Спосіб електрохімічного зм’якшення води

Реферат: Спосіб електрохімічного зм'якшення води включає її обробку в анодній та катодній камері діафрагмового електролізера з пористою діафрагмою, роздільне відведення аноліту і католіту, фільтрування католіту та його змішування з анолітом. Вода подається в анодну камеру електролізера і частина її направляється через пористу діафрагму в катодну камеру. UA 117603 U (54) СПОСІБ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО ЗМ'ЯКШЕННЯ ВОДИ UA 117603 U UA 117603 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів електрохімічного зм'якшення води і може бути використана для вилучення солей жорсткості з води, що подається на технологічні та інші потреби або як попередня стадія водопідготовки перед зм'якшенням жорсткої води на іонообмінних фільтрах. Відомий спосіб реагентного зм'якшення води, що включає введення у воду лугу, соди, вапна та інших хімічних речовин. Іони кальцію та магнію зв'язуються у малорозчинні сполуки, після чого вода подається на освітлювачі та фільтри для вилучення утвореного осаду. Однак в цьому випадку вода вторинно забруднюється сторонніми іонами, що негативно впливає на її якість. Окрім того, пом'якшена вода потребує стабілізації для попередження карбонатних відкладень та її знезараження перед подачею споживачеві [1]. Відомий спосіб іонообмінного зм'якшення води на катіонітових фільтрах [2]. Цей спосіб дозволяє забезпечити більш глибоке зм'якшення води. Однак недоліком його є вторинне забруднення води іонами натрію і необхідність її знезараження перед подачею споживачеві. Відомий спосіб електрохімічного зм'якшення води та пристрій для його здійснення [3]. Спосіб полягає в тому, що вода подається в катодну камеру діафрагмового електролізера з іонообмінною мембраною, заповненою завислим шаром іоніту, відводиться з нього на фільтр і далі проходить у анодній камері електролізера. Даний спосіб дозволяє забезпечити високу якість зм'якшення, оскільки катодна камера заповнена катіонітом, що рівнозначно очищенню води на катіонітових фільтрах. Недоліком даного способу є значна складність процесу. Це пояснюються тим, що під час електрохімічної обробки води в катодній камері у катіонітовій засипці та на суцільній іонітовій мембрані осаджуються солі жорсткості, що потребує складного процесу їх промивання. Окрім того окислювальні гази, що виділяються на аноді та домішки, що є у вхідній воді, отруюють мембрану, внаслідок чого вона втрачає іонообмінні властивості і потребує періодичної заміни. Найбільш близьким до технічного рішення, що пропонується, є спосіб електрохімічного зм'якшення води в діафрагмовому електролізері, що включає подачу води в анодну та катодну камери, роздільне відведення католіту і аноліту, відстоювання католіту та змішування з анолітом [4]. Цей спосіб дозволяє спростити процес зм'якшення, виключити використання хімічних реагентів та вторинне забруднення очищеної води сторонніми іонами. Однак при застосуванні цього способу очищена вода практично не знезаражується, оскільки основний потік води протікає в катодній камері, де відбуваються відновлювальні процеси на катоді з виділенням газоподібного відновника - водню з відповідним зниженням окисновідновного потенціалу. Окрім того, підчас електролізу в катодній камері утворюються малорозчинні продукти солей жорсткості, які внаслідок переносу під дією електричного струму осідають у порах діафрагми. В результаті збільшується її опір протіканню струму, що призводить до підвищення напруги електролізу і відповідно витрати електроенергії на зм'якшення води. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності процесу електрохімічного зм'якшення води. Поставлена задача вирішується тим, що у способі електрохімічного зм'якшення води, що включає її обробку в анодній та катодній камері діафрагмового електролізера з пористою діафрагмою, роздільне відведення аноліту і католіту, фільтрування католіту та його змішування з анолітом, вхідна вода подається в анодну камеру електролізера і частина її направляється через пористу діафрагму в катодну камеру. При цьому частина води, яка направляється через пористу діафрагму із анодної камери в катодну, складає 85-90 % від всього об'єму вхідної води, а анод діафрагмового електролізера виготовляється з інертного матеріалу. Оскільки вода подається в анодну камеру діафрагмового електролізера, де на інертному аноді виділяються газоподібні кисень і хлор, що мають окиснювальну дію, то весь потік води повністю підкислюється і знезаражується. Крім того, внаслідок перетікання більшої частини підкисленої води через пори діафрагми в катодну камеру попереджається осадження солей жорсткості на діафрагмі. Оскільки з катодної камери відводиться католіт у кількості 85-90 % від загальної кількості вхідної води, то відбувається процес практично повного осадження солей жорсткості у всьому потоці вхідної води. Використання анода із інертного матеріалу дозволяє забезпечити високий вихід за струмом газоподібних кисню та хлору і ефективне знезараження води. Даний спосіб здійснюється таким чином. Вода подається в анодну камеру діафрагмового електролізера, відділеної від катодної камери пористою діафрагмою. Під дією постійного електричного струму на інертному аноді протікає розряд іонів хлору та молекул води з виділенням газоподібних хлору та кисню, які розчиняючись у воді окислюють бактеріальні забруднення. 1 UA 117603 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Основна частина води у кількості 85-90 % від загальної кількості направляється через пористу діафрагму в катодну камеру, де внаслідок відновлення молекул води з виділенням газоподібного водню і утворенням гідроксильних іонів відбувається підлужування католіту. Внаслідок цього процесу рН католіту підвищується до 11,2-11,8 од. В лужному середовищі протікає процес осадження іонів магнію у вигляді гідроксидів, а також зсув вуглекислотної рівноваги з переходом гідрокарбонатних аніонів в карбонатні, які реагують з іонами кальцію з утворенням малорозчинного карбонату кальцію. Внаслідок того, що з анодної камери відводиться незначна кількість води, що складає 1015 % від всього об'єму вхідної води, то тривалість перебування аноліту в анодній камері в 8-9 разів більша, ніж католіту в катодній камері. Внаслідок цього під дією електричного струму іони кальцію і магнію мігрують з аноліту в катодну камеру, де осаджуються у потоці лужного католіту. Католіт відводиться з катодної камери, далі для вилучення осаду малорозчинних сполук магнію та кальцію подається в освітлювач і на фільтр, після чого очищений католіт змішується з кислим анолітом, який відводиться з анодної камери. Внаслідок цього рН запільного потоку обробленої води зменшується на 0,3-0,5 од., що дозволяє провести стабілізацію зм'якшеної води. Регулювання співвідношення потоків католіту та аноліту, які відводяться з електродних камер, відбувається за допомогою спеціальних пристроїв, розміщених на виході води з електродних камер. При зменшенні кількості аноліту менше 10-15 % відбувається погіршення якості зм'якшеної води внаслідок того, що в анодній камері утворюється значний надлишок водневих іонів, які мігрують через діафрагму в катодну камеру, де реагують з гідроксильними іонами, що зменшує ступінь утворення малорозчинних солей магнію та кальцію. Використання анодів з інертних матеріалів запобігає його іонізації і забезпечує високий вихід за струмом газоподібних окисників кисню та хлору та попереджує забруднення зм'якшеної води продуктами розчинення анода. Таким чином, запропоноване технічне рішення має суттєві відмінності від відомих способів електрохімічного зм'якшень я води. Так, у запропонованому способі подача води в анодну камеру діафрагмового електролізера дозволяє забезпечити процес знезараження всього потоку вхідної води. Внаслідок перетікання основної кількості води через пористу діафрагму в катодну камеру попереджається кольматація пор діафрагми, що сприяє високій ефективності осадження малорозчинних солей жорсткості. Обробка в анодній камері малої кількості води (19-15 % від загальної кількості) забезпечує міграцію іонів кальцію і магнію з аноліту в католіт через діафрагму і очищення аноліту від солей жорсткості. Використання анода з інертного матеріалу забезпечує стабільність електрохімічних процесів зм'якшення воли в електролізері. В підсумку запропонований спосіб дозволяє одержати новий якісний результат - підвищити ефективність електрохімічного зм'якшення води. Крім того, запропонований спосіб має ряд технологічних переваг перед відомими способами зм'якшення води, оскільки відпадає потреба в застосуванні небезпечних реагентів для осадження солей жорсткості та регулювання рН води. Також спрощується обслуговування діафрагмового електролізера та регулювання процесу електрохімічної обробки води, яке полягає тільки в зміні сили струму в залежності від концентрації солей жорсткості для отримання необхідного ефекту зм'якшення. Джерела інформації: 1. ДБН В.2.5-74-2013 Водопостачання зовнішні мережі та споруди Основні положення проектування. 2. Водоподготовка и водный режим энергоблоков низкого и высокого давления: справочник / Ю.М. Кострикин, Н.А. Медерский, О.В. Коровина. - М: Энергоатомиздат, 1990.-512 с. 3. Патент РФ RU 2064818. Способ электрохимического умягчения воды и устройство для его осуществления. Авторы: Заболоцкий В. И., Цаплин И. И., Мягков В. А. Опубл. 10.08.1996. 4. Авторское свидетельство СССР SU 814881. Электрохимический способ умягчения воды. Авторы: Филипчук В.Л., Рогов В.М. Опубл. 25.03.1981, бюллетень № 11 (прототип). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Спосіб електрохімічного зм'якшення води, що включає її обробку в анодній та катодній камері діафрагмового електролізера з пористою діафрагмою, роздільне відведення аноліту і католіту, фільтрування католіту та його змішування з анолітом, який відрізняється тим, що вода подається в анодну камеру електролізера і частина її направляється через пористу діафрагму в катодну камеру. 2 UA 117603 U 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що частина води, яка направляється через пористу діафрагму в катодну камеру, складає 85-90 % від всього об'єму вхідної води. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як анод діафрагмового електролізера використано інертний матеріал. 5 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3