Способ электроопреснения воды и устройство для его реализации

Авторы патента:

C02F1/46 - Обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод (разделение вообще B01D; специальные устройства на судах для обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод, например для получения питьевой воды B63J; добавление к воде веществ для предотвращения коррозии C23F; обработка жидкостей, загрязненных радиоактивными веществами G21F 9/04)

Владельцы патента RU 2540658:

Иванов Александр Иванович (RU)

Изобретение относится к способам опреснения морской воды, а также засоленных подземных вод артезианских источников для бытовых и сельскохозяйственных нужд. Способ состоит в том, что для обработки заполняют водой анодную и катодную области ионистора, имеющего пористые электроды с большой внутренней поверхностью, кроме того, после заполнения водой анодного и катодного объемов ведут зарядку ионистора до напряжения меньшего, чем напряжение выделения кислорода и водорода, далее зарядку прекращают и сливают опресненную воду из полостей ионистора, после этого вновь заполняют полости электродов ионистора опресняемой водой и разряжают ионистор, накапливая электроэнергию вне ионистора, после разряда ионистора сливают рассол. Устройство для реализации способа состоит из корпуса ионистора 1, вентилей 5, 6, 9, 19, насоса 7, бака опресненной воды 8, датчика высокого уровня воды в ионисторе 10, датчика низкого уровня воды 11, пористого катода 2, пористого анода 3, преобразователя тока 12, преобразователя напряжения 13, коммутатора 14, источника напряжения 15, накопителя электроэнергии 16, устройства управления 17, сквозного отверстия 18, обеспечивающего сообщение между объемами воды в анодной и катодной части корпуса ионистора 1. Технический результат заключается в снижении энергозатрат на опреснение. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам опреснения морской воды, а также засоленных подземных вод артезианских источников для бытовых и сельскохозяйственных нужд. В засушливых местах, например в степях России, Казахстана, Китая, Средней Азии, жизненное пространство ограничено оазисами, под которыми имеются пресные подземные воды. Однако таких мест в степях мало, в основном, подземные воды оказываются засоленными. Пресную воду приходится возить за десятки километров для потребления ее людьми и разбавления соленой подземной воды до уровня, делающего ее пригодной для питья домашнему скоту. В средней полосе и на юге России проблема опреснения засоленных подземных вод также актуальна. Большинство скважин дает воду, пригодную для питья людей и скота, однако они дают воду низкого вкусового качества из-за повышенного уровня в ней минеральных солей.

Известен способ опреснения воды путем ее дистилляции [1], однако этот способ энергозатратен и применим только на морских судах, где имеется необходимость охлаждения элементов двигательной установки. По этому способу одновременно происходит утилизация бросовой тепловой энергии и испарение воды. Этот способ непригоден для опреснения засоленных подземных вод скважин, находящихся в труднодоступных местах или пробуренных на личных участках дач, отдельно расположенных ферм, хуторов и поселков.

Снизить энергозатраты удается при опреснении воды электродиализом [2], пропуская через воду электрический ток и разделяя движущуюся воду двумя и более ионоселективными мембранами, обладающими разной пропускной способностью для ионов разного типа. Достоинством способа является снижение энергозатрат в сравнении с обычной дистилляцией примерно в 20 раз, однако этот способ все-таки остается высокоэнергозатратным и требует значительных капитальных затрат. Способ остается непригоден для опреснения засоленных подземных вод скважин, находящихся в труднодоступных местах на личных участках дач и коттеджей, отдельно расположенных ферм, хуторов и поселков.

Капитальные затраты могут быть снижены при использовании способа опреснения морской воды [3], построенного на пропускании воды последовательно через анодную и катодную части электролизера. Конструкция такого электролизера упрощена, он имеет одну ионопроводящую мембрану, которая может быть выполнена из брезента, глины и ряда других широко распространенных материалов. От ионопроводящей мембраны данный способ не требует селективности по отношению к ионам разного типа, что значительно снижает их стоимость.

Основным недостатком способа остается его высокое энергопотребление, обусловленное электролизом воды до кислорода и водорода. При этом эффективность электролиза тем выше, чем выше уровень засоленности воды (проводимость морской воды в 1000 раз выше, чем почти пресной воды с относительно низким содержанием минеральных солей). Способ перестает быть эффективным при обработке слабосоленой (невкусной) воды с содержанием миниральных солей от 0.8 до 3 грамм на литр. Способ остается непригоден для опреснения слабосоленых (невкусных) подземных вод скважин, находящихся в труднодоступных местах на личных участках дач и коттеджей, отдельно расположенных ферм, хуторов и поселков, не имеющих подключения к водопроводу и электросети.

Целью данного изобретения является сокращение затрат электроэнергии на повышение вкусовых качеств воды через ее опреснение. Способ ориентирован преимущественно на обработку засоленной воды, получаемой из скважин, пробуренных в труднодоступных районах степей России и Казахстана для нужд скотоводства. А также способ ориентирован на удовлетворение нужд населения в улучшении вкусовых качеств питьевой воды, получаемой из скважин, пробуренных на личных участках дач и коттеджей, а также отдельно расположенных ферм, хуторов и поселков, не имеющих подключения к водопроводной сети и сети электроснабжения.

Поставленная цель достигается тем, что по предложенному способу в место обычной электролизной камеры, заполненной обрабатываемой водой и разделенной на два объема ионообменной перегородкой, предложено использовать внутренний объем пористого анода и пористого катода ионистора или суперконденсатора [4], для чего предложено пустые объемы обычного анода и катода (выполненных в виде проводящей ленты) заполнить проводящим порошком (например, угольным порошком или порошком инертного металла, например нержавеющей стали, золота, платины). Предложено заполнять обрабатываемой водой внутренние объемы пористого (засыпанного проводящим порошком) катода и пористого (засыпанного проводящим порошком) анода ионистора. Водой заполняются пустоты между гранулами проводящего порошка. Поле этой операции при пропускании тока через анод и катод они ведут себя как электроды ионистора (суперконденсатора) [4] с большим внутренним сопротивлением электродов.

Далее заряжают ионистор до напряжения меньшего, чем напряжение разложения воды на кислород и водород. После того как напряжение на ионисторе достигает близкого к предельному, прекращают зарядку ионистора и сливают опресненную воду из объемов пористого анода и пористого катода ионистора.

В следующем цикле предложенного способа электроопреснения заполняют освобожденные внутренние объемы пористого анода и пористого катода ионистора свежей порцией соленной воды. Далее разряжают заряд, накопленный ионистором на нагрузку внешнего накопителя электроэнергии. Разряд ведут до остаточного напряжения, которое еще может быть эффективно использовано преобразователями внешнего накопителя энергии. При разряде анода и катода ионистора притянутые к их поверхности ионы освобождаются и растворяются в воде, повышая уровень ее засоленности. Далее получившийся в объеме внутренних пор катода и объеме внутренних пор анода рассол сливают.

В следующем цикле предложенного способа электроопреснения вновь заполняют освобожденные объемы внутри пористого анода и пористого катода ионистора свежей порцией опресняемой воды. Вновь повторяют зарядку ионистора, при этом используют электроэнергию, запасенную во внешнем по отношению к ионистору накопителе электроэнергии. Перекачку энергии ведут до момента, когда ток ее в сторону ионистора не уменьшится до малой величины. После разряда внешнего накопителя электроэнергии дозарядку ионистора ведут от источника напряжения, полученного преобразованием другого вида энергии в электрическую.

В сравнении с прототипом (в сравнении с обычной активацией воды на фоне ее электролиза) предложенный способ потребляет меньше электроэнергии. Снижение электроэнергии достигается за счет двух причин: во-первых, исключен электролиз воды (кислород и водород не выделяются при электроопреснения воды); во-вторых, большая часть электроэнергии разряжаемого ионистора накапливается во внешнем накопителе и используется вторично для положительной работы по задержке ионов солей на внутренней поверхности пористых электродов ионистора. Сокращение энергозатрат определяется эффективностью преобразований, осуществляемых внешним накопителем энергии. Если будут использованы электромашинные (электромеханические) преобразователи, то КПД составит порядка 70%. В случае использования электронных преобразователей КПД накопителя может составить до 90%.

Важнейшим преимуществом предложенного способа в сравнении с прототипом является также то, что он остается работоспособен даже при опреснении слабоминерализованных вод с низкими вкусовыми качествами (воду можно пить, но она жесткая - невкусная). При этом затраты электроэнергии при опреснении слабосоленых вод по предложенному способу падают пропорционально их солености, а при обычном электролизе они возрастают из-за повышения внутреннего сопротивления электролизной камеры и нагреве воды в ней. Это позволяет использовать предложенный способ для улучшения вкусовых качеств жестких вод, получаемых из артезианских источников и неглубоких скважин, пробуренных на личных участках дач и коттеджей, отдельно расположенных ферм, хуторов и поселков, не имеющих подключения к водопроводу и электросети.

Предложенный по п.1 формулы изобретения способ может быть осуществлен устройством, описанным в п. 2 формулы изобретения. Предложенное устройство состоит из корпуса, разделенного на две части ионопроницаемой мембраной на анодный и катодный объемы, для осуществления в нем электрообработки опресняемой воды. В каждом из разделенных объемов размещены электроды (анод и катод), которые через преобразователь тока в код и коммутатор соединены с источником, вырабатывающим постоянное напряжение. Корпус устройства имеет входной вентиль подачи опресняемой воды и выходной вентиль слива опресненной воды в дне корпуса.

Предложенное устройство отличается от прототипа и множества аналогов тем, что корпус для осуществления электроопреснения имеет в дне дополнительное сливное отверстие со вторым сливным шлангом, имеющим врезанный вентиль, кроме того, устройство имеет бак для опресненной воды, в дне которого имеется сливное отверстие со сливным шлангом опресненной воды, который имеет в резанный вентиль слива. Второе сливное отверстие бака опресненной воды соединено шлангом с насосом возврата опресненной воды в анодную и катодную области корпуса для осуществления электроопреснения воды.

Основным отличием предложенного устройства является то, что анод и катод устройства выполнены в виде проводящей металлической ленты (например, из нержавеющей стали), хаотически или равномерно заполняющей объемы анода и катода, кроме того, эти объемы дополнительно засыпаны электропроводным порошком с высокой поверхностной площадью (например, угольным порошком или порошком инертного металла), создающим в корпусе осуществления электроопреснения воды ионистор (суперконденсатор). Причем в нижней части в ионопроводящей разделительной мембране (перегородке), разделяющей объемы анода и катода ионистора, выполнено отверстие, обеспечивающее движение воды между анодным и катодным объемами ионистора (обычные ионисторы не имеют в ионопроводящей мембране сквозных отверстий). Корпус ионистора имеет врезанный в его верхнюю часть датчик контроля уровня заполнения водой и датчик контроля уровня опустошения корпуса от воды, врезанный в его нижнюю часть. Параллельно аноду и катоду подключен преобразователь напряжения в код, к коммутатору подключен своими входами и своими выходами накопитель электроэнергии.

Управляющие входы вентилей слива и насоса подключены к выходам устройства управления, выходы преобразователей тока и напряжения подключены ко входам устройства управления, выходы датчиков контроля уровня воды в полости корпуса ионистора подключены ко входам устройства управления.

Предложенное устройство для реализации способа отображено в виде блок-схемы начертеже. Устройство состоит из корпуса ионистора - 1, вентилей включения и выключения воды - 5, 6, 9, 19, насоса - 7, бака опресненной воды - 8, датчика контроля высокого уровня воды - 10 в ионисторе и датчика контроля низкого уровня воды - 11, пористого катода - 2 (выполненного из угольного порошка и металлической ленты), пористого анода - 3 (выполненного из угольного порошка и металлической ленты), ионопроводящей мембраны - 4 (выполненной, например из глины), преобразователя тока - 12, преобразователя напряжения - 13, коммутатора - 14, источника напряжения - 15, накопителя электроэнергии - 16, устройства управления - 17, сквозного отверстия - 18, обеспечивающего сообщение между объемами воды в анодной и катодной части корпуса - 1 ионистора.

В предложенном устройстве корпус - 1 разделен на два объема (объем катода и объем анода) перегородкой - 4 из ионопроводящего материала (брезента, сырой глины, древесины и т.п.). В нижней части перегородки имеется отвестие - 18, обеспечивающее связь объемов воды анодной и катодной частей корпуса - 1.

Катодный объем корпуса - 1 имеет катод - 2, выполненный из металлической ленты (например, из нержавеющей стали), металлическая лента упорядочение или хаотически заполняет катодный объем корпуса - 1, кроме металлической ленты катодный объем засыпан проводящим порошком с большой поверхностной площадью (например, угольным порошком). Угольный порошок с металлической лентой и выводом от нее образуют пористый катод - 2. Площадь поверхности внутренних объемов пор в аноде и катоде ионистора зависит от размеров гранул проводящего порошка. Она может быть оценена расчетами и измерена практически как площадь поверхности плоского конденсатора с расстояниями между обкладками, равными среднему радиусу гранул проводящего порошка.

Анодный объем корпуса - 1 имеет анод - 3, выполненный из металлической ленты (например, из нержавеющей стали), металлическая лента хаотически или упорядочение заполняет анодный объем корпуса - 1, кроме металлической ленты анодный объем засыпан проводящим порошком с большой поверхностной площадью (например, угольным порошком). Угольный порошок с металлической лентой и выводом от нее образуют пористый анод - 3.

Над корпусом - 1 расположен шланг водоподвода с врезанным в него вентилем - 9, управляющий вход вентиля - 9 подключен к выходу устройства управления - 17.

В верхней части корпуса - 1 расположен датчик контроля высокого уровня воды - 10, в нижней части корпуса - 1 расположен датчик контроля низкого уровня воды - 11. Выходы датчика - 10 и датчика - 11 подключены ко входам устройства управления - 17.

В дне корпуса - 1 имеется сливное отверстие, к которому подключен сливной шланг рассола с врезанным в него вентилем - 5, управляющий вход вентиля - 5 подключен к выходу устройства управления - 17. В дне корпуса - 1 имеется второе сливное отверстие, к которому подключен сливной шланг опресненной воды с врезанным в него вентилем - 6, управляющий вход вентиля - 6 подключен к выходу устройства управления - 17.

Свободный конец сливного шланга опресненной воды находится над баком - 8 для хранения опресненной воды. В дне бака - 8 имеется сливное отверстие со сливным шлангом и врезанным в него вентилем - 19. В нижней части бака - 8 имеется отверстие, куда подключен шланг возврата опресненной воды в анодную и катодную емкости корпуса - 1 ионистора, этот шланг возврата имеет врезанный в него насос - 7, управляющий вход насоса - 7 соединен с выходом устройства управления.

Электроды (катод - 2 и анод - 3) подключены последовательно через входы преобразователя тока - 12 в код к клеммам коммутатора - 14. Выход преобразователя тока - 12 в код подключен ко входу устройства управления - 17. Параллельно электродам ионистора (катоду - 2 и аноду - 3) подключен преобразователь напряжения - 13 в код, выход этого преобразователя подключен ко входу устройства управления - 17.

К клеммам коммутатора - 14 подключены входы и выходы накопителя электроэнергии-16, а также выходы источника напряжения - 15. Вход коммутатора - 14 соединен с выходом устройства управления - 17.

Предложенное устройство работает следующим образом: устройство управления - 17 дает сигнал на вентиль - 9, через который поступает в корпус - 1 опресняемая вода, при этом сливной вентиль - 5 и сливной вентиль - 6 находятся в закрытом состоянии. Поступающая через вентиль - 9 вода заполняет объем корпуса - 1, и по его заполнению срабатывает датчик контроля высокого уровня воды - 10. По сигналу датчика - 10 устройство управления отключает входной вентиль - 9, поступление воды в корпус - 1 прекращается.

Далее по сигналу устройства управления - 17 коммутатор - 14 подключает к аноду - 3 и катоду - 2 выходы источника напряжения - 15. Возникает ток, который преобразуется преобразователем - 12 в код и поступает в устройство управления - 17, которое контролирует код, соответствующий току зарядки ионистора, находящегося в корпусе - 1. По мере увеличения заряженности ионистора к его электродам притягиваются ионы из обессоливаемого раствора, одновременно растет напряжение на ионисторе. Напряжение на ионисторе контролирует преобразователь - 13, данные с выхода которого поступают на устройство управления - 17.

В момент времени, когда напряжение на ионисторе достигает заданного предельного значения (ниже напряжения выделения кислорода и водорода), устройство управления - 17 подает сигнал на коммутатор - 14, который отключает источник напрядения - 15 от электродов ионистора (катода - 2 и анода - 3). Далее устройство управления дает сигнал на открытие вентиля - 6, через который опресненная вода из корпуса - 1 сливается в бак - 8, при этом сливной вентиль - 19 бака - 8 всегда закрыт в штатном режиме. Его открывает только пользователь, желающий получить пресную воду. Опреснение воды в корпусе - 1 ионистора достигается тем, что ионы солей оказываются притянутыми к поверхности заряженного катода - 2 и заряженного анода - 3. Из объемов заряженного катода - 2 и заряженного анода - 3 вытекает опресненная вода, соли в виде ионов задерживаются на большой внутренней поверхности катода - 2 и анода - 3.

После слива опресненной воды из корпуса - 1 срабатывает датчик контроля низкого уровня воды - 11, по сигналу этого датчика сливной вентиль - 6 закрывается устройством управления - 17, кроме того, устройство управления - 17 открывает входной вентиль - 9. Опресняемая вода поступает в корпус - 1 через вентиль - 9 и заполняет его до уровня, на котором установлен датчик контроля высокого уровня воды - 10. При появлении воды на уровне датчика - 10 он срабатывает и посылает сигнал на устройство управления - 17. В свою очередь устройство управления - 17 закрывает входной вентиль - 9, прекращая поступление воды в корпус - 1.

Далее устройство управления - 17 подключает к катоду - 2 и аноду - 3 через коммутатор - 14 входы накопителя электроэнергии - 16. Накопитель электроэнергии - 16 нагружает своими входами электроды ионистора, направление тока меняется, электроэнергия перетекает от ионистора в корпусе - 1 в накопитель - 16. При этом устройство управления - 17 контролирует значения тока преобразователем - 12 и значение остаточного напряжения преобразователем - 13. По мере разряда ионистора, размещенного в корпусе - 1, эффективность извлечения из него электроэнергии накопителем - 16 падает. В установленный заранее момент разряда ионистора до заданного напряжения устройство управления - 17 по сигналу датчика - 13 отключает накопитель - 16 и включает вентиль слива рассола - 5. Рассол, проходя через открытый вентиль - 5, опустошает емкость корпуса - 1 до уровня срабатывания датчика - 11. После срабатывания датчика - 11 сливной вентиль - 5 закрывается устройством управления - 17 и открывается входной вентиль - 9, начинается заполнение корпуса - 1 новой порцией воды.

Сливаемая через вентиль - 5 вода имеет повышенное содержание солей из-за того, что входная опресняемая вода обогащается ионами солей, задержанными на поверхности катода - 2 и анода - 3 при опреснении предыдущей порции воды. Отрыв от поверхности катода - 2 и анода - 3 ионов солей обусловлен тем, что в момент слива рассола через вентиль - 5 катод - 2 и анод - 3 ионистора в корпусе - 1 разряжены (не притягивают ионы).

При заполнении водой корпуса - 1 в третий раз вновь срабатывает датчик контроля высокого уровня воды - 10, по сигналу которого устройство управления - 17 перекрывает вентиль - 9. Далее устройство управления - 17 начинает заряд катода - 2 и анода - 3, подключая к ним через коммутатор - 14 выходы накопителя электроэнергии - 16. Накопитель электроэнергии отдает накопленную электроэнергию ионистору, размещенному в корпусе - 1. При этом ионистор, размещенный в корпусе - 1, заряжается не до полного напряжения. Момент прекращения заряда ионистора фиксируется устройством управления - 17 и датчиком тока - 12. При прекращении заряда ионистора ток энергии от накопителя - 16 снижается до малого значения. Этот момент фиксируется устройством управления - 17, которое отключает выходы накопителя - 16 от катода - 2 и анода - 3 коммутатором - 14 и подключает через этот же коммутатор - 14 к электродам ионистора источник напряжения - 15. Источник напряжения - 15 дозаряжает ионистор, размещенный в корпусе - 1, до заданного предельного напряжения. Далее устройство управления - 17 открывает сливной вентиль - 6, через который следующая порция опресненной воды попадает в бак - 8.

Описанные выше циклы повторяются многократно до заполнения бака - 8 опресненной водой. При опреснении достигается сокращение энергозатрат из-за отсутствия выделения кислорода и водорода, а также из-за периодического накопления электроэнергии в накопителе - 16 с последующим ее возвратом ионистору, размещенному в корпусе - 1, на следующем цикле заряда.

В случае, если засоленность опресняемой воды велика, процедуру опреснения проводят повторно. При этом промывку задержанных ионов в пористом аноде - 3 и катоде - 2 ведут опресняемой водой, поступающей через вентиль - 9, а саму воду для второго опреснения подают из бака - 8 насосом - 7. Насос - 7 включают перед циклом заряда ионистора, расположенного в корпусе - 1, а выключают по сигналу от датчика высокого уровня воды - 10 при заполнении водой корпуса - 1.

Для достижения поставленной цели заявленного способа и реализации устройства важным элементом является накопитель электроэнергии - 16. Он может быть составлен из входного электромеханического прерывателя, трансформатора напряжения, первого входного выпрямителя переменного напряжения, батареи электролитических конденсаторов, накапливающих электроэнергию, второго выходного выпрямителя. Когда накопитель подключен к ионистору в режиме извлечения энергии, он коммутирует входы низковольтной обмотки своего трансформатора, пропуская через него переменный ток разряда ионистора. Трансформатор увеличивает напряжение разряда ионистора в десятки раз, далее это напряжение выпрямляется первым входным выпрямителем и накапливается на высоковольтных электролитических конденсаторах. Когда накопитель электроэнергии отдает ток, происходит обратный процесс. Электромеханический коммутатор подключает к высоковольтной обмотке трансформатора разряжаемые электролитические конденсаторы, трансформатор понижает напряжение и увеличивает ток, который выпрямляется выходным выпрямителем и производит зарядку ионистора. Накопитель электроэнергии является обычным электротехническим устройством, реализация которого не требует изобретательского уровня.

В целом предложенное устройство позволяет опреснять как сильно засоленные воды (делать их пригодными для питья сельскохозяйственными животными), так и слабосоленые (невкусные - жесткие) воды артезианских источников. Энергозатраты на опреснение удается снижать в несколько раз по сравнению с прототипом, так как снижаются затраты на электролиз воды при опреснении сильно засоленных источников (электролиз опресняемой сильно соленой воды отсутствует). Снижаются энергозатраты на опреснение слабоминарализованных источников, происходящие за счет исключения их нагрева при пропускании тока через высокое внутреннее сопротивление опресняемой слабосоленой воды. Причина снижения энергозатрат в этом случае состоит очень малом расстоянии между стенками пор пористых электродов ионистора. Конструкция предложенного устройства пригодна как для опреснения сильно минерализованных вод, так и слабо минерализованных вод. От уровня опреснения (от объема извлекаемых солей) меняются только энергозатраты и время работы предложенного устройства.

В конечном итоге это позволяет использовать устройство для того, чтобы сделать воду пригодной для питья домашним скотом либо для улучшения вкусовых качеств слабоминирализованных вод, получаемых из артезианских источников и неглубоких скважин, пробуренных на личных участках дач и коттеджей, отдельно расположенных ферм, хуторов и поселков, не имеющих подключения к водопроводу и электросети.

Литература

1. Патент № RU 2453352 С2 «СПОСОБ ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКИХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ», заявка: 2009142109/05, 16.11.2009, Опубликовано: 20.06.2012, авторы: Слесаренко Владимир Николаевич (RU), Панасенко Андрей Александрович (RU), обладатель патента Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" (RU).

2. Патент № RU 2233799 С2 «СПОСОБ ОБЕССОЛИВАНИЯ МИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ВОДЫ», Заявка: 2003125231/15, 18.08.2003, опубликовано: 10.08.2004, авторы: Пилат Б.В. (RU), Пилат К.Б. (RU), патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью Фирма "ЭЙКОСЪ" (RU).

3. Патент № RU 2412118 С2 «Способ опреснения морской воды», заявка №2008152212/15 от 29.12.2008, опубл. 20.02.2011. Бюл. №5. Авторы: Зорькин Е.М. (RU), Шаров В.В. (RU), патентообладатель ООО «Специализированное строительное объединение «Водоавтоматика» (RU).

4. В. Шульга «Суперконденсаторы: помощники или возможные конкуренты батарейным источникам питания». ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес 3/2003, с. 20-23.

1. Способ электроопреснения воды, состоящий в закачивании опресняемой воды в анодную и катодную области, разделенные ионопроводящей мембраной, и пропускании через воду электрического тока, отличающийся тем, что электроопреснение ведут в анодном и катодном объемах корпуса электрообработки опресняемой воды, заполненных проводящей лентой и засыпанных электропроводным порошком, действующего как ионистор при подаче напряжения на анод и катод, при этом объемы катода и анода периодически заполняют обрабатываемой водой и сливают обрабатываемую воду из анодного и катодного объемов, после заполнения водой анодного и катодного объемов ведут зарядку ионистора до напряжения меньшего, чем напряжение выделения кислорода и водорода, далее зарядку прекращают и сливают опресненную воду из объемов анода и катода ионистора, после этого вновь заполняют объемы электродов ионистора опресняемой водой и разряжают ионистор, накапливая электроэнергию вне ионистора, после разряда ионистора сливают рассол, далее заливают следующую порцию опресняемой воды в объемы электродов ионистора и осуществляют его зарядку от источника накопленной электроэнергии до разрядки энергии, накопленной в накопителе, далее осуществляют дозарядку ионистора, пропуская через него ток от внешнего источника, вырабатывающего электроэнергию, процесс повторяют периодически.

2. Устройство для реализации способа по п.1, состоящее из корпуса для электроопреснения, разделенного на две части ионопроницаемой мембраной на анодный и катодный объемы опресняемой воды, имеющие анод и катод, которые через преобразователь тока в код и коммутатор соединены с источником, вырабатывающим постоянное напряжение, причем корпус устройства имеет входной вентиль подачи опресняемой воды и выходной вентиль слива опресненной воды в дне корпуса, отличающееся тем, что корпус электрорпреснения воды имеет еще одно сливное отверстие со вторым сливным шлангом, имеющим врезанный вентиль, кроме того, устройство имеет бак для опресненной воды, в дне которого имеется сливное отверстие со сливным шлангом для отвода опресненной воды, который имеет врезанный вентиль слива, второе сливное отверстие бака опресненной воды соединено шлангом с насосом возврата опресненной воды в анодный и катодный объемы корпуса электроопреснения воды, управляющий вход насоса соединен с выходом устройства управления, анод и катод устройства выполнены в виде проводящей металлической ленты, хаотически заполняющей объемы анода и катода, кроме того, эти объемы засыпаны электропроводным порошком, например угольным порошком, создающим в корпусе электроопреснения воды ионистор, причем в нижней части в ионопроводящей мембране ионистора выполнено отверстие, обеспечивающее движение воды между анодным и катодным объемами корпуса ионистора, копрус ионистора имеет врезанный в его верхнюю часть датчик контроля уровня заполнения водой и датчик контроля уровня его опустошения, врезанный в его нижнюю часть, параллельно аноду и катоду подключен преобразователь напряжения в код, к коммутатору подключен своими входами и своими выходами накопитель электроэнергии, управляющие входы вентилей слива подключены к выходам устройства управления, выходы преобразователей тока и напряжения подключены ко входам устройства управления, выходы датчиков контроля уровня воды в корпусе ионистора подключены ко входам устройства управления.

Похожие патенты:

Способ получения легкой воды // 2540625

Изобретение относится к области получения воды с пониженным содержанием тяжелых изотопных видов воды из природной воды путем процессов замораживания и размораживания и может быть применено для бытовых целей.

Устройство для очистки поверхностных сточных вод // 2540620

Изобретение относится к устройствам очистки поверхностного стока и может быть использовано для очистки ливневых и талых вод с территорий городов и промышленных предприятий от взвешенных веществ, нефтепродуктов, органических веществ и ионов тяжелых металлов.

Способ обеззараживания водных систем минерализованными промышленными водами в виде растворов гипохлорита // 2540616

Изобретение относится к области обработки промышленных и сточных вод. Способ обеззараживания сточных вод включает их обработку растворами гипохлорита, полученными в электролизере из минерализованных промышленных вод.

Способ очистки жидкости // 2540609

Изобретение относится к способам очистки жидкости от примесей. Сосуд с жидкостью помещают в скрещенные постоянные магнитное и электрическое поля.

Способ получения катализатора для очистки сточных вод от фенола, катализатор, полученный этим способом, и способ очистки сточных вод от фенола с использованием этого катализатора // 2540579

Группа изобретений относится к порошковой металлургии и обработке промышленных и бытовых сточных вод. Способ получения катализатора для очистки сточных вод от фенола включает азотирование при давлении азота 1,0-12,0 МПа предварительно измельченного ферросплава до размера частиц менее 160 мкм в режиме самоподдерживающегося фильтрационного горения и доазотирование в режиме объемного горения при давлении азота 0,15-10,0 МПа в течение 0,5-1,0 ч.

Модуль для совместного испарения/отгонки и абсорбции // 2540574

Изобретение предназначено для разделения текучей среды. В способе часть потока жидкой смеси испаряют, чтобы получить пар и обедненный поток жидкости.

Устройство для электрохимической очистки питьевой воды // 2540303

Изобретение относится к средствам обеспечения питьевого водоснабжения, в частности к устройствам для электрохимической очистки питьевой воды, и может быть использовано в бытовых условиях для доочистки водопроводной воды и доведения ее санитарно-эпидемиологических, физико-химических и органолептических свойств до соответствия требованиям, предъявляемым к питьевой воде, а также для очистки природных вод.

Жидкостное фильтрационное устройство // 2540299

Изобретение предназначено для фильтрации. Фильтрационное устройство содержит картридж, определяющий зону обработки, заполненную одной или более фильтрующей средой; впуск для жидкости; выпуск для жидкости; и запорный механизм, размещенный внутри жидкостного протока через картридж и выполненный с возможностью запирания по меньшей мере одного из впуска для жидкости и выпуска для жидкости по истечении срока службы указанной по меньшей мере одной фильтрующей среды.

Фильтрующий модуль устройства для очистки жидкости (варианты) // 2540159

Изобретение относится к фильтрующим устройствам для очистки жидкости, предназначенным для доочистки водопроводной воды и других жидкостей бытового назначения. Фильтрующий модуль (варианты) устройства для очистки жидкости состоит из двух рабочих зон и по меньшей мере одного средства фиксации.

Конструкция открытой секции и водоочистной картридж // 2539153

Настоящее изобретение относится к конструкции открытой секции, через которую протекает жидкость, и к водоочистному картриджу с такой конструкцией открытой секции.

Способ умягчения и обезжелезивания воды // 2541017

Изобретение может быть использовано в водоподготовке для умягчения и обезжелезивания воды в системах водоснабжения. Способ включает обработку воды, содержащей бикарбонаты кальция и магния и гидроксид железа, сорбентом в виде фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 90% волокон с длиной не более 0,47 мм и не менее 50% волокон с длиной не более 0,12 мм, соляной кислотой с образованием дисперсии, которую затем обрабатывают карбонатом и гидроксидом натрия. Полученный композиционный материал выводят из дисперсии методом напорной флотации с получением умягченной очищенной воды. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.

Наклонный горизонтальный осветлитель // 2541024

Изобретение относится к обработке сточных вод. Наклонный горизонтальный осветлитель содержит камеру 1 подачи исходной жидкости, средство 2 для ее распределения в ламинарный поток с горизонтальными верхней и нижней кромками, корпус с наклонными продольными параллельными стенками с последовательно размещенными в нем тонкослойными модулями, днище и камеру для осветленной жидкости 9. Тонкослойные модули состоят из наклонных пластин 5 одинаковой высоты, расположенных вдоль горизонтального направления движения потока воды. Днище выполнено в виде совокупности последовательно расположенных раздельных сборников осадка 4 в виде приямков. Верхние и нижние кромки пластин 5 модулей расположены в горизонтальных плоскостях. Изобретение позволяет отделять осадки в виде фракций и обеспечить использование последовательно расположенных тонкослойных модулей и их замену практически без нарушения процесса осветления. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Система для ультрафиолетовой дезинфекции сточной воды и питьевой воды, содержащая очистительное устройство // 2541067

Изобретение относится к системе ультрафиолетовый дезинфекции сточной и питьевой воды. Система содержит некоторое количество ультрафиолетовых излучателей (30), расположенных в трубчатых оболочках (18), которые располагаются, по существу, симметрично к продольной оси (11), также как и очищающее устройство для трубчатых оболочек (18), которое содержит следующее: по меньшей мере, одно очистительное кольцо (1) для каждой трубчатой оболочки (18), которое окружает трубчатую оболочку (18), при этом вышеуказанное, по меньшей мере, одно очистительное кольцо (1) имеет кольцо (7) скребка, упирающееся в трубчатую оболочку (18), по меньшей мере, одно приводное средство (31, 32) для приведения в движение очистительного кольца (1) в направлении продольной оси (11), питающее средство для подачи нагнетаемой жидкости под повышенным давлением от источника давления к кольцу (7) скребка. Кольцо (7) скребка вставлено в очистительное кольцо (1) с возможностью перемещения и поджима радиально в направлении трубчатой оболочки (18) под действием давления. Изобретение позволяет эффективно очищать поверхность трубчатой оболочки в процессе работы системы в течение длительного времени. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Очистительное устройство и способ удаления ксенобиотиков из воды // 2541071

Изобретение относится к очистительному устройству, приспособленному для осуществления способа фотохимического удаления ксенобиотиков, присутствующих в воде. Очистительное устройство содержит узел фотохимического реактора, имеющий по меньшей мере один вход для загрязненной воды и один выход для очищенной воды с обеспечением направления непрерывного потока воды от входа к выходу, и оборудован модулем источника излучения, обеспечивающим ультрафиолетовое излучение с длиной волны в интервале от 100 до 280 нм. Очистительное устройство содержит по меньшей мере один узел мембранной фильтрации, предназначенный для осуществления ультрафильтрации и соединенный выше по ходу потока указанного узла фотохимического реактора через указанный вход, и по меньшей мере одно устройство для подачи воздуха или дикислорода в воду, содержащуюся в узле фотохимического реактора, и устройство для подачи перекиси водорода в узел фотохимического реактора. Изобретение обеспечивает надежное удаление ксенобиотиков из воды. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 пр.

Установка для обеззараживания жидкостей комплексным воздействием физических факторов // 2541779

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к обеззараживанию жидкостей (воды, молока и т.д.). Установка содержит рабочую емкость с входным и выходным патрубками, выполненную в виде цилиндрического экранного корпуса, внутри которого коаксиально установлены перфорированная резонаторная камера и ситовый экранный корпус. На боковой поверхности экранного корпуса намотана кольцевая спираль. Рабочая емкость снабжена крышкой, на которую установлен СВЧ генераторный блок, излучатель которого направлен внутрь перфорированной резонаторной камеры. С наружной стороны боковых поверхностей цилиндрического экранного корпуса и под его нижним основанием установлены источники ультразвуковых колебаний - пьезоэлементы с ультразвуковыми генераторами. Входной и выходной патрубки рабочей емкости соединены с циркуляционным насосом, запорной арматурой и трубопроводом из увиолевого стекла, параллельно которому установлен источник ультрафиолетовых лучей. Изобретение обеспечивает обеззараживание жидких продуктов в проточном режиме комплексным воздействием физических факторов, таких как электромагнитное поле сверхвысокой частоты, бактерицидный поток ультрафиолетовых лучей и ультразвуковые колебания, при этом комплексное воздействие физических факторов уничтожает вегетативную форму микроорганизмов при меньшей температуре, чем при отдельном воздействии каждого физического фактора. 2 ил.

Композиции диброммалонамида и их применение в качестве биоцидов // 2542152

Изобретение относится к биоцидам. Биоцидная композиция включает 2,2-диброммалонамид и биоцид на основе изотиазолинона формулы I: где R и R1 независимо представляют собой водород, галоген или С1-С4 алкил или R и R1 вместе с атомами углерода, к которым они присоединены, образуют С4-С7 циклоалкильное кольцо или арильную группу и Y представляет собой Н, С1-С12 алкил, С3-С7 циклоалкил, арил или аралкил. Осуществляют контроль роста микроорганизмов в водной системе или системе, содержащей воду, путем обработки водной системы или системы, содержащей воду, эффективным количеством указанной композиции. Изобретение позволяет повысить эффективность обработки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 15 табл., 7 пр.

Биоцидная композиция // 2542278

Изобретение предназначено для обработки и обеззараживания различных типов водных сред с целью их защиты от микроорганизмов, в частности охлаждающей воды градирен, теплообменного оборудования для предотвращения биологического обрастания теплопередающих поверхностей и других промышленных систем. Биоцидная композиция для обработки водных сред включает соединения полигексаметиленгуанидина, соединения изотиазолинона и неионогенные ПАВ. Изобретение позволяет получить композицию с высокой биоцидной активностью одновременно в отношении бактерий, грибов и водорослей. 5 табл., 9 пр.

Способ очистки сточных вод от катионного поверхностно-активного вещества тетрадецилтриметиламмоний бромида из сточных вод // 2542289

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от катионного поверхностно-активного вещества тетрадецилтриметиламмоний бромида и может быть использовано на предприятиях легкой промышленности, машиностроения, нефтехимического и органического синтеза и переработки руд. Способ заключается в том, что в сточную воду, содержащую катионное поверхностно-активное вещество тетрадецилтриметиламмоний бромид, вводят смесь, содержащую додецилсульфат натрия, алюмокремниевый коагулянт-флокулянт и полиакриламид гранулированный сульфатный в соотношении [1]:[1-1,2:0,25-0,5:0,008-0,01], с последующим электрофлотационным извлечением из сточной воды образовавшихся соединений. Изобретение обеспечивает повышение степени электрофлотационного извлечения из сточных вод катионного поверхностно-активного вещества тетрадецилтриметиламмоний бромида. 2 табл., 2 пр.

Способ обеззараживания и консервации воды, а также устройство для его осуществления // 2542290

Изобретение относится к электрохимической очистке воды и может быть использовано для очистки питьевой воды для загородных дач, сельских домов, не имеющих подключения к водопроводу, но расположенных близко к небольшим открытым источникам стоячей пресной воды. Воду заливают в полости пористых электродов, объемы анода и катода соединяют с помощью сквозного отверстия 9, выполненного в верхней части герметичной перегородки, пропускают электрический ток, заряжая анод и катод до напряжения меньшего, чем напряжение выделения водорода и кислорода, далее прерывают зарядку ионистора, отключая ионную связь между заполненными водой объемами пористых электродов ионистора путем сливания части воды из этих объемов, после этого разряжают заряды, накопленные на пористых аноде и катоде, сливают воду из объемов анода и катода в разные баки для хранения католита и анолита. Перед использованием хранящиеся фракции воды с разным показателем pH смешивают. Устройство состоит из корпуса ионистора 1, двух баков 7 и 8 для хранения анолита и католита, датчика уровня воды 10 в анодной или катодной емкостях, коммутатора 11, источника напряжения 12, накопителя электроэнергии 13, соединительных шлангов, вентилей, устройства управления 14, преобразователя напряжения 16, преобразователя тока 15. Технический результат - снижение энергозатрат. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ очистки маточных вод синтеза азида натрия // 2542310

Изобретение относится к методам многоступенчатой обработки промышленных и оборотных маточных вод от органических и азотсодержащих загрязнителей различного происхождения и может быть использовано на предприятиях химической промышленности, преимущественно в технологии очистки маточных вод синтеза токсичных и взрывоопасных соединений веществ, содержащих гидразин, азиды и этиловый спирт. Окисление гидразина проводят пероксидом водорода в маточных водах, а этиловый спирт и азид натрия в виде летучего соединения отдувают воздухом из маточных вод с последующим окислением паровоздушной смеси на катализаторе; окисление гидразина пероксидом водорода проводят при pH=10 и температуре t=60°C в течение 2 часов; перевод азида натрия в летучее соединение - азотистый водород проводят подкислением маточных вод серной кислотой до pH=1,65; отдувку этилового спирта и азотистого водорода из маточных вод воздухом проводят при температуре t=60°C, окисление паров этилового спирта и азотистого водорода проводят кислородом воздуха на алюмомеднохромовом катализаторе при температуре t=300-350°C и W=10000 ч-1. Технический зэффект - комплексная очистка маточных вод, содержащих гидразин, азид натрия и этиловый спирт, при минимальных затратах на реализацию процесса. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.