устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов

Формула изобретения

1. Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов электролизом водного раствора хлорида натрия, содержащее по меньшей мере одну электрохимическую ячейку, выполненную из вертикальных коаксиальных цилиндрического и стержневого электродов, установленных в диэлектрических втулках, коаксиальной керамической ультрафильтрационной диафрагмы, установленной во втулках между электродами и разделяющей межэлектродное пространство на электродные камеры, причем в нижней и верхней втулках выполнены соответственно каналы для подвода и отвода обрабатываемого раствора в электродные камеры, приспособления для подвода и отвода обрабатываемого раствора, соединенные соответственно с каналами нижней и верхней втулок, линию подачи воды с установленным на ней приспособлением для дозирования хлорида натрия в воду, соединенные с приспособлением для подвода обрабатываемого раствора в электродные камеры, источник тока, положительный и отрицательный полюса которого соединены с электродами, отличающееся тем, что линия подвода обрабатываемого раствора соединена с камерой отрицательного электрода, вывод камеры отрицательного электрода соединен дополнительной линией с входом в камеру положительного электрода и на дополнительной линии установлено приспособление для обеспечения возможности отвода части дегазированного обработанного раствора из камеры отрицательного электрода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на дополнительной линии установлена емкость с катализатором с входом в верхней и выходом в нижней частях.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что емкость с катализатором содержит смесь частиц углерода и диоксида марганца.

4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что приспособление для отвода дегазированного раствора выполнено, например, в виде сепаратора с тангенциальным вводом.

5. Устройство по пп.1 4, отличающееся тем, что приспособление для подвода и отвода обрабатываемого раствора выполнены в виде коллекторов и снабжены средствами для параллельного соединения двух и более ячеек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, в частности к устройствам для электрохимической обработки воды с целью ее очистки и регулирования кислотно-основных, окислительно-восстановительных свойств и каталитической активности, и может быть использовано для получения моющих и дезинфицирующих растворов.

В прикладной электрохимии используются электролизеры различных конструкций, обеспечивающие обработку воды или получение моющих и дезинфицирующих растворов.

Известно устройство для раздельного получения воды, обработанной в катодной и анодной камерах католита и анолита из подсоленной воды, использующихся соответственно в качестве моющегося и обеззараживающего растворов в медицине.

Устройство включает в себя диафрагменный проточный электролизер с плоскими электродами и блок питания, совмещенный с блоком управления.

Недостатком известного решения является неудовлетворительная гидродинамика, смешение продуктов анодных и катодных электрохимических реакций при использовании диафрагмы большой протекаемости, а также большие затраты ручного труда при сборке и ремонте электролизера с плоскими электродами.

Известно устройство для электролизера воды, которое состоит из цилиндрического электролизера с коаксиально расположенными в электрических втулках электродами и диафрагмой между ними, разделяющей внутреннее пространство на катодную и анодную камеры. Каждая камера имеет отдельный вход в нижней и отдельный выход в верхней втулках электролизера, сообщающиеся с подводящими и отводящими гидравлическими линиями для протока воды под давлением. В состав устройства входит источник постоянного тока, соединенный с электродами электролизера через коммутационный узел, обеспечивающий возможность перемены полярности электродов для устранения катодных отложений с одновременным переключением гидравлических линий, обеспечивающих постоянное поступление растворов из анодной и катодной камеры без смешения. Отмечено, что в процессе эксплуатации данного устройства возможно получение электрохимически обработанной воды с бактерицидными свойствами.

Недостатками известного решения являются большие энергопотери при обработке воды, особенно при обработке воды с изменяющейся во времени минерализацией. Чем шире диапазон возможных изменений минерализации воды, тем выше должна быть электрическая мощность используемого источника постоянного тока.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство для электрохимической обработки воды.

Устройство содержит по крайней мере одну электрохимическую ячейку, выполненную из вертикальных коаксиальных цилиндрического и стержневого электродов, установленных в диэлектрических втулках, ультрафильтрационной диафрагмы из керамики на основе оксида циркония, коаксиально установленной во втулках между электродами. Геометрические размеры ячейки удовлетворяют определенным соотношениям.

Ячейки особым образом закреплены в нижнем и верхнем коллекторах из диэлектрического материала с подводящими каналами, причем ячейки, установленные в коллекторах, соединены параллельно гидравлически и параллельно или последовательно-параллельно электрически.

Электроды ячейки соединены с полюсами источника тока таким образом, что цилиндрический электрод является анодом, а стержневой электрод катодом. Устройство содержит источник обрабатываемой воды, с которым электродные камеры соединены параллельно, регуляторы расхода, установленные на линиях подачи воды в электродные камеры на линии отвода воды из анодной камеры. Устройство также содержит водоструйный насос для дозирования реагента, поступающего из емкости, установленной на линии подачи воды, емкости с катализатором и гидравлическую обвязку, источник тока, соединенный через узел коммутации с электродами. Раствор, обработанный в анодной камере является дезинфицирующим, обработанный в катодной камере применяется как моющий.

Однако процесс обработки воды в данном устройстве связан со сравнительно большими энергозатратами, кроме того, требует значительного количества реактивов на промывку ячеек.

Целью изобретения является снижение энергозатрат, расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения интервалов изменения свойств анолита и католита, в частности за счет увеличения биоцидных свойств растворов при снижении их коррозионной активности.

Цель достигается тем, что устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов электролизом водного раствора хлорида натрия, содержащее, по меньшей мере одну электрохимическую ячейку, выполненную из вертикальных коаксиальных цилиндрического и стержневого электродов, установленных в диэлектрических втулках, коаксиальной керамической ультрафильтрационной диафрагмы, установленной во втулках между электродами и разделяющей межэлектродное пространство на электродные камеры, причем в нижней и верхней втулках выполнены соответственно каналы для подвода и отвода обрабатываемого раствора в электродные камеры, приспособления для подвода и отвода обрабатываемого раствора, соединенные соответственно с нижней и верхней втулками, линию подачи воды с установленными на ней приспособлением для дозирования хлорида натрия в воду, соединенную через регулятор расхода с приспособлением для подачи раствора в электродные камеры, источник тока, положительный и отрицательный полюса которого соединены с электродами, а линия подвода обрабатываемого раствора соединена с камерой отрицательного электрода, причем вывод камеры отрицательного электрода соединен дополнительной линией с входом в камеру положительного электрода и на этой линии установлено приспособление для обеспечения возможности отвода части дегазированного обработанного раствора из камеры отрицательного электрода, на дополнительной линии установлена емкость с катализатором с входом в верхней и выходом в нижней части, которая содержит смесь частиц углерода и диоксида марганца, приспособление для отвода дегазированного обработанного раствора выполнено, например, в виде сепаратора с тангенциальным вводом, кроме того, приспособления для подвода и отвода обрабатываемого раствора выполнены в виде коллекторов и снабжены средствами для параллельного соединения двух и более ячеек.

В прикладной электрохимии известно последовательное прохождение обрабатываемым раствором катодной и анодной камер. Однако в известном решении последовательность потока воды через электродные камеры определяется исходя из требований к ее очистке от ионов тяжелых металлов и основным процессом, протекающим в камерах, являются процессы изменения pH, причем в значительных размерах. В частности, в катодной камере до достижения pH, превышающих значения pH гидратообразования, с последующим отделением осадка на фильтре и подкислением в анодной камере.

В предложенном решении существенным является то, что раствор, обработанный в катодной камере вместе с выделившимся водородом направляют в анодную камеру. При этом регулирование pH не играет основную роль, так как pH изменяется незначительно, а основой процесса являются окислительно-восстановительной реакции на электродах и в объеме раствора, которые позволяют получить моющие и дезинфицирующие растворы с заданными свойствами.

На фиг. 1 и 2 представлены варианты технологических схем электрохимического синтеза моющих и дезинфицирующих растворов: на фиг. 1 - вариант соединения дополнительной линией вывода камеры отрицательного электрода с входом камеры положительного электрода; на фиг. 2 вариант включения катализатора на специальной линии соединения.

Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов (фиг. 1 и 2) содержит электрохимическую ячейку 1, в качестве которой может быть использована электрохимическая ячейка, описанная в прототипе (заявка PCT WO 93/20014), вертикальные коаксиальные электроды (анод и катод) которой соединены с полюсами источника тока (не показан). Керамическая диафрагма, установленная также коаксиально между электродами, разделяет межэлектродное пространтство на электродные камеры анодную и катодную. Катодная камера соединена линией подвода 2 обрабатываемого раствора, включающей линию подачи воды 3 и линию подачи солевого раствора 4. При этом вывод камеры отрицательного электрода (катодная камера) соединен дополнительной линией 5 с входом камеры положительного электрода. На линии 5 установлено приспособление 6 вентиль "Католит" для обеспечения возможности отвода части дегазированного обработанного раствора из камеры отрицательного электрода, выполненное, например, в виде сепаратора с тангенциальным вводом. На дополнительной линии 5 может быть (фиг. 2) установлена емкость с катализатором, содержащая смесь частиц углерода и диоксида марганца, который позволяет за счет регулирования содержания "активных" соединений католита направленно изменять свойства анолита, снимая его коррозионную активность.

Устройство работает следующим образом.

Исходный обрабатываемый раствор, содержащий воду и хлорид натрия в необходимых соотношениях, поступает в камеру отрицательного электрода (катодную) электрохимической ячейки 1. Количество хлорида натрия в воде определяется условиями решаемой задачи. Включается источник тока. Далее на протекаемый процесс влияет состояние вентиля "Католит" 6(К).

При закрытом вентиле "Католит" (К) весь объем вместе с водородом, выделившимся в процессе электролиза, поступает в анодную камеру.

Реакция



В результате биоцидная активность анолита увеличивается, коррозионная активность снижается (pH 7,2-7,6).

Если вентиль "К" приоткрывается и отводится часть дегазированного католита, то возрастает удельное количество электричества на получение анолита



Включение емкости с катализатором позволяет за счет нейтрализации части "активных" соединений католита увеличить полезную нагрузку в анодной камере, так как часть тока, расходуемая ранее на нейтрализацию активных соединений католита, включается в "полезную" работу по изменению свойств анолита, что позволяет без существенного изменения pH увеличить его биоцидную активность.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример. Для обработки воды использовалась ячейка, описанная в патенте PCT WO 93/20014 с электродами из титана с платиновыми или платино-иридиевыми покрытиями и керамической ультрафильтрационной диафрагмой. Обработке подвергался раствор, содержащий 2 г/л хлорида натрия при расходе электроэнергии 1,8 кВт/л.

При закрытом вентиле 6 (вентиль "Католит") и подаче всего раствора из катодной камеры вместе с выделившимся водородом бактерицидная активность анолита составила 16 мин, а его коррозионная активность 10 мм/г. (Биоцидная активность оценивалась по времени (мин) обеззараживания 1 л воды, содержащей бактерии группы E coli в концентрации 110⁷ кг/л при добавлении в воду 1 мл анолита с содержанием соединений активного хлора 300 мг/л.

Коррозионная активность определялась по скорости коррозии образцов металла (Ст. 3) весовым методом и пересчитывалась в стандартный показатель мм в год).

Анолит имел pH 8,5 и ОВП +780 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения. При отводе части дегазированного католита, т.е. при открытом вентиле" 6 и отводе 10% католита, анолит имел следующие характеристики:

Биоцидная активность, мин 13

Коррозионная активность, мм/год 1,9

pH 6,5

ОВП, мВ +860 относительно хлорсеребряного электрода сравнения

При этом было выработано количество католита с pH 8,0, ОВП 650 мВ, которое может быть использовано в качестве моющего раствора.

При использовании на дополнительной линии емкости с углерод-диоксид марганцевым катализатором был получен анолит, обладающий следующими характеристиками (табл. 1).

По прототипу характеристики получаемых растворов приведены в табл. 2.

Как показывают представленные данные, предлагаемое решение позволило получать бактерицидный раствор (анолит), функциональные возможности которого шире, чем в прототипе, за счет более точного регулирования изменений его параметров, повышения биоцидной активности при одновременном снижении коррозионной активности.