Водопідготовка

ПЕРЕВАГИ ЕЛЕКТРОХІМІЧНИХ МЕТОДІВ ОЧИСТКИ.

ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД.

АНОДНОЕ ОКИСЛЮВАННЯ І КАТОД ВОССТАНОВЛЕНИЕ.

ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИЯ.

ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИЯ.

ЭЛЕКТРОДИАЛИЗ.

ЕЛЕКТРОХІМІЧНА АКТИВАЦИЯ.

ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ПРИНЦИПИ РОБОТИ АКТИВАТОРОВ.

ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ПИТНОЇ ВОДИ НА ПРИКЛАДІ ПОБУТОВОГО ФІЛЬТРА «СМАРАГД «.

ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС ОЧИЩЕННЯ ВОДИ «СМАРАГД «.

ИСТОЧНИКИ.

Переваги електрохімічних методів очистки.

Найширше поширені у світі методи очищення питної води та відпрацьованих водних розчинів засновані на моделюванні природних процесів — фільтрації, сорбції, іонного обміну. Проте, установки у яких реалізовані зазначені процеси, потребують регенерації та періодичною заміні основного робочого елемента: фільтрів, сорбентів, іонообмінних смол.

У цьому й з утилізацією відпрацьованих матеріалів, і навіть зберігається необхідність поповнення їх втрат шляхом виробництва з невідновлюваних сировинних запасів нових матеріалів замість відпрацьованих. Вочевидь, стратегія найменшого екологічних збитків за збереження досягнутого життя населення Землі або за його поліпшенні, мусить бути полягає в використанні технологій, дозволяють забезпечити мінімально можливе залучення в виробничо-господарську діяльність людини природних мінеральних сировинних ресурсів, які у природному стані (родовища з корисними копалинами) уявити не можуть загрози навколишньому середовищі, тільки після серії різних технологічних перетворень розсіюються як розчинних у питній воді сполук. Однією з природних процесів, мають саме стала вельми поширеною на живу і неживої природою є електрохімічне перетворення речовин, тобто. окислювально-відновні реакції, пов’язані з видаленням чи приєднанням електрона. Цей природний процес ефективніший тоді як вищезгаданими. Теоретичні розрахунки доводять, що потенційні можливості електрохімічного кондиціонування води (очищення, умягчения, опріснення, знезараження тощо.) більш ніж 100 разів більше за фільтраційні, сорбційні і ионообменные методи по економічності, швидкості і якістю. З іншого боку, електрохімічні реакції дозволяють без додаткових витрат хімічних реагентів перетворити прісну чи слабосолоноватую природну води высокоактивный технологічний розчин, у якого практично будь-якими необхідними функціональними свойствами.

Електрохімічні методи очищення стічних вод.

Задля чистоти стічних вод мовби від різних розчинних і диспергированных домішок застосовують процеси анодного окислення і катодного відновлення, электрокоагуляции, электрофлоку-ляции і электродиализа. Всі ці процеси протікають на електродах при пропущенні через стічну воду постійного електричного струму. Електрохімічні методи дозволяють отримувати від стічні води цінних харчів при щодо простий автоматизованої технологічної схемою очищення, без використання хімічних реагентів. Основним недоліком цих методів не є великою витрата электроэнергии.

Очищення стічні води електрохімічними методами робити періодично чи непрерывно.

Ефективність електрохімічних методів оцінюється цілою низкою чинників: щільністю струму, напругою, коефіцієнтом корисного використання напруги, виходом по току, виходом по енергії. Щільність струму — цей показник струму до електрода, який зазвичай висловлюють в А/м2 (А/см2, А/дм2). Напруга електролізера складається з різниці электродных потенціалів спади напруги в розчині «.

де ?la і ?lk—величина анодною і катодного поляризації; la і lк—равновесные потенціали анода і катода; ?Uэл і ?Uдиаф — падіння напруги в электролите і диафрагме.

Падіння напруги в электролите (стічної воді) за відсутності пухирців газу визначають згідно із законом Ома:

?Uэл =ip?,.

де і —щільність струму в стічної воді. А/см2; р—удельное опір. Ом-см; ?—відстань між електродами, см.

При виділенні газових пухирців, внаслідок подовження потоку між електродами? Uэл зростає. Отношение.

?напр=(la — lк) U.

називають коефіцієнтом корисного використання напряжения.

Вихід по току — цей показник теоретично необхідної кількості електрики (знаходять згідно із законом Фарадея) до практично витраченому, яке висловлюють в частках одиниці чи процентах.

Анодное окислювання і катод відновлення.

У электролизере, схема якого показано на рис. 1, на позитивному електроді — аноді іони віддають електрони, т. е. протікає реакція електрохімічного окислення; на негативному електроді — катоді відбувається приєднання електронів, т. е. протікає реакція восстановления.

Рис. 1. Схема электролизера:

1 — корпус; 2 — анод; 3 — катод; 4 — диафрагма.

Ці процеси розроблено очищення стічних вод мовби розчинених домішок (ціанідів, роданидов, амінів, спиртів. альдегідів, нітросполук, азокрасителей, сульфидов, меркаптанів та інших.). У процесах електрохімічного окислення речовини, перебувають у стічних водах, повністю розпадаються із заснуванням СОз, МНз та води чи утворюються простіші і нетоксичні речовини, які можна видаляти іншими методами.

Як анодів використовують різні электролитически нерозчинні матеріали: графіт, магнетит, диоксиды свинцю, марганцю і рутенію, що завдають на титанову основу.

Катоди виготовляють з молібдену, сплаву вольфраму з залізом чи нікелем, з графіту, нержавіючої сталі та інших металів, покритих молібденом, вольфрам чи його сплавами. Процес проводять у электролизерах з діафрагмою і неї. Крім корінних процесів электроокисления і відновлення, одночасно можуть протікати электрофлотация, електрофорез і электрокоагуляция.

Стічні води, містять ціаніди, утворюються на підприємствах машинобудування, приладобудування, чорної та кольоровою металургії, хімічної в промисловості й ін. До складу вод крім простих ціанідів (KCN, NaCN) входять комплексні ціаніди цинку, міді, заліза та інших металів, концентрація коливається від 10 до 600 мг/л. Зазвичай рН таких стоків коливається не більше 8—12.

Анодное окислювання ціанідів протікає по реакциям.

Окислювання може бути проведене і із заснуванням азота:

На підвищення електропровідності стічних вод мовби та зниження рас-хода енергії до водам додають NaCl. При концентрації CN «1 г/л додають 20—30 г/л NaCl. У процесі використовують графітовий анод і сталевий катод. Оптимальні умови окислення: анодная щільність струму 3—4 А/дм2, меж-злектродно «простір 3 див, швидкість води 30 дм3/ч, рН 8—9. Ступінь очищення наближається до 100%.

Руйнування ціанідів відбувається внаслідок електрохімічного окислення на аноді і окислення хлором, выделяющимся на аноді внаслідок розкладання NaCl. Цей процес відбувається описується такими реакциями:

Схема установки для електрохімічної очищення стічні води від ціанідів приведено на рис. 2.

Рис. 2. Схема установки електрохімічної очищення стічні води від ціанідів соединений:

1 — усреднитель: 2 — бак на приготування розчину хлориду натрію: 3 — электро—чизер; 4 —джерело постійного тока.

З використанням електролізеров проточного. типу доцільно поділяти їхню перегородками сталася на кілька відсіків. У процесі електролізу стічні води перемішують стиснутим повітрям. Оброблені стічні води містять до 200 мг/л активного хлору повинні бути знешкоджені. Метали, которыевыделяются на катоді, утилизуют. Установка компактна і проста в эксплуатации.

Роданиды руйнуються по схеме.

Сульфид-ионы при рН=7 окисляються до сульфатів. При менших значеннях рН може утворитися елементна сірка. Окислювання фенолів у присутності хлоридів в стічної воді протікає за такими реакцій (той процес вигідний при невеличкому змісті фенолів в воде):

Катод відновлення застосовують видалення з cточных вод іонів металів із отриманням опадів, для перекладу забруднюючої компонента менш токсичні сполуки чи легко виведену із води форму (осад, газ). Його можна використовуватиме очищення стічних вод мовби від іонів важких металів Pb2+, Sn2+, Hg2+, Cu2+, As3+, Cr6+ Катод відновлення металів іде за рахунок схеме.

У цьому метали глушаться на катоді і може бути рекуперированы. Наприклад, за відновлення сполук хрому було досягнуто високий рівень очищення: концентрація знижувалася з 1000 до 1 мг/л. Витрата електроенергії на очищення становив 0,12 кВт-ч/м3. При електролізі стічні води, містять Н2СrО7, оптимальне значення рН=2, а щільність струму 0,2—2 А/дм2. Реакція відновлення протікає наступним образом:

Очищення стічних вод мовби від іонів Hg2+, Pb2+, Cd2+, Cu2+ проводять на катодах, які з суміші вугільного і сірчистого порошків у відсотковому співвідношенні C: S від 80:20 до 20:80 при рН.

Прикладом реакції, які забезпечують видалення забруднення в газову фазу, є очищення від нітрату амонію. При постанові нітрату амонію на графитовом електроді він перетворюється на нітрит амонію, який розкладається при нагріванні до елементного азота:

Підвищена токсичність органічних речовин пов’язані з наявністю в молекулі атомів галогенів, альдегидной, амино-, питрочи нитрозогрупп. Отже, продукти відновлення, наприклад, альдегідів і кетонов—спирты і вуглеводні, будуть менш токсичні. Втрата атома галогена призводить до того ж таки результату:

Розглянемо процес анодного розчинення з прикладу заліза. У лужної середовищі реакція іде у дві стадии:

У першій щаблі, що включає адсорбцію гидроксида на залізному електроді і втрату першого електрона, утворюється проміжне кислородсодержащее з'єднання одновалентного заліза. У другий стадії реакція протікає з двох можливим напрямам і завершується освітою двохчи трехвалентного заліза. Загальна швидкість процесу анодного розчинення лімітується другий стадией.

У кислої середовищі протікають такі реакции:

Лимитирующей стадією є передостання реакція. Швидкість електрохімічного розчинення металу визначається величиною струму, яка від докладеної напруги (потенціалу анода —.

де k, fi — постійні процесу; R — универсальнаягазоваяпостоянная;

Т — абсолютна температура; п—число електронів, що у процесі; F — число Фарадея.

Процеси анодного окислення використовуються також і знебарвлення стічних вод мовби від різних барвників, і навіть очищення стічні води целюлозно-паперових, нафтопереробних, нафтохімічних та інших заводов.

Электрокоагуляция.

Під час проходження стічної води через межэлектродное простір електролізера відбувається електроліз води, поляризація частинок, електрофорез, окислювально-відновні процеси, взаємодія продуктів електролізу друг з другом.

З використанням нерозчинних електродів коагуляція може статися внаслідок электрофоретических явищ і розряду заряджених частинок на електродах, освіти у розчині речовин (хлор, кисень), що руйнують сольватные солі лежить на поверхні частинок. Такий процес можна використовуватиме очищення вод при невисокому змісті колоїдних частинок і низької стійкості загрязнений.

Задля чистоти промислових стічних вод мовби, містять высокоустойчивые забруднення, проводять електроліз з допомогою розчинних сталевих чи алюмінієвих анодів. Під впливом струму відбувається розчинення металу, у результаті в воду переходять катиони заліза чи алюмінію, які, зустрічаючись із гидроксидными групами, утворюють гидроксиды металів як пластівців. Настає інтенсивна коагуляция.

На процес электрокоагуляции впливає матеріал електродів, відстань з-поміж них, швидкість руху стічної води між електродами, її температура і склад, напруга й щільність струму. З підвищенням концентрації зважених речовин понад сто мг/л ефективність электрокоагуляции знижується. З зменшенням відстані між електродами витрата енергії на анодное розчинення металу зменшується. Теоретичний витрати для розчинення 1 р заліза становить 2,9 Вт-ч, а 1 р алюминия—12 Вт-ч. Электрокоагуляцию рекомендують здійснювати нейтральній чи слабощелочной середовищі при щільності струму трохи більше 10 А/м2, відстані між електродами трохи більше 20 мм швидкість руху води щонайменше 0,5 м/с.

Переваги .методу электрокоагуляции: компактність установок і простота управління, відсутність потреби у реагентах, мала чутливість до змін умов проведення процесу очищення (температура, рН середовища, присутність токсичних речовин), отримання шламу із гарними структурно-механическими властивостями. Недоліком методу є підвищений витрата металу й електроенергії. Электрокоагуляция застосовується у харчовій, хімічної промисловості та целлюлозно-бу-мажной промышленности.

Технологічна схема очищення стічних вод мовби электрокоагуляцией показано на рис 3.

Рис. 3. Схема электрокоагуляционной установки:

1 — усреднитель; 2 — бак на приготування розчину; 3 — джерело постійного струму; 4 — электрокоагулятор; 5 — відстійник; 6 — апарат для зневоднення осадка.

Зневоднення осаду проводять у фильтр-прессе чи центрифузі. Вирізняється у процесі газоподібний водень можна використовуватиме флотації гидроксида. Для цього він у схемі очищення використовують электрокоагуляторы-флотаторы, чи спеціальні флотационные апарати, наприклад гидроциклоны-флотаторы. Заміна відстійника на флотаторы дозволяє значно зменшити габарити установки, скоротити капітальні витрати й отримати менш вологий осад гидроксида.

Электрокоагуляционную очищення стічних вод мовби можна використовуватиме очищення від емульсій нафтопродуктів, масел, жирів (электрокоагулятор є ванну з електродами). Ефективність очищення від нафтопродуктів: від масел 54—68%, від жирів 92—99% при питомому витратах електроенергії 0,2—3,0 Вт-ч/м3.

Насправді найширше використовують безнапорные пластинчасті электрокоагуляторы, собі напрямок руху рідини у яких то, можливо горизонтальним і вертикальним. Вони може бути однопоточными, многопоточными і змішаними. При многопоточной схемою руху вода проходить одночасно через проміжки між електродами (паралельне з'єднання каналів). При однопоточной схемою вода проходить між електродами послідовно (послідовне з'єднання каналів), що зменшує пассивацию електродів. Швидкість руху води у однопоточных электрокоагуляторов в п—1 разів більше, ніж в многопоточных (га—число электродов).

Корисний обсяг ванни электрокоагулятора (обсяг стічних вод мовби, які перебувають у апараті) равен.

Витрата заліза на процесс.

Струм, який би розчинення заліза під час т, равен.

Робоча поверхню анодів і несе спільний їх кількість визначають з соотношений.

Загальна кількість електродів (катодів і анодів) составляет.

Загальний обсяг ванни електролізера равен.

де Q — витрата стічні води, мз/ч;? — час процесу, год; d — питома витрата заліза на видалення певного забруднення, г/ч; з — вихідна концентрація іона металу, забруднюючої воду, г/м3; k — електрохімічний еквівалент заліза, рівний 1,042 г/(А-ч); ?— вихід заліза по току, % (при обробці води з рН=3—5 близький до 100%); i—оптимальная щільність струму, А/м2; Si — площа одного анода, м2; Vэ—объем всіх электродов.

Товщину електродів, їх ширину, межэлектродное відстань визначають з урахуванням конструктивних особливостей, і навіть заданої швидкість руху воды.

Кількість газу, генерованого в электрофлотаторе, визначають по формуле.

де Vo— обсяг газу, выделяющегося при нормальних умов, м3; qн — кількість газу, выделяющегося під час проходження 1 кА-ч (електрохімічний еквівалент), м3; I —струм, проходить через апарат, кА;? —час обробки, год; B? — коефіцієнт використання струму, частки одиниці; п—число пар електродів; qH2 —0,418 м3/кА-ч).

Обсяг вологого газу реальних умов равен.

де р — парціальний тиск насичених водяних парів (при 20 °З однакову 2,3 кПа); 5—давление у системі, кПа; Р—атмосферное тиск, кПа; 101,3—давление при нормальних умов, кПа.

Электрофлотация.

У процесі очищення стічних вод мовби від зважених частинок проходить з допомогою пухирців газу, які виникають при електролізі води. На аноді виникають бульбашки кисню, але в катоді — водню. Піднімаючись в стічної воді, ці бульбашки флотируют зважені частки. З використанням розчинних електродів відбувається освіту пластівців коагулянтів і пухирців газу, що сприяє ефективнішою флотации.

Основну роль при электрофлотации грають бульбашки, які утворюються на катоді. Розмір пухирців водню значно менше, аніж за інші методи флотації. Він залежить від крайового кута змочування і кривизни поверхні електродів. Діаметр пухирців змінюється від 20 до 100 мкм. З пересыщенных розчинів дрібні бульбашки виділяються лежить на поверхні частинок забруднень і тим самим сприяють ефекту флотації. Для отримання пухирців необхідного розміру необхідний правильний добір матеріалу, діаметра дроту катода і щільність струму. Оптимальний значення щільності струму 200—260 А/м2, газосодержание—около 0,1%.

При незначних обсягах стічні води (10—15 м3/ч) электрофлотационные установки може бути однокамерными (рис. 4), на великих — слід применятьдвухкамерные установки, які можна горизонтальними і вертикальными.

Рис. 4. Схема однокамерній электрофлотационной установки (/—корпус; 2—электроды).

Вони складаються з електродного відділення і отстойной частини. Схема горизонтального электрофлотатора показано на рис. 5. Стічна вода вступає у заспокоювач, що відділений від електродного відділення гратами. Проходячи через межэлектродное простір, вода насичується бульбашками газу. Спливання пухирців із часточками відбувається у отстойной частини. Розкрився шлам переміщається шкребком в шлакоприемник, звідки його видаляють. Розрахунок установки зводиться до визначення загального обсягу електродного відділення і отстойной частини, і навіть необхідних конструктивних і електричних параметров.

Рис. 5. Горизонтальний электрофлотатор:

1—впускная камера; 2— електроди; 3— шкребок; 4 — шлаиоприемник; 5 — патрубок випуску осадка.

Электродиализ.

Процес очищення стічні води электродиализом грунтується на поділі іонізованих речовин під впливом електрорушійної сили, створюваної в розчині з обох боків мембран. Цей процес відбувається широко використовують із опріснення солоних вод. Останнім часом його застосувати і очищення промислових стічних вод.

Процес проводять у электродиализаторах, найпростіша конструкція яких тільки із трьох камер, відділених одна одної мембранами (рис. П-53,а). У середню камеру заливають розчин, а бічні, де є електроди, — чисту воду. Аніони струмом переносяться в анодное простір. На аноді виділяється кисень й утворюється кислота. Одночасно катиони переносяться в катод простір. На катоді виділяється водень й утворюється луг. Принаймні проходження струму концентрація солей у неповній середній камері зменшується до того часу, доки стане близька до нулю.

за рахунок дифузії в середню камеру надходять іони М+ і ВІН-, створюючи воду. Цей процес відбувається уповільнює перенесення іонів солі до відповідним электродам.

З використанням электрохимически активних (іонообмінних) діафрагм підвищується ефективність процесу знижується витрати. Ионообменные мембрани проницаемы лише іонів, мають заряд тієї самої знака, як і в рухливих ионов.

Рис. 6. Схеми электродиализаторов з пористими діафрагмами (чи иони-товыми мембранами (б).

У электродиализаторе (рис. 6, б) є дві мембрани. Один із них — анионообменная і пропускає в анодний зону аніони. Інша мембрана— катионообменная розташована із боку катода і пропускає катиони в катод пространство.

Зазвичай електролізери очищення води роблять многокамерными (100— 200 камер) з чередующимися катионоі анионопроницаемыми мембранами. Електроди вміщують у крайніх камерах. У багатокамерних апаратах досягається найбільший вихід по току.

Для знесолення води застосовують гомогенні і гетерогенні мембрани. Гомогенні мембрани складаються тільки з однієї смоли і мають малу механічну міцність. Гетерогенні мембрани є порошок ионита, змішаний зі сполучною речовиною — каучуком, полистиролом, метилмер-каптаном та інших. З цю суміш вальцеванием отримують пластини. Мембрани повинні мати малим електричним опором. Ефективність роботи электродиализатора великий вплив надає відстань між мембранами. Зазвичай вона становить 1—2 мм. Щоб уникнути засмічення мембран стічні води перед поданням о электродиализатор мають бути очищені від зважених і колоїдних частиц.

Витрата енергії при очищенні води, що містить 250 мг/л домішок, до залишкового змісту солей 5 мг/л становить 7 кВт-ч/м3. Зі збільшенням змісту солей у питній воді питома витрата енергії возрастает.

Основним недоліком электродиализа є концентрационная поляризація, яка веде до осадженню солей лежить на поверхні мембран та зниження показників очистки.

Електрохімічна активация.

Електрохімічна активація є самостійну область прикладної електрохімії поруч із традиційними і має низку принципових особливостей. Термін електрохімічна активація (ВІДЛУННЯ) з’явився у результаті серії досліджень, якими було встановлено, що рідини, піддані униполярному (анодному чи катодному) электрохимическому впливу переходить до термодинамічно неравновесное стан і протягом часу релаксації виявляють аномально високу хімічну активність. Цей термін був у науку академіком російської академії медико-технічних наук В. М. Бахиром. На відміну відомі електрохімічних процесів, вихідним речовиною у процесах електрохімічної активації є розбавлені водно-солевые розчини, прісна чи слабоминерализованная вода, тобто. рідини низькою електропровідністю. Кінцевим продуктом ВІДЛУННЯ не є концентровані хімічні речовини, а активовані розчини, тобто. низкоминерализованные рідини в метастабильном состоянии.

Електрохімічна активація практично використовується як технологічний процес. Її метою є зменшення чи повне виняток витрати хімічних реагентів, зниження забруднення розчинів, підвищення якості цільових продуктів, скорочення часу, підвищення ефективності спрощення різних технологічних процесів. Інакше кажучи ВІДЛУННЯ використовується до створення високоефективних і екологічно чистих технологій у різних галузях людської діяльності. Практично у галузі людської діяльності, там, де є зустріч із рідиною, можна використовувати технології ЭХА.

Електрохімічні принципи роботи активаторов.

Мета ВІДЛУННЯнадання воді необхідних функціональних властивостей перед використанням, зокрема каталической і биокаталической активності.

Електрохімічна активація здійснюватися шляхом катодного чи анодної (униполярной) електрохімічної обробці води в диафрагменном электрохимическом реакторі. Діафрагма як пористої діелектричним перегородки між електродами реактора перешкоджає змішуванню обсягів води (розчинів) в анодною і катодного электродной камерах.

Через війну обробки катодного камері реактора вода насичується продуктами катодних електрохімічних реакцій, зазвичай гидроксидами металів, утвореними з розчинених солей, гидроксидионами, воднем. У час і після катодного електрохімічної обробки вода, спрощення позначення характеру наданого її у впливу, називається католитом.

При анодною обробці на нерасходуемом електроді вода насичується продуктами окислення, зокрема кислотами, синтезированными з розчинених солей, киснем, хлором. У час і після анодною обробки вода називається анолитом.

Наявність стійких электрохимически синтезованих лугів в католите і кислот в анолите перестав бути ознакою їх активированности, як і є їм відповідно високі і низькі значення pH католита і анолита, зберігають своє значення тривалий час при зберіганні.

Активована стан води та розчинів внаслідок униполярной електрохімічної обробці проявляється аномальною реакційної здатністю католита і анолита в окисно-відновних реакціях, у тому каталической, биокаталитической активності, аномальною фізико-хімічної активність за взаємодію за українсько-словацьким кордоном розділу фаз і нежестко корелює з измеряемыми параметрами, такі як pH, окислительно-восстановительный потенціал, поверхове натяг, диэлектрическая проникність, електропровідність і другие.

Технологія очищення складається з кількох стадій, розділених в часі та пространстве:

— в электрохимическом реакторі - анодное окислювання забезпечує знищення мікроорганізмів і деструкцію шкідливих органічних сполук, а катод — відновлення (нейтралізацію) іонів важких металлов;

— каталітичний реактор — забезпечує каталітичне розкладання активых речовин, наприклад хлора;

— флотаційний реактор — флотационное відділення зважених речовин, гидроксидов важких металів, зокрема железа.

Електрохімічні установки очищення питної води з прикладу побутового фільтра «СМАРАГД «.

Нині на світовому ринку продається понад тридцять тисяч різновидів побутових систем очищення питної води. Основними методами очищення води в побутових пристроях є сорбція (переважно з допомогою активованого вугілля), фільтрація (микрофильтрация, ультрафильтрация, зворотний осмос), іонний обмін, ультрафіолетове опромінення, сріблення. Широко застосовується комбінування цих методов.

Порівняно нещодавно з’явилися установки нової генерації «Смарагд », у яких очищення води виробляється електрохімічним і каталітичним способами. Водоочистители адсорбционного, ионообменного, мембранного і адсорбционно-мембранного типу затримують мікроорганізми, які розмножуються на внутрішніх поверхнях установок, в порах сорбентів, лежить на поверхні фільтруючих мембран.

Навіть у випадках, коли вихід із адсорбційної чи мембранної системи водоочисної захищений протимікробних фільтром, бактерії можуть розмножуватися на вихідний поверхні противомикробного фільтра і внутрішніх поверхнях вихідних магістралей, що чинником епідеміологічного ризику. Тому адсорбционные, ионообменные, мембранні і комбіновані побутові водоочисні системи непридатні до роботи із жовтою водою, небезпечної в микробиологическом отношении.

Установки «Смарагд «вільні зазначеного нестачі, бо навіть і при надвисокому змісті в вихідної воді бактеріальних і вірусних тіл 106 — 108 щодо одного мілілітрі (мл) після очищення в установках «Смарагд «кількість мікроорганізмів у питній воді зменшується до 10 — 102 на мл (на п’ять-шість порядків). Відповідні дані отримані під час проведення аналізів в лабораторіях Беркширской і Оклендской мікробіологічних служб (Великобританія). З іншого боку, в останній момент електрохімічної обробки вода набуває бактеріостатичні характеристики, аналогічні властивостями джерельних вод. У результаті вихідні магістралі електрохімічних водоочистителей не піддаються інфікування. У процесі тривалого зберігання вода, очищена в установках «Смарагд », може втратити бактеріостатичні свойства.

Бактерицидні речовини, які утворюються в анодною камері електрохімічного реактора, мають дуже високими антимикробными властивостями, набагато переважаючими за паливною ефективністю звичайні антисептики (хлорамін та інших.). Ці речовини, наявні у воді в пропорції 1: 1000, знезаражують її ще у разі інтенсивного мікробного обсеменения. У цьому гинуть як збудники типових шлунково-кишкових інфекцій (збудники дизентерії, сальмонельозу, холерний вибрин), а й екзотичні патогенні мікроорганізми тропічних країн. Це підтверджено спостереженнями співробітників Британської компанії Enigma під час Руандийского кризи, і навіть даними для знезаражування води плавальних басейнів у Москві м. Лас-Вегас, Невада, США. У разі успішно пригнічувався зростання «чорних водоростей «(Black Algae).

Адсорбционные устрою для доочищення питної води (частіше вугільні) мають обмежену сорбционную ємність, яка заповнюється зі швидкістю, яка від рівня забруднень в вихідної воді: чим сильніший забруднена вода, то швидше вичерпуються функціональні можливості сорбенту.

Мембранні фільтри тонкого очищення відповідно до рекламним даним затримують 90−95% всіх що у воді елементів і сполук, зокрема необхідних людини і тварин мікроі ультрамикроэлементы (кальцій, магній, калій, натрій, літій, срібло, фтор, йод та інші). Як відомо дистильована вода мінералізацією менш 0,01 г/л явно непридатна для пиття. Регулярне вживання деминерализованной води із вмістом солей менш 0,1 г/л зумовлює фізіологічний дефіцит корисних мікроі ультрамикроэлементов, що негативно позначається на стан здоров’я населення деяких регіонів з низкоминерализованной водою і в полярників, питущих снігову воду. Відповідно до ГОСТ 2874–82 мінералізація питної води має перевищувати 1,0 г/л. У багатьох містах Росії мінералізація питної води 0,2 — 0,5 г/л, після очищення її методом зворотного осмосу чи ультрафільтрації споживач отримає воду з концентрацією солей 0,01 — 0,05 г/л. Отже існуючі системи мембранних водоочистителей, які пропускають «лише воду », створюють ризик патології, що з споживанням надмірно знесоленої воды.

Дефіцит мікроі ультрамикроэлементов в організмі може бути скоригований спеціальної дієтою. Утім, деякі мікроі ультрамикроэлементы води практично незаменимы.

Працюючи із жовтою водою мінералізацією 0,1 — 0,5 г/л через електрохімічний реактор установки «Смарагд «проходить струм силою 0,3 — 0,4 А. І тут загальна мінералізація обробленою води майже змінюється, іони важких металів переходить до форму нетоксичних і труднорастворимых гидроксидов і гидроксидоксидов, мікроби, перебувають у воді, руйнуються, органічні речовини, і навіть неорганічні токсичні сполуки (зокрема нітрати і нітрити) піддаються анодної окислительной деструкції. Сильні неорганічні окислювачі (зокрема хлор) і сверхактивные радикальні частки инактивируются в реакционно-вихревой і каталітичної камерах. Ефективність видалення активного хлору і хлор містять окислювачів в установках «Смарагд «щонайменше 90%.

Високий ГВП й інших фізико-хімічних умов у анодною камері електрохімічного реактора виключають освіту токсичних хлорорганічних речовин і забезпечують повну окислительную деструкцію діоксинів, якщо вони в водогінної воді. Фізіологічно корисні мікроі ультрамикроэлементы (кальцій, калій, магній, літій, фтор та інші) не утворюють під впливом електрохімічної обробки нерозчинних сполук і є у складі питної води. За даними лабораторії фірми Oaklend Calvert Consaltants, Ltd (Engl.) при змісті в вихідної воді іонів срібла 68 мкг/л в очищеної воді зміст іонів срібла становило 56 мкг/л, тобто втрат срібла був. У той самий час токсичні іони металів (міді, заліза, олова, алюмінію, ртуті, цинку, хрому віддалялися на 85−99,9%.

Присутні у питній воді радіонукліди також перетворюються на форми нерозчинних сполук, які частково осідають на катоді і видаляються при промиванні установки. Якщо такі сполуки потрапляють із жовтою водою в шлунково-кишкового тракту, то не усмоктуються до крові і видаляються з кишечника природним путем.

Природний властивість корисних для організму мікроі ультрамикроэлементов у тому, у результаті окисно-відновних реакцій де вони беруть участь у освіті труднорастворимых чи нерозчинних комплексів. Це збільшує ймовірність участі цих елементів в біохімічних реакціях і зробила їх сумісними з організмом. З цієї причини корисні елементи не утворюють нерозчинних комплексів при електрохімічної обробці та зберігаються в очищеної воді в іонізованою формі. У той самий час елементи легко входять у хімічні комплекси, зокрема з білковими сполуками. Зазвичай вони денатурируют білок і тому токсичні. Проте з причини схильності розпочинати комплекси токсичні елементи при електрохімічної обробці переходить до нерозчинні й безпечні для організму формы.

Гидроксиды і гидроксидоксиды важких металів можуть розчинятися в міцних кислотах, зокрема в соляної кислоті. Соляна кислота гаразд є у шлунковому соку. Але шлунковий сік сам собою чи присутності перевариваемой харчової маси є складну органічну середу, що містить білки, й полісахариди. Ці сполуки грають роль внутрішніх адсорбентів (ентеросорбентів), які легко пов’язують молекули гидроксидов і гидроксидоксидов. У такому стані гидроксиды і гидроксидоксиды важких металів захищені від дії соляної кислоти. Тому не розчиняються в шлунку, та був виводяться з організму природним шляхом. Так наші внутрішні сорбенти пов’язують пластівці солей жорсткості, оксидів заліза. Ці компоненти практично нешкідливі для організму. Проте їх присутність у питну воду змінює її смак і небажано за естетичними соображениям.

Позбутися пластівців солей жорсткості чи іржі лише з допомогою фільтрації. Електрохімічна обробка у разі малоефективна. Працюючи із жовтою водою, що містить хлопьевидные суспензії, фільтри тонкого очищення води швидко забиваються і із строя.

Водоочистители «Смарагд «добре видаляють із води фенолу і тетрахлорэтилен (на 90 — 99,9% залежно від вихідної концентрації). Сумарна кількість органічних сполук, у воді після електрохімічної очищення зменшується на 1/3. У забрудненій питну воду велику небезпеку представляють гидрофобные токсини. Через війну анодного окислення ці токсини переходять у відносно нешкідливі гидрофильные форми, які легко видаляються з організму з фізіологічними выделениями.

Отже, електрохімічна очищення води в установках «Смарагд «за правильної експлуатації обеспечивает:

* знезаражування води;

* ефективне видалення чи інактивацію токсичних елементів і сполук;

* видалення надлишкових концентрацій солей і компонент твердого осаду;

* спрямоване зміна ГВП і активацію води за збереження нейтральних кислотно-щелочных характеристик ;

* збереження нормального кількості біологічно корисних мікроі ультрамикроэлементов.

Очищення води в установках «Смарагд «полягає в використанні процесів окислення і відновлення, внаслідок чого руйнуються і нейтралізуються все токсичні речовини у природі. У установках «Смарагд «природні процеси природною окислительно-восстановительной деструкції і нейтралізації токсичних речовин пришвидшуються багаторазово з допомогою прямих електрохімічних реакцій, і навіть завдяки брати участь у процесах очищення электрохимически синтезованих з відерця самій очищаемой води та розчинених у ній солей високоактивних реагентів: озону, атомарної кисню, пероксидных сполук, діоксиду хлору, коротко-існуючих вільних радикалів. Це забезпечує ефективність і екологічну безпеку процесу очищення води тоді як іншими, відомими методами.

Технологічний процес очищення води «СМАРАГД «.

У корпусі установки «Изумруд-М «розміщені: диафрагменный електрохімічний реактор РПЭ-1, каталітичний реактор, вихрова реакційна камера, джерело харчування і системи автоматичного включення і відключення установки з інфрачервоним датчиком протока. Реактор РПЭ-1, основною частиною якого є проточний електролітичний модульний елемент ПЭМ, є мініатюрним економічним високопродуктивним електрохімічним пристроєм, працюють у проточному режимі. Гарантійний ресурс безперервної роботи реактора РПЭ-1 встановленні становить 30 000 годин. Реактор РПЭ-1 є основним частиною встановлення і запатентовано Росії, Великобританії, США, Німеччини та Японії. Анод елемента ПЭМ в реакторі установки виготовлений із титану зі спеціальним покриттям, до складу якої входять іридій, платина, рутеній. Титановий катод має підвищену каталітичну активність з допомогою спеціальної обробки поверхні. Ультрафильтрационная керамічна діафрагма з оксидів цирконію, иттрия і алюмінію перебуває між анодом і катодом елемента ПЭМ і допускає змішування води в анодною і катодного камерах.

У той самий час діафрагма забезпечує безперешкодне міграцію іонів в електричному полі між анодом і катодом. Кожен микрообъем води, плинною в камерах реактора РПЭ-1, зтикається з поверхнею електрода зазнає інтенсивному впливу електричного поля була в подвійному електричному шарі (ДЭС), утвореному зарядами на електроді і противоионами у питній воді. Це гарантує високу якість очищення води. З іншого боку, під впливом електричного поля ДЭС структурна сітка водневих зв’язків розпушується, молекули води знаходять додаткові ступеня свободи, що полегшує засвоєння такий активованої в електричному полі води клітинами живих організмів і прискорює видалення біологічних шлаків. Аналогом процесу структурної модифікації води в електричному полі ДЭС є фазові переходи при таненні льоду (тала вода), структурні перетворення води в електричних розрядах грозових злив, чи фізико-хімічні впливу, яким піддається вода великий глибині в гірських породах за високої температури у початковій формування цілющих мінеральних джерел. Проте, обробка води в електричному полі ДЭС відрізняється набагато більшої глибиною перетворення її структури та яскраво вираженої спрямованістю впливу: электронодонорного у катода і электронакцепторного у анода.

Уся гідравлічна система установки виготовлено з хімічно дуже стійких матеріалів, дозволених до застосування в виробах медичної техніки.

У установці використовуються такі процеси очищення води:

* электролитическое і электрокаталитическое анодное окислювання разом із электромиграционным перенесенням (реактор РПЭ N 1);

* гомогенні реакції окислення з допомогою каталізаторів — переносників електронів (вихрова реакційна камера Є);

* гетерогенні окислювально-відновні реакції з участю каталізаторів — переносників електронів (каталітичний реактор До);

* электролитическое і электрокаталитическое катод поновлення у поєднані із электромиграционным перенесенням (реактор РПЭ N 2).

Всі ці процеси встановленні розділені у просторі й часі, що забезпечує найкращі результати очистки.

У центрі Мікробіологічних Досліджень Беркшаэ пристрій було апробовано штучно забрудненій водою при звичайному режимі протока 40−60 літрів у годину. Протягом усього часу дослідження, тобто. 10 куб. м. води, ефективність очищення залишалася постоянной.

Загрязнитель.

Концентрація на входе.

Концентрація на выходе.

Алюминий.

Медь.

Ртуть.

Свинец.

Хром.

Серебро.

Цинк.

Фенол.

0.01.

0.0003.

Тетрахлорэтилен.

0.065.

0.001.

Сальмонелла.

4.000.000.

Pseudomonas spp.

3.800.000.

Полиомиелит.

700.000.000.

Legionella pneumophila.

8.000.000.

Кишкова палочка.

60.000.000.

Концентрація іонів важких металів виражені в мг/л, органікив нг/л і концентрація мікроорганізмів на миллилитр.

Аналіз органічних сполук проводився з допомогою стандартного газового хроматографа із застосуванням методик відповідних КРА 601,602,603. Одержуваний на установках «Смарагд «питна вода цілком відповідає рекомендаціям Всесвітньої Організації Здравоохранения.

Установки «Смарагд «є ефективним пристроєм очищення води, сконструйованими видалення мікроорганізмів, органічних домішок і іонів важких металів. Завдяки якісно нову технологію ефективність очищення не знижується під час эксплуатации.

Источники:

1. Очищення виробничих стічні води: Навчальний посібник для студентів вузов/Яковлев З. У., Карелін Я. А., Ласкавим Ю. М., Воронов Ю. У. М.: Стройиздат, 1979. 320 с.

2. Остроушко І.А., Остроушко Р. И. Электролитическая очищення стічних вод мовби збагачувальних фабрик. // Кольорова металургія, 1972, № 20. — С.46 — 48.

3. Лур'є Ю.Ю., Генкин В.Є. Електрохімічна очищення стічні води містять ціанисті сполуки. // Журн. прикл. Хімії. — 1961, т. ХХХ111. вып.2. — С.384 — 389.

4. Чантурия В. А., Назарова Г. Н. Електрохімічна технологія в обогатительно-гидрометаллургических процесах. — М.: Наука, 1977. — 160с.

5. Назарова Г. Н., Костина Л. В. Застосування Електрохімічної технології очищення відпрацьованих промислових розчинів і стічних вод мовби збагачувальних і металургійних підприємств із обновременным доизвлечением цінних компонентів. // У кн.: Переробки мінерального сировини. М., Наука. — 1977. — С.211 — 225.

6. Дорохіна Л.И., Попурова Н. В. Про можливість використання електрохімічної технології для знешкодження цианидсодержащих розчинів збагачувальних фабрик з одночасним доизвлечением металів. // У кн.: Технологія розробки та збагачення з корисними копалинами, М., Надра. — 1975. — С.97 — 99.