УСТАНОВКА ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРСОДЕРЖАЩИХ РЕАГЕНТОВ И ФЕРРАТА НАТРИЯ

Полезная модель относится к области химического производства, в частности к оборудованию, предназначенному для комплексного получения хлорсодержащих реагентов и феррата натрия, применяемых для обеззараживания питьевой воды и очистки (путем коагуляции) промышленных, сельскохозяйственных и других стоков.
С точки зрения окислительного потенциала различных реагентов, применяемых на практике, наиболее эффективными являются хлор, диоксид хлора, озон, перекись водорода, перманганат и феррат (VI). Однако, несмотря на высокий потенциал всех перечисленных реагентов, с позиции экономической рентабельности, разработанности технологии и широты практического применения на первом месте находятся хлорсодержащие реагенты. Вместе с тем, последние 10-15 лет особое внимание исследователей и практиков привлекает феррат натрия (VI), обладающий самым высоким окислительным потенциалом, превосходящим даже озон, бактерицидное действие которого, кстати, весьма непродолжительно.
Аппаратное оформление технологий получения растворов как хлорсодержащих реагентов, так и феррата сводится к использованию электролизных установок.
Так, известна конструкция электролизера по патенту RU 113735, включающего блок подготовки рабочих растворов, блок подачи и дозирования рабочих растворов, блок управления и энергетики, электролизер мембранный, блок хлорирования и баки-накопители щелочи.
Описанное устройство обеспечивает получение анолита, представляющего смесь активных веществ (газообразного хлора, диоксида хлора, синглетного кислорода), предназначенных для обеззараживания воды. Он обладает минимальным (IV) классом токсичности, является метастабильным, не накапливается в среде, а по истечении срока действия (не менее 30 дней) самодеградирует до обычной пресной воды с минерализацией не более 1 г/л. Он не требует дезактивации и утилизации, является экологичным и не наносит вред окружающей среде. Анолит эффективен против всех патогенных микроорганизмов, включая бактерии, вирусы, микобактерии, возбудители анаэробных инфекции, возбудители особо опасных инфекций, грибы, споры.
Недостатками такого устройства являются:
- необходимость сбора щелочи в промежуточную емкость, что обуславливает соблюдение требований, регламентирующих хранение концентрированной щелочи, и дополнительные расходы на ее хранение и утилизацию;
- хлорсодержащие реагенты не способны разлагать устойчивые токсичные химические вещества до малотоксичных продуктов, адсорбировать ионы тяжелых металлов, радионуклиды, частицы суспензий и органические остатки, т.е. не обеспечивают дополнительную очистку воды путем коагуляции загрязнителей.
Перспективной тенденцией последнего времени является сочетание производств наиболее эффективных окислителей и их совместное использование, представленное в виде технического решения, выбранного в качестве прототипа, которым является установка для получения хлорсодержащих реагентов и феррата натрия, предназначенная для обеззараживания (стерилизации) балластных вод [KR 101202765]. Она включает электролизные блоки для получения гипохлорита (электродиализатор) и феррата (электролизер), стерилизатор с гипохлоритом и стерилизатор с ферратом, резервуар хлорида натрия, резервуар для воды, а также систему насосов и трубопроводов для подачи различных реагентов в электродиализатор и в электролизер. Электродиализатор состоит из ванны, анодной пластины, отделенной ионообменной мембраной от катодной пластины, и подающих труб. Электродиализатор вырабатывает гипохлорит (NaClO) и каустическую соду (NaOH). Электролизер для получения феррата состоит из ванны, катодной пластины, железосодержащего анода и подающих труб. Из электродиализатора щелочь по трубопроводу подается в электролизную ванну для электролитического разложения железа для получения феррата. Напряжение на электродах составляет 2-3 V. Блок стерилизации гипохлоритом стерилизует соленую воду. Блок стерилизации ферратом добавляет феррат в первично стерилизованную воду для вторичной стерилизации.
К недостаткам прототипа следует отнести следующие:
- большие затраты и меньший выход по току при мембранном производстве гипохлорита на месте потребления по сравнению с мембранным электролизом анолита;
- гипохлорит является более слабым окислителем, чем хлор;
- при использовании гипохлорита время обеззараживания больше, чем время обеззараживания хлором.
Таким образом, задачей полезной модели является повышение эффективности работы комплексной установки за счет использования в качестве хлорсодержащего окислительного реагента анолита и сопутствующее этому повышение производительности установки, а также повышение безопасности ее работы.
Поставленная задача достигается за счет того, что в установке для комплексного получения хлорсодержащих реагентов и феррата натрия, включающей подключенные к источнику тока хлорный и ферратный электролизные блоки, предназначенные для получения хлорсодержащих реагентов и феррата соответственно, хлорный электролизный блок снабжен ионообменной мембраной, разделяющей его на катодную и анодную камеры, последняя из которых сообщена с емкостью приготовления солевого раствора, а катодная - с емкостью, содержащей воду, и через промежуточный бак для накопления щелочи связан с ферратным электролизным блоком. При этом катодная и анодная камеры хлорного блока снабжены сепараторами водорода и хлора соответственно, а анодная камера через сепаратор хлора связана с трубопроводом очищаемых вод.
Камера ферратного электролизного блока, содержащая катод и железосодержащий анод, посредством промежуточного бака для накопления щелочи соединена с катодной камерой хлорного электролизного блока.
Технический результат полезной модели состоит в том, что хлорный электролизный блок использован как источник анолита за счет введения в его конструкцию сепаратора хлора и в повышении безопасности ее работы за счет введения сепаратора водорода.
На прилагаемом к описанию полезной модели рисунке дано схематическое изображение предлагаемой установки для получения хлорсодержащих реагентов и феррата натрия.
Установка для комплексного получения хлорсодержащих реагентов и феррата натрия содержит два модуля: Ml и М2.
Модуль Ml для получения хлорсодержащих реагентов в виде анолита состоит из источника постоянного тока 1, емкости 2 для приготовления солевого раствора, электролизного блока 3 (хлорный электролизер), полость которого посредством ионообменной мембраны 4 разделена на анодную и катодную камеры, снабженные двумя электродами - анодом 5 и катодом 6 соответственно. Модуль Ml снабжен устройствами дозирования солевого раствора и воды (7) в анодную и катодную камеры соответственно, емкостями 8 и 2, содержащими воду для подачи в катодную камеру и солевой раствор для подачи в анодную камеру соответсвенно, а также промежуточным баком 9 для накопления щелочи. Катодная камера сообщена с сепаратором 10 водорода, а анодная камера через сепаратор 11 хлора соединена с трубопроводом ОВ, транспортирующим обрабатываемые воды.
Модуль М2 для получения феррата состоит из электролизной ванны 13, катодной пластины 15, железосодержащего анода 14 и подающих труб. Напряжение на электроды подается источником питания 12. Блок стерилизации ферратом 16 добавляет феррат в обрабатываемые воды ОВ.
+
Модуль Ml. Холодная вода из городской сети водоснабжения поступает в емкости 2 и 8. В емкость 2 через открытую крышку предварительно засыпается соль до максимальной отметки. Прохождение воды через слой соли на дне емкости дает насыщенный раствор с концентрацией NaCl 300-330 г/л. Из емкости 2 насыщенный солевой раствор подается в анодную камеру хлорного электролизера 3. Холодная вода из емкости 8 поступает в катодную камеру этого электролизера. В последнем при температуре до 90 градусов из анодной камеры ионы Naчерез ионообменную мембрану 4 попадают в катодную камеру, где вырабатывается раствор щелочи NaOH с концентрацией 20-35%. В анодной камере хлорного электролизера 3 вырабатывается анолит, содержащий активный хлор и соединения хлора. Для протекания реакции на электроды хлорного электролизера 3 подается от источника 1 ток до 60 А при напряжении до 4 В. Из хлорного электролизера 3 анолит и католит поднимаются в сепараторы 11 и 10 соответственно. В сепараторе 11 происходит всасывание верхнего слоя анолита, содержащего наибольшее количество хлора, в систему транспортировки обрабатываемых вод ОВ для их обеззараживания и/или очистки. В сепараторе 10 из католита выделяется газообразный водород и удаляется в наружное пространство, то есть за пределы здания. Католит, состоящий из раствора щелочи с концентрацией 20-35%, подается в промежуточный бак 9, а оттуда в модуль М2 для производства феррата.
Модуль М2. Из модуля M1 через промежуточный бак 9 щелочь по трубопроводу подается в электролизную ванну 13. Для электролитического разложения железа для получения феррата на электроды ферратного электролизера 13 подается от источника 12 ток при напряжении до 4 В. В результате электрохимического разложения анода образуется феррат, который из блока стерилизации ферратом поступает в обрабатываемые воды ОВ.