Patent RU-70896-U1 (RU)
Title: Электролизер
IPC: C25B9/00
Filed: 2007-08-03
Granted: 2008-02-20
Abstract: Практика обеззараживания питьевой воды хлорированием, получившая в России начало и развитие в Петербурге в начале 20-х годов прошедшего столетия, практически решила проблему эффективного санитарного обеспечения водоснабжения населенных мест. Однако обеззараживание воды газообразным хлором, завозимым на водоочистные станции в баллонах и цистернах в сжиженном виде, имеет ряд недостатков, среди которых самым существенным является способность хлора в случае утечки поражать не только обслуживающий персонал, но и население прилегающей к водоочистной станции территории. Это обусловлено летучестью и ядовитыми свойствами хлора и представляет реальную опасность для городов и населенных пунктов. 
     В последние десятилетия во всем мире все шире применяется раствор гипохлорита натрия NaClO, содержащий активный хлор, равноценный по своим дезинфицирующим и стерилизующим качествам чистому хлору. Его применение практически снимает все опасные и вредные производственные факторы, присущие использованию жидкого и газообразного хлора- сильнодействующего ядовитого вещества. 
     К достоинствам применения гипохлорита натрия относится возможность получения его непосредственно на месте потребления путем электролиза дешевого и доступного сырья - хлорида натрия (поваренной соли). При этом раствор гипохлорита натрия, получаемый электрохимическим методом (марка Э по ТУ 6-01-29-93) является наиболее чистым и малотоксичным продуктом (класс опасности -4 по ГОСТ 12.1.007-76) и имеет самую высокую эффективность. 
     Разработанные и производимые установки получения гипохлорита натрия имеют различную производительность и различное назначение. Они могут быть использованы: 
     - для обеззараживания природных и сточных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении; 
     -для дезинфекции оборудования, помещений и сооружений в отраслях пищевой промышленности, в медико-санитарных учреждениях, предприятиях общественного питания, санаториях и домах отдыха, детских учреждениях, плавательных бассейнах и других объектах; 
     - для отбеливания; 
     - для предотвращения биообрастания в системах водяного обогрева и охлаждения. 
     В настоящее время наиболее перспективным методом является метод обеззараживания воды с использованием электролитического гипохлорита натрия, получаемого на месте потребления путем электролиза растворов хлоридов. 
     Технологические схемы электролизных установок могут быть как проточные, так и периодического действия. При использовании проточных электролизеров появляется возможность сократить затраты на обслуживание установок, т.к. здесь значительно легче управлять процессом. 
     В зависимости от вида используемого сырья электролизные установки можно разделить на установки для электролиза искусственно приготовленного раствора и для электролиза природных рассолов. 
     Расход поваренной соли у прямоточных установок, как правило, несколько больше, чем у периодического действия. Однако их изготовление и условия эксплуатации значительно проще. Поэтому такие установки зачастую используют на объектах небольшой пропускной способности, когда некоторый перерасход соли оправдан простотой их конструкции и обслуживания. 
     Достоинства электролитического гипохлорита натрия как эффективного бактерицидного агента, простота и надежность электролизных установок, а также заинтересованность потребителей в применении безопасного электрохимического метода обеззараживания воды привели к созданию огромного числа самых разнообразных по своей конструкции электролизеров. 
     Электрохимический способ получения гипохлорита натрия основан на получении хлора путем электролиза водного раствора хлорида натрия (NaCl) и его взаимодействия со щелочью в электролизере, в котором протекают окислительно-восстановительные реакции. Сущность процесса заключается в следующем: 
     На аноде идет разряд ионов хлора (процесс окисления): 2Сl-=Сl2+2е-Выделяющийся хлор растворяется в электролите (NaCl) с образованием хлорноватистой и соляной кислот: Сl2+Н2O=НСlO+НСl 
     На катоде происходит разряд молекул воды (процесс восстановления); H2О+е-=ОН-+Н+ 
     Атомы водорода после рекомбинации выделяются из раствора в виде газа, оставшиеся же в растворе ионы ОН- образуют возле катода с ионами Na+щелочь. 
     Вследствие перемешивания анолита с католитом происходит взаимодействие хлорноватистой кислоты со щелочью с образованием сипохлорита натрия: 
     HClO+NaOH-NaClO+H2O 
     Если все количество щелочи, образующееся на катоде, будет поступать к аноду, то процесс электролиза протекает только с образованием раствора гипохлорита натрия. 
     Получающийся гипохлорит натрия в значительной степени диссоциирует с образованием ионов СlO-, которые способны к дальнейшему анодному окислению с образованием хлорат-иона СlO3-: 
     6СlO-+6OН--6е-=6Н2O+4Сl-+2СlO3-+1,5O2 
     Концентрация ионов С10- существенно влияет на дальнейший ход электролиза. Ионы СlO- разряжаются при значительно меньших потенциалах анода, чем ионы Сl-, поэтому уже при незначительных концентрациях гипохлорита натрия на аноде начинается совместный разряд ионов Сl- и СlO-. 
     Образование хлората может протекать и химическим путем по реакции: 
     2НСlO+СlO-=СlO3-+2Сl-+2Н+ 
     Получаемый раствор гипохлорита натрия достаточно стоек и может длительное время хранится без значительного разложения при соблюдении следующих факторов: 
     1. низкая температура (не более 20 градусов С); 
     2. исключение воздействия света; 
     3. отсутствие ионов тяжелых металлов; 
     4. значение водородного показателя рН не менее 10; 
     Разряд ионов Сl- приводит к образованию гипохлорита натрия с постепенно увеличивающейся концентрацией, а разряд ионов СlO- уменьшает его концентрацию. 
     При достаточной длительности электролиза скорости этих двух процессов становятся одинаковыми (v1=v2) и дальнейший рост концентрации образующегося гипохлорита натрия прекращается. 
     Поэтому задачей получения гипохлорита натрия является осуществление процесса электролиза в таких условиях, при которых равновесная концентрация гипохлорита натрия наступала бы как можно позднее. Очевидно, что этим условиям будут благоприятствовать все факторы, облегчающие разряд ионов Сl- и затрудняющие разряд ионов СlO-.