Пристрій для електрохімічної обробки води

Пристрій для електрохімічної обробки води, що містить корпус, всередині якого коаксіально вертикально розташовані електроди, один із яких виконаний у вигляді прямого циліндра так, що його оточує інший, виготовлений у вигляді спіралі, штуцери для підводу та відводу води, струмопідвід, який відрізняється тим, що додатково містить пристрій для відводу газів, корпус виконано циліндричної форми, анод виконаний у вигляді прямого циліндра, а катод виконаний у вигляді спіралі, яка оточує анод Корисна модель відноситься до очистки промислових стічних вод, а саме до електролізної очистки вод, що містять ціаніди, родоніти та подібні речовини, а також може бути використана для отримання вільного хлору Відомий пристрій для електрохімічної обробки води [Патент 49535А України МПК7 C02F1/461, опубл 10 05 2002] Пристрій містить корпус, всередині якого коаксіально вертикально розташовані катод і анод, розділені трубчатою керамічною мембраною, що утворює катодну й анодну камери, з розміщенням аноду всередині мембрани, в якому анод виконаний у вигляді 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 герметичне з'єднана з втулкою різьбовим з'єднанням У ГОЛІВЦІ анодного блоку виконаний бічний отвір для відводу обробленої 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 покриваєть ся захисним шаром із дорогоцінних металів чи оксидів металів перемінної валентності - рутенію (ОРТА), марганцю (ТДМА), кобальту (ОКТА) та інших Катод виготовляється з нержавіючої сталі, титану чи інших металів, стійких у лужному середовищі Недоліками цього рішення є - низький ступінь очистки води, - великі витрати електроенергії для видалення ціанідів, родонітів та подібних речовин, - забруднення повітря газами, що утворюються при очистці промислових стічних вод, - велика КІЛЬКІСТЬ елементів для забезпечення герметизації і складність герметизації, - накопичення газів, які в суміші можуть бути вибухонебезпечні, над поверхнею води, що очищують, - складність монтажу пристрою Спільними із заявленим рішенням є наявність - корпусу, - коаксіально вертикально розташованих катода і анода так, що один електрод, виготовлений у вигляді спіралі, оточує інший електрод, - штуцерів для підводу забрудненої води і відводу очищеної, - струмопідводу Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю є пристрій для електрохімічної обробки води [Патент 58326 А України МПК7 C02F1/461, опубл 15 07 2003] Пристрій містить корпус, у котрому коаксіальне розташовані діелек О) со 9390 трична трубка, в середині якої знаходиться спіралеподібний анод, відокремлений водопроникною перегородкою від стержневого катоду, і розташований зовні діелектричної трубки фільтруючий елемент. До корпусу різьбовим сполученням прикріплена кришка, яка жорстко фіксує корпус з діелектричною трубкою і фільтруючим елементом. У кришці виконано два бічні отвори для підводу і відводу обробленої води через штуцера. Через кришку назовні виведений струмопідвід. Анод виконаний у вигляді спіралі, виготовленої з титанового дроту. Для забезпечення стійкості в кислому й окисному середовищі анод покривають захисним шаром із дорогоцінних металів чи оксидів металів перемінної валентность Катод виконаний у вигляді стержня, виготовленого з нержавіючої сталі, титану чи інших матеріалів, стійких у лужному середовищі. Фільтруючий елемент виготовлений із двох порожніх циліндрів, розташованих коаксіальне, простір між якими заповнений фільтруючою загрузкою з гранульованого активованого вугілля. Перегородка, яка розділяє катод і анод, може бути виконана з діелектричного чи іонопроникного матеріалу з високою водопроникністю. Недоліками такого пристрою є: - низький ступінь очистки води від ціанідів, родонітів та подібних речовин; - забруднення повітря газами при очистці промислових стічних вод; - складність монтажу; - наявність фільтруючогоелемента з активованого гранульованого вугілля, при заміні якого необхідно зупиняти роботу пристрою та спускати воду. Спільними ознаками з заявленим рішенням є наявність: - корпусу; - коаксіально вертикально розташованих катоду і аноду, причому один з електродів виконаний у вигляді прямого циліндра та розташований так, що його оточує інший, виготовлений у вигляді спіралі; - штуцерів для підводу забрудненої води та відводу очищеної; - струмопідводу. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити пристрій для електрохімічної обробки води, який шляхом виготовлення аноду у вигляді прямого циліндра та розташування його таким чином, що він оточується катодом, виконаним у вигляді спіралі, та введення пристрою для відводу газів, дозволяє збільшити якість очистки води від ціанідів, родонітів та подібних речовин, запобігати забрудненню повітря газами, утвореними при очищенні промислових стічних вод, і забезпечити подальше використання або утилізацію цих газів. Суттєвими ознаками корисної моделі є наявність: - корпусу циліндричної форми; - електродів, розташованих співвісно вздовж корпусу, причому анод виконаний у вигляді прямого циліндра, а катод, виконаний у вигляді спіралі, оточує анод; - штуцера для підводу води в нижній частині корпусу; - штуцера для відводу води у верхній частині корпусу; - пристрою для відводу газів; - струмопідводу. Відмінними від прототипу ознаками є: - наявність пристрою для відводу газів; виконання - корпусу циліндричної форми; - анода у вигляді прямого циліндра; - катода у вигляді спіралі; та розташування анода так, що його оточує катод. Така конструкція дозволяє: - значно збільшити якість очистки води від ціанідів, родонітів та подібних речовин; - збільшити екологічну безпеку пристрою (не забруднювати повітря газами, що утворюються при очищенні промислових стічних вод); - отримувати суміш газів, з якої можливо виділяти гази для промислових потреб (при нейтралізації ціанідів і родонітів - СІ2, НСІ, N2, СОг, Н2, Ог). На Фіг.1 зображено схему запропонованого пристрою для електрохімічної обробки води. Конструкція запропонованого пристрою для електрохімічної обробки води містить: корпус 1, анод 2, катод 3, штуцер для підводу води 4, штуцер для відводу води 5, пристрій для відводу газів 6, струмопідвід 7. У корпусі 1 коаксіальне вертикально розташовані анод 2, виконаний у вигляді прямого циліндра, та катод 3, виконаний у вигляді спіралі. Анод 2 розташований коаксіальне корпусу 1, його оточує катод 3, встановлений з мінімальним зазором у корпус 1. Штуцер для відводу води 5 встановлено так, що при роботі пристрою він повинен бути повністю покритий водою для запобігання потраплянню газів у повітря. Над корпусом 1 закріплено герметичне пристрій для відводу газів 6, який виконує роль кришки корпусу 1. Струмопідвід 7 виводить контакти електродів 2, 3 назовні, не порушуючи герметизації пристрою. Корпус 1 може бути виконаний з будь-якого діелектричного матеріалу, що не руйнується струмом та продуктами реакцій у пристрої. Анод 2 виконаний з матеріалів, стійких у кислому й окисному середовищі - графіту, титану, що покритий шаром дорогоцінних металів або оксидів металів перемінної валентності. Катод 3 може бути виконаний з матеріалів, стійких у лужному середовищі (нержавіюча сталь, титан чи інші матеріали). Пристрій для відводу газів 6 має форму усіченого конуса. Більша основа пристрою для відводу газів герметичне з'єднана з корпусом. Менша його основа з'єднана з вивідною трубою, через яку гази відводяться для подальшого їх використання або утилізації. Пристрій для відводу газів може бути виконаний з будь-якого матеріалу, що не руйнується газами, які утворюються, і має герметичні властивості (скло, пластик та інші). Система працює таким чином: промислова стічна вода потрапляє через штуцер 4 до пристрою електрохімічної очистки води, де проходить у міжелектродному просторі (між анодом 2 та катодом 3) та очищується за рахунок електролізу і хімічних реакцій. Напругу на електродах вибирають у межах 36В-380В, відповідно до необхідної сили струму. 9300 Силу струму регулюють відповідно до необхідної якості очистки, кількості доданого хлориду натрію в разі його додавання, необхідного часу очистки та швидкості потоку стічних вод. Також регулюють рН промислових стічних вод відповідно до забруднювачів. У разі очищення води від ціанідів рН не впливає на якість очистки, в разі очищення води від родонітів його проводять підтримуючи низьке значення рН2-4. Промислові стічні води, що містять ціаніди (CNn[Me]), дисоціюють на іони nCN" та [Ме]+. Концентрація іонів CN" коливається в межах 10бООмг/л, однак у середньому вона дорівнює бОмг/л. При цьому очищення відбувається за такою схемою: CN"+2OH"-2e-»CNO"+H2O a) CNO'+2H 2 O^CO 3 2 '+NH 4 + b) 2CNO"+4OH"-6e^2CO2 f +N 2 f +2H2O Побічні реакції на електродах: 1) На катоді 2Н 2 О+2е^Н 2 1+2OH' 2Н 3 О+2е^Н 2 1+2H 2 O 2) На аноді 6Н 2 О-4е^О 2 1+4Н 3 О + 4ОН"-4е^О 2 1+2H 2 O Для інтенсифікації очистки до води додають хлорид натрію (NaCI). При цьому NaCI дисоціює на іони Na та СІ, тому збільшується електропровідність розчину, що очищують. Очищення в присутності іонів хлору відбувається за такою схемою: 2СГ-2е-»СІ2 При цьому здійснюється часткове виділення молекулярного хлору. a) CN+CI2+2OH"-*CNO"+2CI'+H2O 2CNO"+3CI2+4OH"-*2CO21+N21+6СГ+2Н2О b) CI2+H2O->HOCI+HCI HOCI+OH"^H2O+CIO" CN"+OCI-*CNO'+Cr 2CNO"+2H2O+4OCr-»2CO2T+N2 f +4OH"+4CI" Очищена вода відводиться через штуцер 5, а утворені гази - через пристрій для відводу газів 6. Штуцер для відводу води 5 встановлено так, що при роботі пристрою він повинен бути повністю покритий водою для запобігання потраплянню газів у повітря. Перед подачею до пристрою для електрохімічної обробки води швидкість потоку води повинна бути відрегульована. Швидкість потоку залежить від таких параметрів: - забруднювача та його концентрації; - необхідної якості очистки води; - часу очистки; - наявності каталізатора. Наведені рівняння хімічних реакцій демонструють те, що реакції протікають інтенсивніше 6 біля анода. Біля катода протікають лише реакції розпаду води. Під час очистки також виділяється велика кількість газів, які шкідливі для екологічної системи (СІ2, НСІ, N 2 , CO2), однак їх можна використати в промисловості. Розташування анода 2 в центрі корпусу 1 дозволяє значно знизити силу струму, запобігти розпаду води, значно знизити енергетичні витрати. Очищена вода містить до 200мг/л активного вільного хлору. Після додаткової нейтралізації воду можна використовувати в системі оберненого водопостачання підприємства. Приклад конкретного виконання пристрою для електрохімічної очистки води. Корпус виконаний з пластика. Він має циліндричну форму з внутрішнім діаметром 0,2±0,005м. Висота корпусу 2±0,05м. Анод виконаний у вигляді прямого циліндра діаметром 0,05±0,002м із графіту і встановлений у центрі співвісно корпусу. Довжина анода 2±0,05м. Катод виконаний з дроту із нержавіючої сталі, який має форму спіралі З кроком 0,1±0,005м, діаметром 0,005±0,0005м. Між корпусом та катодом існує зазор до 0,005м. Висота катода 2±0,05м. Пристрій для відводу газів має форму усіченого конуса. Більша основа герметичне з'єднана з корпусом і має відповідно внутрішній діаметр 0,2±0,005м. Менша основа з'єднана з вивідною трубою, через яку гази відводяться для подальшого їх використання і має внутрішній діаметр 0,05±0,005м. Висота циліндра 0,5±0,05м. Пристрій виконаний з пластика. Необхідна подача струму при додаванні хлориду натрію: напруга U=36B±6B; сила струму 1=10-15А. Така конструкція при швидкості потоку води через пристрій для електрохімічної очистки води 0,001 ±0,0002м/с може повністю очистити воду від ціанідів із середньою концентрацією останніх 60±10мг/л за 60±5сек. Таким чином, переваги запропонованого пристрою для електрохімічної обробки води, у порівнянні з відомим, полягають у такому: використання запропонованого пристрою забезпечує підвищену ступінь очистки води від ціанідів, родонітів та подібних речовин, збільшує екологічну безпеку пристрою, а також дозволяє використовувати або утилізувати суміш газів, що утворились при очищенні. Пристрій характеризується простотою виготовлення і відсутністю трудомістких операцій при зборці і монтажі. 9390 Фіг. 1 Комп'ютерна верстка А. Крижанівський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601