СПОСОБ ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
METHOD FOR ELECTROACTIVATION OF AQUEOUS SOLUTIONS

Изобретение относится к технологии обработки водных растворов и может быть использовано для получения электроактивированных растворов.
Электроактивированная вода и водные растворы применяют в сельском хозяйстве, медицине, промышленности.
Электроактивирование осуществляют путем обработки растворов в диафрагменных электролизерах-активаторах с помощью постоянного электрического тока. При этом в катодной камере обычно получают щелочной раствор-католит - с рН 8…12 и окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) -200…-900 мВ (относительно хлорсеребряного электрода сравнения - ХСЭ), в анодной камере - кислый раствор - анолит с рН 2…5 и ОВП+300…+1200 мВ [1].
Описан способ электроактивирования водного раствора поваренной соли (хлорида натрия с концентрацией 5…10%, например, на установке типа СТЭЛ-МТ-1 (изготовитель НПО «Экран», г.Москва) [2].
В комплект установки входит вертикальный диафрагменный электролизер-активатор, емкости для исходного водного раствора католита и анолита, соединительные трубки и арматура. Электролизер включает коаксиально-расположенные электроды (стержень и цилиндр), керамическую диафрагму между ними, которые закреплены в нижней и верхней втулках с каналами для подачи и отвода жидкостей и прокладками, а также водоструйный насос на входе для подачи исходного раствора из исходной емкости в катодную и анодную камеры. Электроды изготовлены из коррозионно-стойких материалов, например, катод - из титана, анод - из титана с покрытием из оксидов титана и рутения (ОРТА). Для наработки, в частности, анолита - дезинфицирующего раствора в качестве исходного используют 5...10%-ные водные растворы поваренной соли. После промывки систем шланг водоструйного насоса соединяют с краном водопроводной сети и подают исходный раствор на вход электролизера, подают напряжение, силу тока устанавливают в пределах 5…7,5 А и поток католита и анолит до 10 л/ч. Получают анолит, содержащий оксидантов до 300 мг/л в расчете на активный хлор, который используют по назначению. Недостатки способа: относительно большой расход поваренной соли.
Известен способ электроактивирования водных растворов солей - хлорида, сульфата, ацетата натрия или хлорида аммония с концентрацией 0,5-0,95% на установке типа СТЭЛ при соотношениях скоростей протока католита и анолита 0,744…0,942. Получают католит и анолит с рН 9,2…10,4 и 1,8…5,0 и ОВП -720…-894 мВ и +903…+1189 мВ соответственно. Содержание в анолите оксидантов - до 400 мг/л (прототип) [3]. Недостатки способа: повышенное содержание оксидантов, особенно, активного хлора, в анолитах, отработанных анолитах, повышенные затраты на нейтрализацию отработанных растворов, резкий запах оксидантов (особенно активного хлора), что ухудшает экологическую ситуацию процесса.
Технический результат - разработка способа электроактивирования водных растворов с более благоприятными условиями труда, снижение затрат, расширение ассортимента электроактивированных растворов.
2
Это достигается тем, что в качестве исходных растворов используют 0,6-0,9%-ные водные растворы глицина при скоростях протока католита и анолита 3,0…6,0 л/ч, электроактивацию осуществляют при плотностях тока 40-120 А/м на установке типа СТЭЛ при температурах 18-25°С. Электроактивацию исходных растворов проводят постоянным электрическим током в проточном диафрагменном электролизере с раздельным вводом в катодную и анодную камеры и выходом из них. Исходные растворы вводятся в электролизер с помощью водоструйного насоса, встроенного в него на вводе.
В этих условиях получают анолит и католит со следующими показателями качества (включая исходный)
pН
ОВП, мВ
Содержание оксидантов в растворе в пересчете на активный кислород, мг/л
исходный раствор
5,0…5,7
+200…+368
-
католит
7,8…8,5
-144…-310
-
анолит
4,4…4,7
+380…+540
8,3…10,1
при удельном расходе количества электричества 0,05-0,06 А·ч/л.
2
2
3
2
-
Выбор исходного раствора связан с тем, что глицин обладает способностью существования в различных формах: НNСНСООН↔NНСНСОО.
Это позволяет активировать обе функциональные группы: аминогруппу и карбоксильную группу, что усиливает бактерицидный эффект от использования анолита, 6,9-10,8% глицина при этом разлагаются, превращаясь в соединения, не содержащие азота.
Использование раствора глицина позволяет также снизить образование на поверхностях, подвергаемых дезинфекции, твердого остатка, характерного для варианта использования в исходных растворах солей.
Пример 1
2
На установке типа СТЭЛ-МТ-1 подвергали электроактивированию 0,9% раствор глицина при силе тока 0,6 А (плотности тока на аноде и катоде в пределах 80…120 А/м), скоростях протока 5,2 л/ч католита и 5,6 л/ч анолита при температуре 20-25°С. Качество растворов:
pН
ОВП, мВ
Содержание оксидантов в растворе в пересчете на активный кислород
католит
8,5
-144
-
анолит
4,7
+540
10,1
исходный раствор
5,0
+368
-
Снижение количества глицина по сравнению с исходным 10,8%, удельный расход количества электричества 0,06 А·ч/л. Анолит имеет слабый специфический запах.
Пример 2
2
По примеру 1 проводили электроактивацию водного 0,6%-ного раствора глицина при силе тока 0,3-0,4 А (плотность тока на электродах 40-60А/м), скоростях протока католита 3,5 л/ч, анолита 3,5 л/ч при температуре 18-20°С, получили растворы следующего качества:
рН
ОВП, мВ
Содержание оксидантов в растворе в пересчете на активный кислород
католит
7,8
-310
-
анолит
4,4
+380
7,1
исходный раствор
5,7
+200
-
Снижение количества глицина по сравнению с исходным 6,9%. Удельный расход количества электричества 0,05 А·ч/л. Анолит обладает слабым специфическим запахом.
Изменения режима электроактивации может привести к ухудшению показателей качества и эффективности.
Таким образом, разработанный способ позволяет создать более благоприятные условия труда работающих, снизить затраты, расширить ассортимент, электроактивированных растворов.
Источники информации
1. Бахир В.М. Современные технические электрохимические системы для обеззараживания, очистки и активирования воды. М: ВНИИИМТ, 1999, 84 с.
2. Установка СТЭЛ-МТ-1. Руководство оператора. Режимно-технологическая карта. НПО «Экран», Москва, 1993.
3. Пат.2297980, 2005, МКИ С 02 F 1/46.