у наступному Використання запропонованого пристрою забезпечує підвищену ступінь Фільтруючий елемент виготовлений з двох поочистки води від органічних та завислих речовин, лих циліндрів, розташованих коаксіально, простір що характеризується зниженням вихідної концентміж якими заповнений фільтруючою загрузкою з рації фенолу з 3 до 1мг/л, тобто у 3 рази, концентгранульованого активованого вугілля рація завислих речовин знижується до 2мг/л, тобМатеріалом катода може бути нержавіюча то на 90% При цьому слід ВІДМІТИТИ, ЩО сталь, титан чи ІНШІ метали, СТІЙКІ В лужному сереалізація відомого способу практично не очищає редовищі воду від завислих речовин Анод виконаний у виді спіралі, виготовленої з титанового дроту Для забезпечення СТІЙКОСТІ В Крім того, підвищується у 5 разів строк екскислому й окисному середовищі анод покриваєтьплуатації запропонованого пристрою в сталому ся захисним шаром із дорогоцінних металів чи режимі Пристрій характеризується простотою виоксидів металів перемінної валентності (рутенію готовлення і відсутністю трудомістких операцій (ОРТА), марганцю (ТДМА), кобальту (ОКТА) і інпри зборці і монтажі 58326 Комп'ютерна верстка Т Чепелєва Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна