Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов

 

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. Целью изобретения является снижение энергозатрат, расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения интервалов изменения свойств анолита и католита, при одновременном уменьшении расхода соли. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для получения моющих и дезинфицирующих растворов электролизом водного раствора хлорида натрия, содержащем 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, с каналами для подвода и отвода обрабатываемого раствора в электродные камеры соответственно в нижней и верхней втулках, имеющим источник тока, положительный и отрицательный полюса которого соединены с электродами, на линии подвода воды после приспособления для дозирования хлорида натрия в воду установлен смеситель, соединенный с компрессором для подачи воздуха. Кроме того, приспособления для подвода и отвода обрабатываемого раствора выполнены в виде коллекторов и снабжены средствами для параллельного соединения двух и более ячеек. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

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 моющего и обеззараживающего растворов в медицине /1/. 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 электролиза воды /2/, которое состоит из цилиндрического электролизера с коаксиально расположенными в диэлектрических 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 /3/.

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 и отводящими каналами в камеры, 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, источник обрабатываемой воды, с которым электродные камеры соединены параллельно, регуляторы расхода, установленные на линиях подачи воды в электродные камеры и на линии отвода воды из анодной камеры. Устройство также содержит водоструйный насос для дозирования реагента, поступающего из емкости, установленный на линии подачи воды, емкости с катализатором, гидравлическую обвязку и источник тока, соединенный через узел коммутации с электродами. Раствор, обработанный в анодной камере, имеет бактерицидные свойства, а обработанный в катодной камере, моющие свойства.

Однако процесс обработки воды в данном устройстве связан со сравнительно большими энергозатратами.

Целью изобретения является снижение энергозатрат, рсширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения интервалов изменения свойств анолита и католита, при одновременном уменьшении расхода соли.

Поставленная 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 установленным на ней приспособлением для дозирования хлорида натрия в воду, соединенную с приспособлением для подачи обрабатываемого раствора в электродные камеры, источник тока, положительный и отрицательный полюса которого соединены с электродами через узел коммутации и на линии подвода воды после приспособления для дозирования реагента установлен смеситель, соединенный с компрессором для подачи воздуха. 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 использование сжатого воздуха, подаваемого в межэлектродное пространство в процессе очистки воды, в частности в способе очистки сточных вод от органических примесей (4).

Способ заключается в том, что при очистке сточных вод от органических примесей в пространство между электродами, заполненное твердой засыпкой в виде гранулированной алюминиевой фольги, в процессе очистки подают сжатый воздух.

Однако в известном решении воздух подается в межэлектродное пространство для псевдоокисления засыпки, кроме того, в известном решении указано, что очистка происходит за счет образования электродуговых разрядов между частицами алюминиевой фольги, что говорит о том, что расход воздуха должен быть достаточно большим, и основная его часть проходит через межэлектродное пространство в виде пузырей для увеличения сопротивления и обеспечения условий возникновения электрических разрядов.

В предложенном устройстве расход воздуха небольшой, объемное соотношение воздух-раствор составляет (1-3): 1 и предусматривает растворение его в обрабатываемой воде с небольшим избытком. Сочетание компрессора и смесителя обеспечивает эффективное растворение и образование микропузырьков за счет избыточного воздуха, что приводит к изменению свойств обрабатываемого раствора. Для достижения одних и тех же значений pH и окислительно-восстановительного потенциала можно использовать раствор соли (хлорида натрия) меньшей концентрации, но насыщенный воздухом. Это также уменьшает расход электроэнергии на получение растворов с одинаковыми характеристиками.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов (фиг. 1) 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 (на чертеже не показан). Керамическая диафрагма, установленная коаксиально между электродами, разделяет межэлектродное пространство на электродные камеры анодную и катодную. Электродные камеры параллельно соединены с линией ввода 2 обрабатываемого раствора, в которую после приспособления для дозирования реагента 3, подключенного к линии подачи воды 4 и линии подачи солевого раствора 5, установлен смеситель 6, соединенный с компрессором 7 для подачи воздуха.

Устройство работает следующим образом. Исходный обрабатываемый раствор, содержащий воду и раствор хлорида натрия в необходимых соотношениях, поступает в анодную и катодную камеры электрохимической ячейки 1. Количество хлорида натрия в воде определяется условиями решаемой задачи. Включается источник тока. При этом осуществляется через компрессор 7 и смеситель 6 насыщения обрабатываемого раствора сжатым воздухом. При поступлении раствора в электродные камеры происходят химические процессы как на электродах, так и в объеме раствора, что позволяет получать моющие и дезинфицирующие растворы.

За счет насыщения обрабатываемого раствора воздухом расширяются функциональные возможности устройства, так как расширяется интервал изменений характеристик растворов.

При этом получаемый католит обладает повышенной моющей способностью, а коррозионная активность анолита уменьшается.

Уменьшается расход соли (солевой раствор) при сохранении высокой биоцидности полученных растворов.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример. Для обработки воды использовали устройство, схематически представленное на фиг. 1. Устройство содержит электрохимическую ячейку, аналогичную описанной в заявке PCT WO 93/20014, с электродами из титана с платиновыми или платино-ирридиевыми покрытиями и керамической ультрафильтрационной диафрагмой на основе оксида циркония, содержащей оксид алюминия и иттрия. Установка также содержит дозатор, выполненный в виде водоструйного насоса, компрессор для подачи сжатого воздуха на смеситель.

Обрабатываемая вода, пройдя механический фильтр, насыщается хлоридом натрия до концентрации 2 г/л и подается в смеситель с подачей сжатого воздуха, причем соотношение потока воды и воздуха составляет 1:1 л/л. Далее вода поступает в электродные камеры ячейки, где обрабатывается при расходе электроэнергии 1,8 кВч/л. Данные, характеризующие обрабатываемый раствор, представлены в таблице.

Полученные данные показывают, что при одинаковом расходе электроэнергии обработанные растворы обладают улучшенными характеристиками, в частности pH и ОВП, кроме того, имеют повышенную бактерицидную активность и моющую способность, а также пониженную коррозионную активность.

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 нижней и верхней втулками, линию подачи воды с установленным на ней приспособлением для дозирования хлорида натрия в воду, соединенную с приспособлением для подвода обрабатываемого раствора в электродные камеры, источник тока, положительный и отрицательный полюса которого соединены с электродами через узел коммутации, отличающееся тем, что на линии подвода воды после приспособления для дозирования хлорида натрия установлен смеситель, соединенный с компрессором для подачи воздуха.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приспособления для подвода и отвода обрабатываемого раствора выполнены в виде коллекторов и снабжены средствами для параллельного соединения двух и более ячеек.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2