Станции обеззараживания воды

  

Технология обеззараживания воды.

Получение хлорной воды. (Активный хлор).

Компания «ЗГА»  предлагает современную технологию обеззараживания: питьевой воды, хозяйственных и инфекционных стоков, бассейнов, трубопроводов, и т.п.- путем разложения пищевой поваренной соли NaCl в установке МБЭ  c получением активного хлора (Сl₂), щелочи (натр едкий(NaOH)) и водорода (Н₂)  методом мембранного электролиза непосредственно на месте использования реагента.

 В соответствии разработанным ТУ 4859-002-71153463-2003 нашей компанией поставляется типовой ряд станций обеззараживания воды на основе мембранных биполярных электролизёров типа МБЭ по производительности активного хлора в сутки 1,56, 3.12, 6,25, 12,5, 25, 50,75,  .....3 000 и далее с шагом по 25 кг/сутки.  

      Здесь  решается проблема рационального сочетания положительных свойств известного «дезинфеканта»  – активного хлора (98,5%) и устранены отрицательные моменты, присущие этому реагенту в отдельности. То есть, исключено образование побочных продуктов хлорирования.

 Использование  технологии мембранного электролиза, на электролизерах  МБ для обеззараживании воды, позволяет не только избавиться от нежелательных органических и биологических примесей, но и полностью удалить растворенные соли двухвалентного железа и марганца, разрушает фенолы (источник неприятного запаха и вкуса),  улучшает флокуляцию и коагуляцию примесей, разрушает все микроорганизмы, включая циститы, вирусы, микробактерии, споры, микробные токсины, способствует удалению мутности из воды, удаляет биопленки с внутренних поверхностей водопроводных сетей на всем протяжении, включая самые дальние точки, и предотвращение их последующего появления.

 Важное преимущество использования мембранной биполярной установки МБЭ при обеззараживании воды - это способность обеспечить микробиологическую безопасность воды при ее транспортировании пользователю благодаря эффекту последействия.

Технология обеззараживания воды на станциях МБЭ:                                                        

Использование химически чистых реактивов (NaCl + H₂O) при электролизе оказывает огромную роль, так как в данном процессе образуется свободный хлор (Cl₂⁻)- который является сильнейшим окислителем. Хлор (Cl⁻)-  очень активен - он непосредственно соединяется почти со всеми элементами периодической системы, металлами и неметаллами (кроме углерода, азота, кислорода и инертных газов). Для исключения незапланированных побочных  соединений с хлором (например,   хлориды, соли-хлораты и т.д.), в нашем технологическом процессе обеззараживания воды на установках МБЭ используются: очищенная, умягченная вода и пищевая соль класса Экстра (выпарная), что  способствует получению  химически чистых продуктов (Cl₂⁻) и (NaOH) и также  увеличению срока службы сульфакатионитной мембраны электролизера (МБ).  

В растворные баки загружается пищевая поваренная соль, вручную или с помощью автоматического питателя. Умягченная вода поступает в растворные баки для предельного насыщения NaCl (≤ 330г/литр).

Одновременно умягченная вода поступает в баки накопители. Уровень в баках контролируется поплавковыми датчиками уровня. Предельно насыщенная вода (солевой раствор) с помощью насос-дозатора подается в анодную камеру электролизера МБ. В свою очередь катодное пространство заполняется умягченной водой из бака накопителя так же с помощью насос-дозатора. Для исключения попадания твердой фазы в ячейку электролизера в растворных баках установлены фильтрующие элементы (щелевые фильтры).

    Метод мембранного электролиза пищевой поваренной соли NaCl в установке МБЭ  c получением активного хлора (Сl₂), щелочи (натр едкий(NaOH)) и водорода (Н₂)

                                              Получение активного хлора (Сl₂⁻),  осуществляется  в проточных мембранных биполярных электролизерах МБЭ в процессе реакции электрохимического разложения раствора поваренной соли.
Блок электродных элементов состоит из двух монополярных (анод и катод) элементов, образующих при сборке и установке мембран одну электролитическую ячейку (биполяр).
Между электродными элементами устанавливается  ионообменная сульфакатионитная мембрана, которая имеет одностороннюю проводимость, благодаря чему ионы Na+  проникают в катодное пространство.

Сульфакатионитная мембрана (электронное сито) непроницаема для газов, что полностью исключает смешение выделяющихся при электролизе газов водорода Н₂↑ и хлора Cl₂↑( ионы хлора гораздо крупнее отверстий мембраны, когда в свою очередь ионы натрия свободно и  беспрепятственно  проходят через «сито»)

Мембранный метод по сравнению с другими методами электролиза пищевой поваренной соли наиболее энергоэффективен. Расход электроэнергии на 1 кг активного хлора составляет не более 3,0 кВт

С точки зрения электрохимических процессов анодное и катодное пространства полностью разделены непроницаемой для анионов катионообменной мембраной. Благодаря этому свойству становится возможным получение химически чистых -  хлора (Сl₂) и щелока (NaOH). Поэтому в мембранном электролизе  два потока.

В анодное пространство поступает поток раствора соли, а в катодное — умягченная  вода, при этом оба пространства  полностью заполнены жидкой фазой, что полностью исключает (при смешивании газовой фазы в случае механического повреждения мембраны) возможность взрыва смеси газов (Cl₂,О₂ и Н₂) образуемых при электролизе NaCl в процессе подачи напряжения. 

Из анодного пространства возвращается в растворные баки поток обеднённого анолита, а хлор- газ

Cl ₂ (активный хлор) 98,5% выводиться в сепаратор анолита.  Из катодного — гидроксид натрия (NaOH) и водород (H₂).

Системы циркуляции анолита и католита служат для подачи и распределения по ячейкам раствора поваренной соли и умягченной   воды и вывода продуктов электролиза.        

                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При подаче напряжения на электролизер начинается процесс электролиза раствора поваренной соли с ионообменной сульфакатионитной мембраной на электродах и в объеме электролита протекают следующие основные реакции:

NaCl+H₂O = Cl⁻↑+(NaOH+ H₂↑)

        I.            На аноде:                                               NaCL-2e→ CL⁻↑ + 2 Na⁺                                     

При электролизе происходит разрыв ионов хлора и натрия, что  в результате  приводит к миграции ионов Na⁺ в катодное пространство (восстановитель⁻), а в анодном (окислитель⁺) образуется хлор-газ  Сl₂⁻↑ который выводится в сепаратор анолита, оборудованный гидрозатвором.  Из сепаратора анолит хлор-газ отсасывается эжектором. 
  Хлор-газ (Cl₂) полностью поглощается  водой и образует «хлорную воду». Хлорная вода обладает повышенной окислительной способностью. Это достигается благодаря появлению в хлоре дополнительного вещества – активного хлора. Как следствие,  уменьшает дозу хлора при обеззараживании воды, и максимально сокращает побочные эффекты применения хлора.

      II.            На катоде                                                 2Н₂О + 2е → Н₂↑ + 2ОН⁻

Водород  (Н₂) из   сепаратора католита через гидрозатвор отводится   а атмосферу. Водород по своему составу не содержит примесей окислителей (О₂ и Сl₂),  а содержит пары воды (при температуре электролиза (60÷85°С - до 293 г/м3), которые являются флегматизирующим агентом.

   Приведем пример:

Рассматривая схему работы электролизеров в проточном электрохимическом реакторе (без диафрагмовый метод) и так же диафрагмовый метод (с использованием механической диафрагмы) следует отметить, что при электролизе NaCl  образуется не чистый водород, а взрывоопасная смесь, состоящая из водорода и хлора, которая так же способствует интенсивному разрушающему воздействию на технологическое оборудование (коррозия).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Только вентиляция взрывоопасных электролизных газов приводит к бесконтрольному рассеванию в атмосфере хлора, что не допустимо, и поэтому применение на объекте данных электролизеров должно предусматривать устройства нейтрализации выбросов хлора.
  Это еще раз доказывает преимущества использования мембранного биполярного электролиза. 

На установках МБЭ исключается  возможность образования взрывоопасных хлор-водородных смесей в технологическом оборудовании и коммуникациях при эксплуатации;

Ионы ОН⁻  в катодном пространстве соединяются с мигрирующими из анодного пространства под действием электрического тока ионами Na⁺ с образованием щелочи

Na⁺ + OH⁻→ NaOH

Концентрация щелочи в катодном пространстве поддерживается на требуемом уровне благодаря подпитке католита умягченной водой. 
 

Электролитическая щелочь (Натр едкий) с концентрацией до 20%, образующаяся в процессе электролиза, из сепаратора католита самотеком через прерыватель струи отводится в емкость-накопитель щелочи.

Мембранный метод электролиза пищевой поваренной соли на станциях МБЭ не требует кислотных и других промывок. Установки МБЭ непрерывного действия и работает в автоматическом режиме.

Приведем пример: Электролизные установки низкоконцентрированного гипохлорита (ГПХН 0,6%) включают следующие технологические узлы: солерастворитель (сакуратор), декарбонизатор, электролизер, резервуары для хранения приготовленного гипохлорита натрия; кислотное хозяйство для промывки электродной системы и декарбонизации воды. Из этой технологии следует, что в воду дополнительно вводятся не улучшающие ее качество химические компоненты, а  вещества являющиеся примесями используемой соли и реагентов, а также продукты их взаимодействия. И сколько же вводится в чистую воду этого неконтролируемого по составу балласта?

Использование нашей технологии полностью исключает импорт, транспортировку и хранения опасных химикатов, из чего следует, что в обеззараживаемую воду, кроме дезинфеката-  хлорной воды (полученного из 98,5% Cl₂ на установке МБЭ),  исключено попадание побочных продуктов, примесей и других химических  соединений.  ухудшающих качество обеззараженной воды.

 

 

Семинар на тему "Современные технологии обеззараживания и обезжелезивания воды" "Технологии 21 века"  

Спикер- автор и разработчик технологии получения активного хлора и каустика мембранным методом электролиза кандидат технических наук Аракчеев Е.Н.