Устройство для электрохимической очистки воды

Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки воды и может быть использовано в различных областях для очистки, обеззараживания и улучшения вкусовых и органолептических свойств воды. Устройство содержит трехкамерный мембранный проточный электролизер с отбором воды из средней камеры, фильтр грубой очистки на входе, среднюю камеру, которая отделена полупроницаемыми мембранами и находится между анодной и катодной камерами, не контактирует с электродами и имеет конструктивные элементы, которые формируют извилистый канал таким образом, что он приближается то к анодной, то к катодной мембранам поочередно. Крайние камеры не имеют входных отверстий, наполняются путем диффузии через мембраны и имеют только выходные патрубки, соответственно, из катодной и анодной камер. Технический эффект - упрощение устройства, повышение качества очищенной воды и улучшение вкусовых, органолептических и биоактивных свойств воды. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для электрохимической очистки воды и может быть использовано в различных областях для очистки, обеззараживания и улучшения вкусовых, органолептических и биоактивных свойств воды.

Для повышения степени очистки воды и ее качества использован метод многомембранного трехкамерного электролиза с одновременным насыщением воды ионами кремния и серебра. Полученная вода обладает улучшенными вкусовыми, органолептическими и биологически активными свойствами, полностью очищается от микробного загрязнения. По своим параметрам приближается к природной родниковой воде, обладает оздоровительным эффектом за счет содержания активных ионов кремния, серебра и фуллеренов из шунгита. Устройство позволяет одновременно с очисткой воды получать необходимые количества электроактивированных растворов «анолита» и «католита».

Известно, что соли и соединения, растворимые в воде, диссоциируют на катионы (положительно заряженные ионы) и анионы (отрицательно заряженные ионы), которые двигаются в электрическом поле к аноду или катоду соответственно. На этом принципе основана работа мембранных электролизеров, в которых жидкость разделяется на «анолит» и «католит». Молекулы нерастворимых примесей, в том числе все биологические суспензии и растворы белков имеют полярность или заряд, который заставляет их двигаться в водной среде в электрическом поле или к аноду, или к катоду. На этом принципе работают все методы электрофоретического разделения белков и биополимеров (электрофореза). Таким образом, если нам выделить «нейтральную» зону в электролизере, которую покинули и положительно заряженные частицы и ионы и отрицательно заряженные частицы и ионы, то в ней должна быть только вода с нейтральными или недиссоциированными молекулами, а поскольку таких примесей и молекул очень мало (практически нет), то вода будет обладать высокой степенью очистки. Поскольку во время очистки вода подвергается воздействию электрического поля, она становится электроактивированной, обладая преимуществами и «католита» и «анолита», при этом оставаясь нейтральной в отношении показателя pH.

Известно устройство для электрохимической обработки воды с целью ее очистки и регулирования кислотно-основных, окислительно-восстановительных свойств и каталитической активности для получения моющих и дезинфицирующих растворов: RU 2076847 C1, C02F 1/46 (1). Устройство состоит из электрохимической ячейки, выполненной в виде коаксиальных элементов - цилиндров и ультрафильтрационной диафрагмы, коаксиально расположенной между стержневым и цилиндрическим электродами. К недостаткам устройства следует отнести необходимость использования солевых растворов и устройства дозирования хлорида натрия в подаваемую воду.

Известно устройство, которое содержит как минимум две последовательно соединенные мембранные электрохимические ячейки, описанные ранее, через которые последовательно проходит очищаемая вода, при этом конструкция включает вихревую камеру и емкость с катализатором. (2) RU 2133223 C1, C02F 1/46. Устройство также может содержать флотатор, например, (3) RU 2096337, в котором происходит отделение загрязнений из очищаемой воды.

Недостатком известных установок является недостаточная степень очистки воды из-за конструктивной возможности смешивания очищаемого потока с продуктами электролиза и коагулянтом, как в катодной, так и в анодной камерах (по крайней мере в одной из них) происходит контактирование очищаемой воды с рабочими электродами - катодом или анодом (при этом предъявляются очень высокие требования к качеству электродов, к их покрытию и электрохимической стойкости, что значительно удорожает установку), из-за этого возникает необходимость дополнительного применения флотаторов, катализаторов, поглотителей или ионообменных смол для доочистки воды и отделения ее от загрязнений - продуктов электролиза воды, разложения электродов и коагулянтов.

Известны устройства активации жидкости «Аквадиск» силовыми полями для придания им полезных свойств (4. RU 2182122, C02F 1/48, C02F 103:04), недостатками являются ограниченный объем воды для обработки и отсутствие проточного режима и режима очистки воды от примесей.

Известен способ Скворцова и устройство для получения вещества-носителя биоактивного излучения (5. RU 2080132, A61N 1/16), в котором используется суспензия биологически активных лекарственных веществ, спектр которых переносится на структуру воды. Используется в фармакологии при производстве биоактивных препаратов. Недостатками таких устройств являются сложность конструкции, недостаточная степень структурирования носителя, так как источником является естественное фоновое поле и отсутствие функции очистки воды и ее электрохимической активации электрическими полями.

Известно также устройство трехкамерного диафрагменного электролизера, наиболее близкого к заявляемому (5) RU 2005125126, C02F 1/00), (прототип) но оно требует постоянного контроля состояния катодной диафрагмы, периодического опорожнения электролизера с включением обратного движения воды и регенерации катодной диафрагмы. Оно также обладает недостатками, присущими ранее описанным устройствам (1, 2, 3), так как очищаемая вода проходит под давлением через катодную камеру и непосредственно соприкасается с катодом, к которому должны предъявляться высокие требования к электрокоррозионной стойкости и нерастворимости. При этом происходит насыщение и загрязнение очищаемой воды продуктами катодного электролиза. Прототип также не имеет омагничивателя и вихревой камеры.

Целью данного изобретения является упрощение устройства для электрохимической очистки воды, повышение качества очищенной воды и улучшение вкусовых, органолептических и биоактивных свойств воды.

Данная цель реализована в предложенном устройстве путем использования на входе устройства фильтра грубой очистки, который служит для предварительного отделения крупных загрязнений, откуда вода подается только в среднюю камеру, из которой путем диффузии проникает в анодную и катодную камеры, разделяясь на три потока двумя полупроницаемыми мембранами. Крайние потоки ограничены анодом и катодом с обеих сторон, являются анодной и катодной проточными камерами соответственно и служат для получения электроактивированных растворов «анолита» и «католита». Через эти же каналы удаляются анодные и катодные газы и другие продукты электролиза. Очищаемый поток находится в средней части электролизера, который отделен с обеих сторон двумя полупроницаемыми мембранами как от анодной, так и от катодной камер. Этот канал служит для прохода очищаемой воды. В нем установлены магнитные элементы, которые омагничивают очищаемую воду и формируют извилистый поток таким образом, что он приближается то к анодной, то к катодной мембране поочередно. В соответствии со своей электрофоретической подвижностью практически все примеси и загрязнения проходят через полупроницаемые мембраны в анодную или катодную камеры, оставляя в среднем канале очищенную воду без примесей.

Постоянные магниты, вихревая камера и контейнер с биологически активным веществом служат для улучшения вкусовых, органолептических и биоактивных свойств воды.

Во всех камерах устройства организован непрерывный проточный режим, параметры которого могут регулироваться скоростью потока в каждой камере путем подключения запорных или ограничительных устройств на выходе.

Наличие в предложенном устройстве компонентов для насыщения очищенной воды ионами кремния и серебра позволяет увеличить полезность воды для организма и увеличить срок ее хранения после очистки. Включение в состав мембран вещества «шунгит» служит для насыщения воды фуллеренами, полезными для здоровья человека.

Совокупность всех заявленных признаков в предложенном устройстве электрохимической очистки воды обеспечивает реализацию поставленной цели.

Упрощение конструкции достигается за счет снижения требований к материалам и электрохимической стойкости электродов, т.к. электроды не контактируют непосредственно с очищаемой водой, продукты их разложения не попадают в очищаемый поток. Отсутствуют отверстия, патрубки и их уплотнения в нижней части анодной и катодной камер для входа воды, так как камеры заполняются через полупроницаемые мембраны. К качеству мембран также не предъявляются специальные требования по мелкодисперсности.

Устройство позволяет одновременно с очисткой воды получать необходимые количества электроактивированных растворов «анолита» и «католита», параметры которых могут меняться в широких пределах и регулироваться скоростью потока в каждой камере путем подключения запорных или ограничительных устройств на выходе.

Отсутствуют дополнительные ионообменники и флотационные камеры для отделения коагулянтов. Вихревая камера не используется для доочистки, а предназначена лишь для ускорения процесса. При закручивании в вихрь вода быстрее проходит через одинаковые отверстия, чем при ламинарном потоке.

Для насыщения очищаемой воды ионами кремния и серебра, эти металлы входят в состав пористой анодной мембраны или других конструкционных элементов устройства. При увеличении процента содержания кремния и серебра в материале мембраны более 1,0% предельно допустимая концентрация (ПДК) для этих металлов в очищаемой воде может быть превышена, что отрицательно отразится на здоровье человека при постоянном употреблении обработанной воды. При снижении концентрации указанных металлов в структуре мембраны ниже 0,01%, эффективность воды, прошедшей через устройство, практически не изменяется, что делает использование данных включений в структуру мембраны нецелесообразным (ПДК для серебра, свинца, железа, алюминия и ряда других металлов в воде составляет 0,05 мг/л, меди, хлоридов - 0,02 мг/л, цинка - 0,2 мг/л).

Пример 1. На фиг.1 приведена схема предложенного устройства для электрохимической очистки воды «ЖИВИТЕЛЬ» плоско-параллельной конструкции в виде параллелепипеда. Работает оно следующим образом. Через входной патрубок 1 в рабочий канал 11 поступает очищаемая вода. Рабочий канал 11 отделен мембранами от анодной 3 и катодной камер 9 и служит для прохода очищаемой воды. В этом канале установлены магнитные элементы, которые омагничивают очищаемую воду и формируют извилистый поток таким образом, что он приближается то к анодной 4, то к катодной мембране 10 поочередно. Анод и катод выполнены в виде металлических пластин в форме параллелограмма с соотношением сторон 1:1,618. Между анодом 2 и анодной полупроницаемой мембраной 4 проходит канал 3 для получения анолита и вывода анодных газов через анодный патрубок 5. Аналогично между катодом 8 и катодной полупроницаемой мембраной 10 имеется канал 9 для получения католита, который вместе с катодными газами выходит через катодный патрубок 7. Обе мембраны в своем составе содержат шунгит. Кроме того, анодная полупроницаемая мембрана 4 в своей структуре содержит 0,05% металлического кремния и 0,05% серебра от объема материала мембраны для насыщения очищенной воды. Через выходной патрубок, в котором вмонтирован завихритель и съемный контейнер, содержащий кристалл горного хрусталя 6, выходит очищенная вода, содержащая, в зависимости от скорости потока от 0,002 до 0,01 мг/л активных ионов кремния и серебра.

Полученная вода обладает улучшенными вкусовыми, органолептическими и биологически активными свойствами, полностью очищается от микробного загрязнения. По своим параметрам приближается к природной родниковой воде и обладает оздоровительным эффектом за счет содержания ионов серебра, кремния и фуллеренов из шунгита. Срок хранения воды при комнатной температуре (наблюдаемый) 3 месяца.

Пример 2. Устройство электрохимической очистки воды «Живитель-2», пирамидально-конусный вариант. Соотношение размеров: высота / основание равно 1,618, угол у вершины среднего конуса 104°27'±5°. В нижней части устройства предусмотрен фильтр для грубой очистки воды, камера содержит тангенциальные направляющие, организующие движение воды по спирали, специальные вставки (на схеме не показаны) приближают поток то к анодной, то к катодной мембране. В верхней части пирамиды находится завихритель, выполненный из сплава серебра, который помещен в область максимального поля магнита омагничивающего устройства. Выходной патрубок служит для выведения очищенной воды. На расстоянии 1/3 высоты в «фокусе» пирамиды находится контейнер, содержащий кристалл горного хрусталя. Контейнер можно заменить на другой, содержащий иные кристаллические или некристаллические вещества.

На фиг.2 показана схема предложенного устройства, которое состоит из следующих элементов:

1. Входной патрубок. 2. Анод. 4. Анодная полупроницаемая мембрана с содержанием кремния и шунгита. 5. Выход анолита. 6. Контейнер с кристаллом. 7. Выход католита. 8. Катод. 10. Катодная полупроницаемая мембрана с содержанием шунгита. 12. Выходной патрубок. 13. Омагничиватель. 14. Держатель кристалла. 15. Входной фильтр.

Из выходного патрубка 12 выходит очищенная вода, содержащая около 0,005 мг/л активных ионов кремния и следовых количеств серебра, по своим параметрам приближающаяся к природной родниковой воде и обладающая оздоровительным эффектом за счет содержания активных ионов кремния, серебра и фуллеренов из шунгита. Полученная вода обладает улучшенными вкусовыми, органолептическими и биологически активными свойствами и полностью очищается от микробного загрязнения.

Использованные источники

1. RU 2076847 C1, C02F 1/46.

2. RU 2133223 C1, C02F 1/46.

3. RU 2096337 C1, C02F 1/46.

4. RU 2182122, C02F 1/48, C02F 103:04.

5. 5. RU 2080132, A61N 1/16.

6. RU 2005125126, C02F 1/00 (прототип).

1. Устройство для электрохимической очистки воды, содержащее трехкамерный мембранный проточный электролизер с отбором воды из средней камеры, отличающееся тем, что на входе имеет фильтр грубой очистки, среднюю камеру, которая отделена полупроницаемыми мембранами и находится между анодной и катодной камерами, не контактирует с электродами и имеет конструктивные элементы, которые формируют извилистый канал таким образом, что он приближается то к анодной, то к катодной мембранам поочередно, а крайние камеры не имеют входных отверстий, наполняются путем диффузии через мембраны и имеют только выходные патрубки соответственно из катодной и анодной камер.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы, формирующие извилистый канал в средней камере, содержат постоянные магниты, расположенные в зоне потока очищаемой воды, которая находится под воздействием электрического поля устройства.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электролизер имеет форму пирамиды с возможностью движения воды по спирали от основания пирамиды к ее вершине.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полупроницаемая мембрана содержит от 0,01 до 1,0 об.% металлического кремния и серебра.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полупроницаемая мембрана содержит шунгит.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в вершине пирамиды расположены вихревая камера и магнит.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит контейнер с биологически активным веществом.