Электрохимический мембранный генератор раствора гипохлорита натрия

Полезная модель относится к области прикладной электрохимии, в частности для синтеза раствора гипохлорита натрия посредством электролиза раствора хлорида натрия в диафрагменном электролизере, и может использоваться для получения раствора гипохлорита натрия для целей обеззараживания воды в системах водоснабжения и в плавательных бассейнах, а также для дезинфекционной обработки помещений, животноводческих комплексов, в ветеринарии, при переработке сельскохозяйственной продукции.
Известен электродный блок для электролизной установки получения гипохлорита натрия [RU 2073747, C25B 1/26], который содержит как монополярные, так и биполярные электроды, присоединенные к источнику постоянного тока. Электродный блок размещается в резервуаре, который предназначен для циклического электролиза раствора поваренной соли. Данный блок позволяет получить концентрацию активного хлора до 8 г/дм3.
Недостатком данного устройства является периодическая замена исходного материала, что приводит к снижению производительности электролизной установки. Также, при работе такой установки, образующийся на анодах молекулярный хлор при гидролизе не полностью трансформируется в хлорноватистую кислоту и гипохлорит-ион и может быть потерян в виде выделяющегося газообразного хлора, что снижает производительность установки по активному хлору значительно менее 8 г/дм3, вплоть до полного испарения хлора из емкости при несоблюдении ее герметичности. Выделение из раствора хлора снижает безопасность процесса синтеза дезинфицирующего реагента.
Известно устройство для электрохимической обработки воды [RU 173204, C02F 1/46, C25B 9/08], которое включает емкость обрабатываемой воды, двухкамерный диафрагменный электролизер, насос для подачи обрабатываемой воды на электролизер,  и соединительные трубопроводы. Это устройство позволяет вести непрерывный синтез дезинфицирующего реагента в анодной камере (кислородная вода) и щелочного реагента (водородная вода). Однако это устройство предназначено для обработки слабоминерализованной исходной воды, что не позволит получить высокую концентрацию дезинфицирующего реагента.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному решению является установка для обработки циркуляционной воды [RU 18836, C02F 1/46], принятая за прототип. Установка содержит электролизер, разделенный мембраной на анодную и катодную камеры. Анодная камера содержит входной и выходной патрубки, а также монополярный анод, подключаемый к источнику постоянного тока. Катодная камера содержит входной и выходной патрубки, а также монополярный катод, подключаемый к источнику постоянного тока. Резервуар исходного раствора посредством подающего трубопровода присоединен к входному патрубку анодной камеры, выходной патрубок которой посредством трубопровода анолита присоединен к резервуару-смесителю на циркуляционном трубопроводе.
Трубопровод католита, катодная камера, накопительная емкость и насос образуют катодный циркуляционный контур, из которого периодически, посредством отводящего трубопровода, католит отводится в резервуар-смеситель.
У данного решения имеются следующие недостатки: продукты электролиза раствора хлорида натрия из анодной камеры, с одной стороны, обладают дезинфицирующими свойствами, что позволяет их использовать в качестве обеззараживающего и дезинфицирующего средства, с другой стороны, выделение из раствора газообразных высокоактивных форм активного хлора снижает эксплуатационную безопасность таких устройств.
Задача полезной модели повышение безопасности процесса синтеза, т.е. получение раствора гипохлорита натрия, обладающего достаточными бактерицидными свойствами, а также обладающего повышенной эксплуатационной безопасностью.
Поставленная задача решается тем, что в установке для обработки циркуляционной воды, включающий трубопроводы, резервуар раствора хлористого натрия, резервуар раствора гипохлорита натрия, насос для перекачивания раствора, электролизер, разделенный мембранной перегородкой на анодную и катодную камеры, каждая из которых снабжена входными и выходными патрубками, при этом электролизер содержит нерастворимые электроды, присоединенные к источнику постоянного тока. Электрохимический мембранный генератор раствора гипохлорита натрия содержит трубопровод щелочного раствора, соединяющий выходной патрубок катодной камеры и входной патрубок анодной камеры, при этом насос для перекачивания раствора подающим трубопроводом соединяет резервуар раствора хлористого натрия и входной патрубок катодной камеры, а выходной патрубок анодной камеры присоединен к резервуару раствора гипохлорита натрия посредством отводящего трубопровода.
Технический результат заключается в том, что в полученном растворе концентрация активного хлора в виде гипохлорит-иона выше, чем в прототипе, за счет подачи в анодную камеру щелочного раствора из катодной камеры.
На фигуре представлена схема электрохимического мембранного генератора раствора гипохлорита натрия.
Генератор раствора гипохлорита натрия содержит электролизер 1, разделенный мембраной 2 на катодную 3 и анодную 4 камеры. Катодная камера 3 содержит входной 9 и выходной 10 патрубки, а также монополярный катод 5, подключаемый к источнику постоянного тока 8 проводами 7. Катодная камера 4 содержит входной 11 и выходной 12 патрубки, а также монополярный катод 6, подключаемый к источнику постоянного тока 8 проводами 7.
Резервуар исходного раствора 13 посредством подающего трубопровода 14 присоединен к входному патрубку 9 катодной камеры 3 через подающий насос 15. Трубопровод щелочного раствора 16 соединяет выходной патрубок 10 катодной камеры 3 и входной патрубок 12 анодной камеры 4. Выходной патрубок 12 анодной камеры 4 присоединен к резервуару раствора гипохлорита натрия 17 посредством отводящего трубопровода 18.
Электрохимический мембранный генератор раствора гипохлорита натрия работает следующим образом. Исходный раствор хлористого натрия из резервуара 13 исходного раствора хлорида натрия с концентрацией 40 г/дм3 подается насосом 15 на входной патрубок 9 катодной камеры 3 электролизера 1. Величина водородного показателя исходного раствора составляет 7,4. На монополярные нерастворимые электроды анод 6 и катод 5 от источника постоянного тока 8 по проводам 7 подается постоянное регулируемое напряжение, обеспечивающее плотность тока 0,05 А/см2. В результате электролиза водного раствора хлорида натрия в катодной камере происходит образование молекулярного водорода и повышение значения водородного показателя до величины 9-10 единиц рН. Величина увеличения значения рН зависит от концентрации раствора хлористого натрия, плотности тока и времени нахождения в катодной камере. При расходе 5 дм3/ч, величина рН раствора на выходном патрубке 10 катодной камеры 3 составляет 9,2. Образующийся щелочной раствор посредством трубопровода щелочного раствора 16 направляется на входной патрубок 11 камеры 4. В результате электролиза водного раствора хлорида натрия в анодной камере 4 электролизера 1 образуется активный хлор, представленный в виде молекулярного хлора, который гидролизуется с образованием соляной и хлорноватистой кислоты. В щелочной среде, обусловленной подачей в анодную камеру 4 щелочного раствора из катодной камеры 5, протекают процессы нейтрализации соляной и хлорноватистой кислоты с образованием гипохлорита натрия в концентрации 8-9 г/дм3 и значением водородного показателя на уровне 8,1-8,2 и более. При таких значениях водородного показателя раствор гипохлорита натрия более чем на 80% содержит гипохлорит-ион, что обеспечивает эксплуатационную безопасность получения гипохлорита натрия и увеличивает сроки хранения полученного реагента. Полученный раствор гипохлорита натрия с содержанием гипохлорит-иона более 80%, из анодной камеры 4 электролизера 1 поступает в резервуар раствора гипохлорита натрия.