Устройство для электрохимического обеззараживания жидкости

 

Изобретение относится к технике обеззараживания жидкости от патогенных микроорганизмов и может найти применение в процессах водоподготовки, очистке промышленных и бытовых стоков. Устройство выполнено в виде блока электродов, состоящего из токопроводящих сетчатых электродов и диэлектрического материала. Блок электродов состоит не менее чем из трех сетчатых электродов, расположенных поперек направления потока обрабатываемой жидкости и собран при помощи диэлектрических стяжек, центрирующих отверстия сетчатых электродов между собой и образующих за счет этого проходные каналы для протекания обрабатываемой жидкости. Диэлектрический материал расположен между каждыми соседними сетчатыми электродами. Диэлектрический материал выполнен из фторопласта в виде моноволокна (скрученных или переплетенных волокон) и проходит по вертикали через отверстия каждого второго (четного) сетчатого электрода, располагаясь с обеих сторон, то с одной, то с другой стороны каждого второго сетчатого электрода попеременно. Технический эффект – небольшое гидравлическое сопротивление обрабатываемой жидкости, постоянство скорости потока обрабатываемой жидкости через проходные каналы блока сетчатых электродов, обеспечение качественного обеззараживания жидкости от патогенных микроорганизмов при минимальных значениях плотности тока и удельного расхода электроэнергии. 13 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике обеззараживания жидкости от патогенных микроорганизмов и может найти применение в процессах водоподготовки, очистки промышленных и бытовых стоков.

Известны способы и устройства для электрохимического обеззараживания жидкостей при протекании постоянного электрического тока с периодической переполюсовкой электродов при градиентах напряженности электрического поля. Данные устройства состоят из цилиндрического корпуса и коаксиально расположенных в нем электродов с покрытиями из благородных металлов, подключенных к разным полюсам источника тока. Такие устройства не позволяют эффективно проводить обеззараживание воды в связи с малой поверхностью электродов, что приводит к необходимости подавать на электроды высокое напряжение для достижения необходимых величин тока, протекающего через воду, либо требует увеличения линейных размеров аппаратов.

Наиболее близким по своему техническому решению является устройство для обеззараживания воды (Патент Российской Федерации №2069187, МПК⁶ С 02 F 1/467, 1996). Это устройство и было принято в качестве прототипа. Данное устройство состоит из трубы, внутри которой установлены анод и катод, разделенные диэлектриком, причем анод, катод и диэлектрик выполнены в виде свернутых в рулон гибких сеток с диаметром рулона, равным внутреннему диаметру трубы, а расстояние между катодом и анодом равно толщине сетки из диэлектрического материала.

Это устройство позволяет максимально развить поверхность электродов и снизить за счет этого омические потери энергии в обрабатываемой жидкости, однако при эксплуатации его резко повышается гидравлическое сопротивление и, в конечном итоге, происходит полное блокирование потока жидкости при зарастании электродного блока продуктами электролиза.

Кроме того, газообразные продукты электролиза накапливаются в зазорах сеток, в верхней части устройства и соответственно снижают эффективность его работы. К недостаткам конструкции данного устройства следует отнести также и то, что оно работоспособно только при создании на входе в устройство достаточного избыточного давления, что не позволяет обеззараживать безнапорные потоки воды в каналах и лотках.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы обеззараживающего электрохимического устройства, времени его жизни и обеспечении стабильных показателей процесса обеззараживания, а также снижение потребления электроэнергии.

Указанный технический результат достигается путем использования в качестве обеззараживающих устройств, блоков сетчатых электродов, перекрывающих все сечение потока обрабатываемой жидкости, причем каждый сетчатый электрод расположен перпендикулярно относительно направления потока обрабатываемой жидкости, и при пропускании через эти блоки постоянного электрического тока с чередованием прямой и обратной полярности и создании, по ходу течения жидкости, градиента напряженности электрического поля.

Сущностью заявленного изобретения является устройство для электрохимического обеззараживания жидкости, выполненное в виде блока электродов, состоящего из токопроводящих сетчатых электродов и диэлектрического материала, при этом блок электродов состоит не менее чем из трех сетчатых электродов, расположенных поперек направления потока обрабатываемой жидкости и собран при помощи диэлектрических стяжек, центрирующих отверстия сетчатых электродов между собой и образующих за счет этого проходные каналы для протекания обрабатываемой жидкости, а диэлектрический материал расположен между каждыми сетчатыми электродами.

Сетчатые токопроводящие электроды выполнены из электрохимически стойких токопроводящих материалов, например титан с покрытиями из благородных металлов, и соединены последовательно.

Предлагаемое техническое решение позволяет снизить потери электрической энергии на преодоление омического сопротивления обрабатываемой жидкости за счет создания минимально возможного и постоянного межэлектродного расстояния, а также повысить качество обеззараживающей обработки за счет стабильности временного режима протекания воды в проходных каналах. Такое конструктивное решение позволяет также регулировать качество обеззараживания путем изменения скорости протока воды через электродный блок, при этом гидравлическое сопротивление, создаваемое предложенной конструкцией электродного блока, будет минимальным и будет определяться сечением отверстий сетчатого электрода, что позволяет проводить процесс обеззараживания непосредственно в лотках или каналах. Повышение эффективности работы устройства будет также достигнуто и за счет свободного удаления газообразных продуктов электролиза струями жидкости, проходящими через блок сетчатых электродов. Переполюсовка всех электродов в блоке при смене полярности на крайних токопроводящих электродах позволяет удалять с поверхности сетчатых электродов, образующиеся в процессе электролиза, твердые отложения и продлить за счет этого время непрерывной работы блока.

На чертеже представлена схема устройства для электрохимического обеззараживания жидкости. Устройство представляет собой перекрывающий все проходное сечение потока обрабатываемой жидкости в лотке 1 блок сетчатых токопроводящих электродов 2, в котором через отверстия каждого второго сетчатого электрода 2 проходит волокнообразный диэлектрический материал 3, который расположен с обеих сторон каждого второго (четвертого) сетчатого электрода 2 и предохраняет его от короткого замыкания с каждым соседним (нечетным) сетчатым электродом 2, причем волокнообразный диэлектрический материал расположен попеременно, то с одной, то с другой стороны каждого второго (четного) сетчатого электрода 2. Все токопроводящие сетчатые электроды 2 собраны в единый блок при помощи диэлектрических стяжек 4, которые центрируют отверстия всех сеток между собой и образуют проходные каналы 5, причем длина каждого проходного канала 5 для обработки жидкости больше максимального линейного размера отверстия сетчатого электрода 2.

Отверстия сетчатых электродов 2 могут быть ромбовидными, квадратными и максимальный линейный размер отверстия определяется максимальным расстоянием между точками на внутренней поверхности одного отверстия. В качестве диэлектрического материала 3 используется фторопласт - волокнообразный фторопластовый диэлектрический материал 3, который проходит через отверстия каждого второго сетчатого электрода 2 по вертикали. В устройстве можно использовать волокнообразный диэлектрический материал 3, выполненный моноволокном, но также возможно использование диэлектрического материала 3 из скрученных или переплетенных волокон.

Устройство для электрохимического обеззараживания жидкости работает следующим образом. Электродный блок устанавливается перпендикулярно направлению потока жидкости как в открытых лотках, так и в трубопроводах. На крайние сетчатые токопроводящие электроды 2 подается напряжение от источника постоянного тока. Поток жидкости протекает через блок электродов 2, равномерно распределяется по проходным каналам блока 5 и за время пребывания в этих каналах 5 подвергается обеззараживанию. Это происходит как за счет выделяющихся на электродах продуктов электролиза, так и за счет воздействия на патогенные микроорганизмы электрического поля.

Устройство имеет небольшое гидравлическое сопротивление обрабатываемой жидкости, постоянство скорости потока обрабатываемой жидкости через проходные каналы блока сетчатых электродов и обеспечивает качественное обеззараживание жидкости от патогенных микроорганизмов при минимальных значениях плотности тока и удельного расхода электроэнергии.

Пример. Устройство для электрохимического обеззараживания воды было изготовлено из титановой сетки, покрытой платиной (толщина покрытия 2,5 мкм), всего в наборе было 5 сетчатых электродов квадратного сечения с линейными размерами 50×50 мм. Второй и четвертый электроды были прошнурованы фторопластовой нитью диаметром 0,5 мм. Все электроды в единый блок были собраны при помощи фторопластовых стяжек ромбовидного сечения, соответствующего размерам одной ячейки титановой сетки. Блок электродов помещался в лоток, у которого ширина и высота сливного порога соответствовали размерам электродов таким образом, чтобы он полностью перекрывал весь поток жидкости и был перпендикулярен направлению потока. Вода насосом с регулируемой производительностью подавалась в лоток и, проходя через электродный блок, самотеком удалялась через сливной порог. Для проверки обеззараживания на установку направлялась вода после Правобережных очистных сооружений г. Воронеж и г. Углич, отобранная до подачи в нее хлора. Обеззараживание осуществлялось при напряжении 27,5 В и плотности тока 500 А/м² (ток, протекающий через электролизер, 1,25 А). Поток воды изменяли от 50 до 400 л/ч.

Анализ качества очищенной воды показал высокую степень обеззараживания по общепринятым показателям ОМЧ, коли-индекс, коли-титр. Получены следующие результаты по обеззараживанию воды от кишечной палочки:

В исходной воде 1500000

При потоке 400 л/ч 125000

При потоке 200 л/ч 2500

При потоке 100 л/ч 0

При потоке 50 л/ч 0

Удельный расход электроэнергии на полное обеззараживание воды составляет 0,25-0,3 кВт·ч/м³, что более чем на порядок меньше, чем в прототипе (при мощности потока 16,8 Вт на 3,3 л/ч, что соответствует удельному расходу электроэнергии 5 кВт·ч/м³).

Формула изобретения

1. Устройство для электрохимического обеззараживания жидкости, выполненное в виде блока электродов, состоящего из токопроводящих сетчатых электродов и диэлектрического материала, отличающееся тем, что блок электродов состоит не менее чем из трех сетчатых электродов, расположенных поперек направления потока обрабатываемой жидкости и собран при помощи диэлектрических стяжек, центрирующих отверстия сетчатых электродов между собой и образующих за счет этого проходные каналы для протекания обрабатываемой жидкости, а диэлектрический материал расположен между каждыми сетчатыми электродами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сетчатые электроды соединены последовательно.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина проходного канала для обработки жидкости больше максимального линейного размера отверстия сетчатого электрода.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия сетчатого электрода выполнены квадратными.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия сетчатого электрода выполнены ромбовидными.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что через отверстия каждого второго сетчатого электрода проходит волокнообразный диэлектрический материал, который расположен с обеих сторон каждого второго сетчатого электрода и предохраняет его от короткого замыкания с каждым соседним сетчатым электродом.

7. Устройство по пп.1 и 6, отличающееся тем, что волокнообразный диэлектрический материал расположен попеременно, то с одной, то с другой стороны каждого второго сетчатого электрода.

8. Устройство по пп.1, 6 и 7, отличающееся тем, что волокнообразный диэлектрический материал проходит через отверстия каждого второго сетчатого электрода по вертикали.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве диэлектрического материала используется фторопласт.

10. Устройство по пп.1 и 6, отличающееся тем, что волокнообразный материал выполнен моноволокном.

11. Устройство по пп.1 и 6, отличающееся тем, что волокнообразный материал состоит из скрученных волокон.

12. Устройство по пп.1 и 6, отличающееся тем, что волокнообразный материал состоит из переплетенных волокон.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый сетчатый электрод расположен перпендикулярно относительно направления потока обрабатываемой жидкости.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сетчатые электрода перекрывают все сечение потока обрабатываемой жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1