Способ обработки воды - RU2064440C1

Описание

Изобретение относится к электролитической обработке воды, в частности к способу электрохимической очистки питьевой воды от микроорганизмов, органических вредных веществ, ионов тяжелых металлов.

Наиболее успешно настоящее изобретение может быть использовано при получении чистой питьевой воды из пресной воды, загрязненной болезнетворными микроорганизмами.

За последние десятилетия быстрый рост населения и бурное развитие промышленности вызвали неуклонный рост водопотребления. Кроме того, в малонаселенных, осваиваемых районах, а также в крупных городах во время резкого ухудшения экологической обстановки, например во время весеннего паводка, качество воды резко снижается и не соответствует требованиям, предъявляемым к питьевой воде. В связи с этим возникла необходимость в очистке пресных вод от загрязнений.

Известен способ электролитической обработки воды с целью улучшения ее свойств. Воду подвергают электрохимической обработке в проточной гидравлической системе. включающей три последовательно соединенных между собой диафрагменных электролизера. Этот способ заключается в том, что воду последовательно обрабатывают в катодной камере первого электролизера, затем в анодных камерах второго и третьего электролизеров, йода, обработанная в соответствии с этим способом, содержит значительное количество продуктов анодного окисления и является полностью обеззараженной, но не отвечает требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Кроме того, вышеназванный способ требует помимо трех диафрагменных электролизеров наличия системы, синхронно задающей режимы работы электролизеров, что значительно усложняет практическую реализацию способа.

Известен другой способ электролитической очистки воды, включающий протекание воды через первое и второе пространства электролитической камеры. Последняя разделена проницаемой перегородкой на первое и второе пространства, в каждом из которых размещен электрод, один из них служит анодом, а другой катодом. Далее пропускают ток через воду между анодом и катодом. Вода протекает последовательно через катодное и анодное пространства, при этом перед ее подачей в анодное пространство воду подвергают фильтрации. Из-за предлагаемой последовательности перетекания потока воды последняя после обработки в анодном пространстве содержит продукты анодного окисления, например HCl0, Cl0^-, которые являются токсичными для организма человека.

В основу изобретения положена задача создания способа обработки воды, загрязненной микроорганизмами, органическими вредными веществами, ионами тяжелых металлов, при котором за счет заданной последовательности перетекания потока воды из одного пространства в другое электролитической камеры и поддержания заданного тока в пространстве между электродами получалась бы чистая питьевая вода из пресной воды.

Задача решается тем, что в способе обработки воды включающем электрообработку ее постоянным электрическим током в электролитической камере, разделенной пористой перегородкой на анодное и катодное пространство, при последовательном пропускании сначала через одно, а затем через другое пространство, фильтрование католита и удаление обработанной воды, согласно изобретению, воду сначала пропускают через анодное пространство, а затем-через катодное, а электрообработку ведут при силе тока, определяемой по формуле
I К • (С)^1/4 • Q,
где I сила тока, А;
С минерализация исходной воды, 0,1 1,5 г/л;
Q расход воды, л/ч;
K эмпирический коэффициент, равный

Такая реализация способа обеспечивает получение чистой питьевой воды из преснoй, содержащей микроорганизмы, вредные органические вещества, например фенолы ионы тяжелых металлов, например медь, железо, свинец. Выбранная последовательность перетекания потока воды из анодного пространства в катодное пространство электролизера обусловлена тем, что во время протекания воды через анодное пространство происходит образование продуктов анодного окисления, например, НС10, С10^- из солей, которые составляют естественную минерализацию любой пресной воды, а также образование озона и кислорода, которые уничтожают микроорганизмы в воде, окисляют органические примеси, например, фенол

Зависимость величины тока, протекающего через жидкость между электродами, получена экспериментально.

Сущность настоящего изобретения станет более понятна из следующего конкретного примера выполнения и чертежа, на котором схематично изображена гидравлическая система для реализации способа обработки воды (согласно изобретению).

Способ реализуют следующим образом.

Пресную воду с минерализацией С 0,8 г/л и содержанием микроорганизмов, например легионеллы пнеумофиллы 9 • 10⁶ ед/мл подвергают обработке способом согласно изобретению с целью превращения ее в чистую питьевую воду в электролитической камере. Воду, подвергаемую очистке и обозначенную на фигуре штриховой линией "а", подают насосом 1, расход которого, например 20 л/ч в электролитическую камеру 2. Последняя разделена на первое пространство 3 и второе пространство 4 проницаемой перегородкой 5 из керамики, представляющей собой оксид циркония. В пространстве 3 размещен электрод 6, который служит анодом, а в равенстве размещен электрод 7, служащий катодом. Очищаемая вода последовательно протекает через анодное пространство 3 и второе катодное пространство 4. Через жидкость между электродами 6,7 пропускают постоянный электрический ток, величина которого определяется выражением
I К • (С)^1/4 • Q,
где
I сила тока, А;
С минерализация исходной воды, 0,8 г/л;
Q расход воды 20 л/ч; К эмпирический коэффициент, равный 0,056

При протекании очищаемой воды по стрелке "а" через пространство 3 происходит образование продуктов анодного окисления, например HCl0, Cl0^- из солей, которые составляют естественную минерализацию любой питьевой воды. Соединения активного хлора Сl0^-, HCl0, Сl₂, а также образующиеся на аноде 6 озон, кислород и свободные радикалы Сl", О", НО₂ уничтожают легионеллу пнеумофилу и окисляют органические примеси, например фенолы

Выходящая из анодного пространства 3, очищенная от микроорганизмов вода, на фигуре обозначенная штрихпунктирной линией a₁, сохраняет неприятный запах хлора. Затем она поступает в катодное пространство 4, в котором происходит электролитическое на поверхности электрода 7 и каталитическое в объеме указанного пространства восстановление некоторых органических примесей, например аминосоединений, нитрилов, сопровождающееся их гидролитическим расщеплением с образованием воды и биологически неактивных газов. Ионы тяжелых металлов меди, цинка, никеля, свинца, ртути и других, находящихся в воде, превращаются в нейтральные атомы или неактивные гидроксиды, которые нетоксичны для организма человека, так как не вступают в биохимические реакции в качестве окислителей. За счет образования на электроде 7 гидроксильных групп происходит повышение рН воды, сопровождающееся значительным ростом содержания в нем ионов гипохлорита, которые непосредственно взаимодействуют с веществом бактериальных клеток, в результате чего в них происходят необратимые изменения, обмен веществ в клетке нарушается и бактерии гибнут, что обуславливает высокий бактерицидный эффект ионов. В катодном пространстве 4 происходит изменение окислительно-восстановительного потенциала воды до уровня, близкого значению окислительно-восстановительного потенциала организма человека. В результате повышается ее способность проникать сквозь мембраны клеток организма человека и участвовать в процессе обмена веществ человека.

После выхода из катодного пространства 4 камеры 2 католит, обозначенный на фигуре штрих два пунктира линией а₂, поступает в фильтр 8, заполненный твердым пористым углеродным материалом, например, гранулами чистого графита. На поверхности углеродного материала происходят реакции разрушения активного хлора
2НСl0 + С 2НСl + СО₂
2NaCl0 + С 2NaCl + СО₂.

В результате этих реакций в фильтре 8 катoлит, сохраняющий стерильность, освобождается от запаха хлора и становится не только полезной, но и приятной водой, на фигуре обозначенной сплошной линией а₃.

Предлагаемый способ обеспечивает получение чистой питьевой воды из непригодной для питья воды различной степени загрязненности. При этом необходимая глубина электролитической обработки обеспечивается изменением затрачиваемого количества электричества. Обычным для большинства типов природных вод являются пределы от 110 до 220 кулон на литр (Кл/л).

Согласно изобретению способ обеспечивает очистку воды с содержанием примесей солей 0,1 1,5 г/л и при загрязнении микроорганизмами, например сальмонеллой, кишечной палочкой, псевдомоном, поливирусом, легионеллой пнеумофиллой с концентрацией 10⁶ 10⁷ ед. на мл, до уровня питьевой.

Реферат

Использование: электролитическая обработка воды, очистка питьевой воды от микроорганизмов, органических веществ и тяжелых металлов. Сущность изобретения: способ обработки воды включает протекание подвергаемой очистке воды последовательно через первое и второе пространства электролитической камеры, которая разделена на первое и второе пространства проницаемой диафрагмой. В каждой из камер размещен электрод, один из которых служит анодом, а другой катодом. Пропускают постоянный ток через воду между анодом и катодом, при этом его величину определяют, исходя из выражения: I = К • С^1/4 • Q, где I - сила тока в амперах (А); С - минерализация исходной воды 0,1 - 1,5 (г/л); Q - расход воды (л/ч);

Формула