СПОСОБ ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ
METHOD FOR ELECTROACTIVATION OF WATER SOLUTIONS OF SALTS

Изобретение относится к технологии обработки водных растворов и может быть использовано для получения электроактивированных средств.
Способы электроактивирования водных растворов находят применение в сельском хозяйстве, медицине.
Электрохимическая активация (ЭХА) воды и водных растворов осуществляется в диафрагменных электролизерах-активаторах под действием постоянного электрического тока. При этом обычно в катодной камере электролизера получают щелочной раствор, а в анодной - кислый раствор. Католит также содержит вещества, обладающие восстановительными свойствами с окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) - 100…-900 мВ (относительно хлорсеребряного электрода сравнения (ХСЭ)); анолит - вещества-окислители с ОВП +300…+1000 мВ. Католит обладает моющими свойствами, анолит - дезинфицирующими. Католит и анолит обладают также биологической активностью [1; Бахир, 1999].
Описан способ ЭХА в6одных растворов хлорида натрия - исходного раствора с концентрацией 5…10%, например, на установках проточного типа «СТЭЛ», выпускаемых НПО «Экран» (г. Москва) [2; 1993]. В комплект установки входит вертикальный диафрагменный электролизер, емкость для исходного раствора, католита и анолита, входной водоструйный насос, выпрямитель, арматура, керамическая диафрагма.
Производительность установки СТЭЛ-МТ-1 по 10 л/ч католита и анолита.
Анолит содержит до 300 мг/л «активного хлора».
Недостатки способа - большой расход соли и необходимость утилизации большого количества растворов хлорида натрия.
Известен способ ЭХА водных растворов солей, например 0,5%-ного раствора сульфата натрия, на проточной установке типа «СТЭЛ» при соотношении скорости протока католита и анолита 0,744…0,942, при удельном расходе количества электричества 0,402 А/ч на 1 л суммарно католита и анолита с ОВП -894 и +1027 мВ (ХСЭ), при температуре 20...25°С, при скоростях протока 6,4…7,1 л/ч [3; RU 2297980, 2005].
Недостатки способа:
- относительно высокий расход солей и количества электричества;
- сложность технологии обслуживания установки и контроля параметров;
- разбавление исследуемого раствора водопроводной водой, что нежелательно.
2
2
Описан способ электроактивации водных растворов солей натрия с использованием растворов солей натрия-сульфата и фосфата с концентрацией 0,09…0,22% и непроточного диафрагменного электролизера-активатора разборного типа [4; RU 2512362, 2014; прототип]. Электролизер снабжен выпрямителем ВСА-5к, который является усовершенствованным прибором «МЕЛЕСТА» цилиндрического типа, вместимостью около 1 л с отдельным элементом - внутренним стаканом (анодная камера), имеющим в стенке диафрагму из пластика. В крышке укреплены электроды - катод из нержавеющей стали и анод типа ОРТА [4]. ЭХА может проводиться до уровня рH в катодной и анодной камерах 11,9 и 2,1. При ЭХА плотность тока на электродах равной поверхности (по 5 см) - 0,08…0,14 А/см, а удельный расход количества электричества 0,208…0,243 А/ч на 1 л католита и анолита.
Недостаток способа - использование относительно дорогостоящих веществ - сульфата натрия и динатрийфосфата, что приводит к увеличению затрат.
Технический результат - разработка способа ЭХА, позволяющего снизить затраты солей, расширить ассортимент ЭХА растворов, часто используемых для обезвреживания вредных микроорганизмов, при обработке сельскохозяйственного сырья.
2
Это достигается тем, что для обработки постоянным электрическим током на установке с непроточным диафрагменным электролизером в качестве исходного раствора используют минеральный концентрат молочной сыворотки, который разбавляют дистиллированной водой в соотношении 1:8… 1:9, загружают их в катодную и анодную камеры и процесс проводят до достижения параметров католита - pH 7,5…8,0; ОВП -600…-650 мВ и анолита - pH 3,0…4,0; ОВП +600…+660 мВ при плотности тока 0,2…0,3 А/см и удельном расходе количества электричества 0,20…0,25 А/ч на 1 л католита и анолита.
Минеральный концентрат молочной сыворотки образуется как побочный продукт при ее электродиализе, который утилизируется лишь частично и сбрасывается в канализацию.
Данный побочный продукт также использовался нами в разработанном ранее способе [4; RU 2512362, 10.04.2014].
Состав минерального концентрата по данным Буденовского молочного комбината и нашим данным, мас.%: сухое вещество 5,0; зола 2,0; кальций 0,97; калий 2,8; магний 0,18; натрий 0,90; фосфаты 0,06; хлориды 2,6; сульфаты 0,35; pH 4,5…5,5; сывороточные белки 0,5%.
2
По предварительным данным нами установлено, что для исключения вспенивания при ЭХА указанный концентрат необходимо разбавлять дистиллированной водой в соотношении 1,8…1:9. При этом при ЭХА могут быть получены католит с pH 7,5…8,0 и ОВП -600…-650 мВ и анолит с pH 3,0…4,0 и ОВП +600…+660 мВ с содержанием «активного хлора» до 300 мг/л. Электроактивацию проводят при плотности тока на электродах 0,2-0,3 А/см.
Пример. Приготавливают исходный раствор путем разбавления минерального концентрата дистиллированной водой в соотношении 1:9, т.е. 100 мл концентрата и 900 мл воды. Загружают в электролизер - в анодную камеру 330 мл, в катодную 660 мл раствора, вставляют крышку с электродами таким образом, чтобы анод был в анодной камере, а катод - в катодной. Подают напряжение 18 В и при температуре 25-30°C проводят ЭХА при соблюдении следующих параметров (табл. 1):
Таблица 1
Параметры для ЭХА
Время, мин
Сила тока, А
Напряжение, В
Температура, °C
0
1,0
18
28
5
1,0
17
10
1,0
17
15
1,0
17
31
Таблица 2
Показатели качества исходного и ЭХА растворов
Растворы
pH
ОВП, мВ (ХСЭ)
Исходный раствор
4,81
+264
Анолит
3,50
+653
Католит
7,80
-625
2
Анолит содержит 284 мг/л «активного хлора». Плотность тока на электродах составляла 0,2 А/см, удельный расход количества электричества 0,25 А/ч на 1 л католита и анолита.
Из приведенных данных отмечено, что предлагаемый способ позволяет снизить затраты за счет использования побочного продукта производства - минерального концентрата от электродиализа молочной сыворотки, снизить сброс побочных продуктов в канализацию (улучшение экологической ситуации), расширить ассортимент ЭХА растворов для обезвреживания вредных микроорганизмов при обработке сельскохозяйственного сырья.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Бахир В.М. Современные технические электрохимические системы для обеззараживания, очистки и активирования воды / М.: ВНИИИМТ, - 1999. - 84 с.
2. СТЭЛ-МТ-1. Руководство оператора с режимно-технической картой. НПО «Экран», М., 1993.
3. RU 2297980, C02F 1/46, 2005.
4. RU 2512362, А25В 4/08.