Способ обработки питьевой воды и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к обработке воды с целью получения чистой питьевой воды электрохимическими методами и может быть также использовано как для обработки и обеззараживания воды, так и для очистки сточных вод перед их сбросом в водоемы. Способ обработки питьевой воды включающей добавление в воду хлорсодержащего реагента. В качестве хлорсодержащего реагента используют хлор, полученный электролизом раствора хлорида щелочного металла в анодной камере электролизера с диафрагмой из инертного материала. Газообразный электролитический хлор из анодной камеры эжектируют обрабатываемой водой, и в полученную хлорированную воду дополнительно вводят раствор гидроксида щелочного металла (раствор электролитической щелочи), нарабатываемый в катодной камере этого же электролизера с диафрагмой. Обрабатываемую воду подают с расходом потока 10 - 1000 л/ч на каждый ампер токовой нагрузки на электролизере. Электролиз ведут при анодной плотности тока 0,5 - 4,5 кА/м². 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к обработке воды с целью получения чистой питьевой воды электрохимическими методами и может быть использовано как для обработки и обеззараживания воды, так и для очистки сточных вод перед их сбросом в водоемы.

Известен способ консервирования питьевой воды путем ее электролиза. Перед электролизом в воду вводят бикарбонат натрия (двууглекислую соду) до достижения рН 8,3, и процесс ведут в герметичной анодной камере двухкамерного мембранного электролизера с нерастворимыми электродами и катионообменной мембраной до достижения в обрабатываемой воде показателя рН 2 не менее 30 [1] Недостатки известного способа наличие емкостей для приготовления и хранения бикарбоната натрия, введение в обрабатываемую воду дополнительного реагента соды, даже при очень большой степени ее очистки, все равно приводит к загрязнению воды дополнительными примесями.

Наиболее близким к заявленному способу является способ обработки воды, включающий добавление хлорсодержащего реагента с последующей обработкой в электролизере. В качестве реагента используют хлорамин Б. Обработку ведут при анодной плотности тока 1,25-1,5 кА/м² и линейной скорости протока обеззараживаемой воды 0,5-1,0 см/с, что соответствует расходу потока обрабатываемой воды в электролизере прямоугольного сечения примерно 14,4-28,8 л/(А*ч).

Наиболее близким устройством для обработки воды является устройство, включающее корпус, в котором размещены растворимые электроды из нержавеющей стали, патрубки для ввода и вывода воды [2] Недостаток известного способа наличие реагента, который необходимо вводить в обрабатываемую воду перед электролизом. Дорогостоящий хлорсодержащий реагент имеет ограниченное время хранения из-за самопроизвольного разложения с потерей активного хлора, что затрудняет использование этого способа в отдаленных районах и регионах с жарким климатом. Необходимость проведения процесса с растворимыми электродами приводит к дополнительному загрязнению воды ионами металлов. Низкая линейная скорость обрабатываемой воды, связанная с механизмом обеззараживания в известном способе делает этот способ и устройство для его реализации малопроизводительными, что особенно важно при обработке больших объемов воды.

Для устранения указанных недостатков предложен способ обработки питьевой воды, включающий добавление в воду хлорсодержащего реагента. В качестве хлорсодержащего реагента используют хлор, полученный электролизом раствора хлорида щелочного металла в анодной камере электролизера с диафрагмой из инертного материала. Газообразный электролитический хлор из анодной камеры эжектируют обрабатываемой водой, и в полученную хлорированную воду дополнительно вводят раствор гидроксида щелочного металла (раствор электролитической щелочи), нарабатываемый в катодной камере этого же электролизера с диафрагмой, при этом обрабатываемую воду подают с расходом потока 10-1000 л/ч на каждый ампер токовой нагрузки на электролизере, а электролиз ведут при анодной плотности тока 0,5-4,5 кА/м².

Предложено устройство для обработки питьевой воды, в котором может быть осуществлен указанный способ.

На чертеже схематично представлено предложенное устройство, вид сверху.

Устройство содержит герметичный корпус 1, в котором размещены нерастворимые электроды: анод 2 и катод 3, разделенные фильтрующей диафрагмой 4 из инертного материала с образованием анодной 5 и катодной 6 камер. Устройство дополнительно снабжено тремя камерами, две из которых 7 и 8 имеют общую перегородку с анодной камерой, а третья 9 с катодной камерой. Дополнительная камера 7 со стороны анода снабжена патрубком 10 для подачи обрабатываемой воды, соединенным с эжектором 11 для вакуумирования хлора из анодной камеры, патрубком 12 для вывода хлорированной воды и имеет канал 13 ниже уровня жидкости для сообщения с дополнительной камерой 8 со стороны анода. Камера 8 заполнена твердым хлоридом щелочного металла и имеет канал 14 в перегородке с анодной камерой для подачи насыщенного раствора хлорида натрия в анодную камеру. Дополнительная камера 9 со стороны катода снабжена патрубком 15 для подачи хлорированной воды и патрубком 16 для вывода обработанной воды и имеет в перегородке с катодной камерой канал 17 для ввода раствора гидроксида щелочного металла.

Предложенное устройство работает следующим образом. В дополнительную камеру 7 загружают твердый хлорид щелочного металла, например хлорид натрия. По патрубку 10 начинают подачу обрабатываемой воды и по мере заполнения устройства водой на электроды 2 и 3 подают электрический ток. Часть потока обрабатываемой воды поступает по каналу 13 в камеру 7, в которой происходит растворение соли. Насыщенный рассол по каналу 14 из камеры 7 поступает в анодную камеру 5, в которой на аноде 2 генерируется электролитический газообразный хлор. Хлор с помощью потока обрабатываемой воды через эжектор 11 поступает в камеру 8, в которой происходит смешивание газообразного хлора и воды. Хлорированная вода из камеры 8 через патрубок 10 и трубопровод поступает в камеру 9 (через патрубок 15). Электролит из анодной камеры 5 фильтруется через диафрагму 4 в катодную камеру 6, в которой осуществляется наработка электролитической щелочи. Электролитическая щелочь перетекает по каналу 17 в камеру 9, в которой происходит смешение хлорированной воды и электролитической щелочи. Из камеры 9 через патрубок 16 выводят обработанную питьевую воду. В процессе работы в камеру 7 периодически (1 раз в 4-10 ч) добавляют твердый хлорид щелочного металла.

Обработка воды непосредственно электролитическим хлором позволяет обеспечить наиболее высокую степень обеззараживания воды. Последующее смешивание хлорированной воды с электролитической щелочью позволяет практически исключить проскоки газообразного хлора с обрабатываемой водой, а также перевести активный хлор, содержащийся в воде после выхода из камеры 8, в более устойчивую форму гипохлорит натрия, что обеспечивает высокий консервирующий эффект обработанной воды.

П р и м е р 1. Воду инфицируют тест-микроорганизмами с использованием односуточной культуры E.Coli (кишечная палочка) в концентрации (1,6±0,2) 10⁵ УЕ/л. Испытания проводят при летних значениях температуры воды (12-13^оС). Инфицированную воду с рН 7,8 обрабатывают в электролизере при расходе потока воды 800 л/ч на один ампер токовой нагрузки и при плотности тока 1,5 кА/м². В качестве анода используют титан, активированный металлоксидным покрытием (ОРТА); в качестве инертного материала для изготовления диафрагмы используют гидрофилизированные волокна фторополимера. После обработки в электролизере вода имеет следующие характеристики: рН 7,5; остаточное содержание активного хлора 9,2 мг/л; число модельных микроорганизмов, УЕ/л 0. Напряжение на электролизере составляет 3,6 В.

П р и м е р 2. Воду инфицируют тест-микроорганизмами, образующими споры, с использованием спор B.Cereus в концентрации (1,0±0,1) х 10⁵УЕ/л. Испытания проводят при летних значениях температуры воды (12-13^оС). Инфицированную воду с рН 9,0 обрабатывают в электролизере при расходе потока воды 10 л/ч на один ампер токовой нагрузки и при плотности тока 2,0 кА/м². Материалы электродов и диафрагмы аналогичны примеру 1. После обработки в электролизере вода имеет следующие характеристики: рН 6,6; остаточное содержание "активного" хлора 98 мг/л; число модельных микроорганизмов, УЕ/л 0. Напряжение на электролизере составляет 3,9 В.

Отбор проб исходной и обработанной воды, их микробиологический анализ, идентификацию микроорганизмов, учет и статистическую обработку результатов проводят в соответствии с ГОСТ 24849-81 "Вода питьевая. Полевые методы санитарно-микробиологического анализа".

Увеличение скорости потока обрабатываемой воды свыше 1000 л/ч на каждый ампер токовой нагрузки на электролизере не позволяет эффективно вести процесс обеззараживания воды (в воде остаются единичные жизнеспособные бактерии) и не удается обеспечить требуемую остаточную концентрацию активного хлора. Снижение расхода ниже 10 л/ч неоправданно с точки зрения снижения производительности устройства, в котором реализуется предлагаемый способ. Снижение рабочей анодной плотности тока меньше 0,5 кА/м² не позволяет обеспечить требуемую степень обеззараживания, что может быть связано с ухудшением качества генерируемого на аноде электролитического хлора за счет увеличения в нем доли кислорода. Увеличение плотности тока больше 4,5 кА/м² неоправданно из-за увеличения затрат электроэнергии на процесс обработки воды.

Предложенное изобретение по сравнению с известными позволяет исключить использование дорогостоящих хлорсодержащих реагентов, имеющих крайне ограниченный срок хранения, избежать допол- нительного загрязнения обрабатываемой воды продуктами разложения реагентов и разрушения электродов, повысить производительность устройства для обработки питьевой воды.

Формула изобретения

1. Способ обработки питьевой воды, включающий добавление в воду хлорсодержащего реагента, отличающийся тем, что в качестве хлорсодержащего реагента используют хлор, полученный электролизом раствора хлорида щелочного металла в анодной камере электролизера с диафрагмой из инертного материала, хлор из анодной камеры эжектируют обрабатываемой водой, а затем в воду дополнительно вводят раствор гидроксида щелочного металла, полученный в катодной камере этого же электролизера с диафрамой, при этом обрабатываемую воду подают с расходом потока 10 1000 л/ч на каждый 1 А токовой нагрузки на электролизере, а электролиз ведут при анодной плотности тока 0,5 4,5 кА/м².

2. Устройство для обработки питьевой воды, включающее корпус с размещенными в нем анодом и катодом, отличающееся тем, что между анодом и катодом размещена диафрагма из инертного материала с образованием анодной и катодной камер, устройство дополнительно снабжено тремя камерами, две из которых имеют общую перегородку с анодной камерой, а третья с катодной камерой, одна из дополнительных камер со стороны анода снабжена патрубком для подачи обрабатываемой воды, соединенным с эжектором для вакуумирования хлора из анодной камеры, патрубком для вывода хлорированной воды и имеет канал ниже уровня жидкости для сообщения с другой дополнительной камерой со стороны анода, в которой размещен твердый хлорид щелочного металла, и в перегородке, отделяющей ее от анодной камеры, выполнен канал для подачи насыщенного раствора хлорида натрия в анодную камеру, дополнительная камера со стороны катода снабжена патрубками для подачи хлорированной воды и вывода обработанной воды и имеет в перегородке с катодной камерой канал для ввода раствора гидроксида щелочного металла.

РИСУНКИ

Рисунок 1