5. УСТАНОВКИ АКВАХЛОР ДЛЯ СИНТЕЗА ГАЗООБРАЗНОЙ СМЕСИ ОКСИДАНТОВ ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ
Установки АКВАХЛОР - это новое поколение компактных, экономичных, экологически чистых, надежных, долговечных и простых в обращении электрохимических систем для синтеза на месте применения газообразного хлора из раствора хлорида натрия. Чисто российское изобретение. Патенты России, США, Англии, Германии, Японии и других стран.
Области применения установок АКВАХЛОР:
Замена традиционных баллонов со сжиженным хлором на малых и средних станциях питьевого водоснабжения (до 100 тысяч кубических метров воды в сутки), в перспективе - замена сжиженного хлора на крупных водоочистных станциях;
Хлорирование воды в плавательных бассейнах, банях, саунах;
Дезинфекция животноводческих помещений;
Обеззараживание бытовых, промышленных и сельскохозяйственных сточных вод;
Обеззараживание медицинских отходов перед их утилизацией;
Обеззараживание твердых отходов на свалках;
Обеззараживание навоза перед вывозом на поля фильтрации;
Производство эффективного консерванта силоса.
Преимуществами установок АКВАХЛОР перед известными электрохимическими системами являются следующие:
Экологическая чистота (отсутствие ртути в технологическом процессе производства хлора, покупных химических реагентов для умягчения воды и солевого раствора, химических реагентов для очистки электрохимического реактора), отсутствие вредных выбросов;
Компактность (блок из десяти модулей А-100 производительностью 1,0 кг хлора в час, предназначенный для обеззараживания питьевой воды с производительностью до 1000 кубических метров в час, имеет габаритные размеры 1200?400?600 мм);
Независимость от качества соли и качества воды для приготовления солевого раствора, нечувствительность диафрагм электрохимических реакторов к наличию в воде ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов;
Малый удельный расход электроэнергии на синтез хлора (не более 2,0 Вт?ч/г)
Малый удельный расход соли (не более 2 г на 1 г хлора);
Безопасность работы, т.е. отсутствие вероятности выброса газообразного хлора, поскольку свободный хлор в установках АКВАХЛОР находится только в коллекторах и трубопроводах, соединяющих анодные электродные камеры диафрагменных проточных электролитических элементов ПЭМ-3 с устройствами для ввода хлора в обрабатываемую воду;
Удобство и простота обслуживания, которое заключается в периодическом пополнении запаса солевого раствора;
Удобство и простота ремонта, который сводится к замене отдельных блоков установки АКВАХЛОР или замене источников питания;
Неприхотливость в источниках питания (солнечные батареи, малогабаритные гидроэлектрогенераторы, ветровые электрогенераторы, аккумуляторы);
Чисто российское изобретение, все компоненты производятся только в России;
Длительная работа без замены каких-либо узлов и частей - до 40 000 часов непрерывной работы;
Возможность полной автоматизации технологического процесса - т.е. полностью исключается труд оператора, установка АКВАХЛОР может работать в труднодоступных районах без квалифицированного технического обслуживания;
Полный контроль за скоростью процесса синтеза хлора посредством управления силой тока.
Установки АКВАХЛОР производятся в модификациях А-50, А-100 (корпусные системы со встроенным источником питания) и модули А-1000 (бескорпусные, с источником питания в виде отдельного блока). Производительность установок АКВАХЛОР в зависимости от модификации соответственно 50, 100 и 1000 грамм газообразного хлора в час. Возможно изготовление установок АКВАХЛОР большой единичной мощности (до 10 килограммов хлора в час) посредством соединения в блоки модулей А-1000. Технические характеристики установок АКВАХЛОР показаны в таблице 5.1.
Химический состав продуктов электрохимического синтеза в установках АКВАХЛОР. При использовании исходного раствора хлорида натрия, основным продуктом анодного синтеза в установках АКВАХЛОР является молекулярный газообразный хлор (97 - 95%) и диоксид хлора (2,5 - 4,8 %). Также в смеси указанных газов содержится до 0,2 % кислорода и озона. Поскольку данные газы допущены к применению для указанных целей, специального разрешения на их использование не требуется.
Согласно рекомендациям Всемирной Организации Здравоохранения, наличие диоксида хлора в газообразном хлоре позволяет избежать образования тригалометанов и других токсичных продуктов взаимодействия хлора с органическими веществами, обычно содержащимися в воде.
Если перед использованием газообразных продуктов их не подвергать осушке, то состав входят продукты анодного синтеза, содержащиеся в микрокапельках влаги: HClO, ClO·, ClO-, Cl·, HO2·,HO2, HO·,H·, H2O2, O3 , O2·, 1O2 , O· .
Устройство и принцип работы установки АКВАХЛОР. Установка АКВАХЛОР любой производительности содержит электрохимический реактор типа РПЭ, выполненный в виде блока гидравлически параллельно соединенных проточных электролитических модульных элементов ПЭМ-3, устройство для подачи солевого раствора под давлением до 2 кгс/см2 в электрохимический реактор и источник тока. Анодная и катодная электродные камеры реактора гидравлически соединены с анодной и катодной циркуляционными емкостями.
Рис. 5.1. Принципиальная гидравлическая схема установки АКВАХЛОР
Анодная емкость циркуляционного контура снабжена регулятором давления “до себя”.
Принцип работы установки заключается в том, что в анодную камеру электрохимического реактора непрерывно под давлением вводят насыщенный раствор хлорида натрия. Этот раствор циркулирует в анодной камере за счет газлифта: выделяющиеся на аноде газы - хлор и диоксид хлора увлекают за собой жидкость вверх, в емкость, где происходит отделение газа от жидкости. Газовая смесь удаляется из верхней части емкости, жидкость возвращается на вход в анодную камеру. Давление в анодной камере реактора выше, чем в катодной на 0,5 - 1,0 кгс/см2, что препятствует проникновению гидроксид-ионов из катодной камеры в анодную и тем самым увеличивает выход по току хлор-газа.
Таблица 5.1
Технические характеристики установок АКВАХЛОР
Показатели
Модель установки АКВАХЛОР
А-100
А-1000
Концентрация хлорида натрия в исходном растворе, г/л
200-300
200-300
Производительность по оксидантам, г/ч
30 - 100
30 - 100
Производительность по обеззараженной питьевой воде (1 мг/л), л/ч
до 100 000
до 1 000 000
Расход хлорида натрия на синтез 1 грамма оксидантов, г, не более
2
2
Потребляемая электрическая мощность, Вт
250
2500
Удельный расход электроэнергии на синтез оксидантов, Вт?ч/г
2,0
2,0
Масса установки, кг
5
80
Габаритные размеры установки, см
30?20?40
1000?500?900
Ионы натрия под действием перепада давления и за счет электродиффузионного переноса проникают из анодной камеры через диафрагму в катодную камеру, увлекая за собой воду. Таким образом, в катодной камере образуется концентрированный щелочной раствор (рН > 13), который циркулирует за счет водородного газлифта.
Избыток этого раствора удаляется из верхней части емкости катодного циркуляционного контура вместе с водородом.
Расход соли, находящейся в виде насыщенного солевого раствора, в реакторе установки минимален - в пределах количества раствора, который фильтруется через диафрагму в катодную камеру.
Степень разложения соли достигает 95%, так как анодный процесс протекает в кислой среде под повышенным давлением.
На электрохимический реактор подается напряжение, обеспечивающее протекание тока через каждый элемент ПЭМ-3 в пределах от 5 до 8 ампер (зависит от необходимой производительности). Обычно каждый элемент ПЭМ-3 в реакторе установки АКВАХЛОР работает при напряжении 2,3 - 3,5 вольта в указанном выше диапазоне силы тока.
В таблице 5.2 показаны сравнительные технические характеристики установок для получения газообразных оксидантов.
Таблица 5.2
Технические характеристики электрохимических
систем для синтеза газообразной смеси оксидантов
Наименование установки
Показатели
MOGGOD
Oxi-1A
(США)
ETS-50
(США)
АКВАХЛОР
А-100
(Россия)
Концентрация хлорида натрия в исходном растворе, г/л
300
300
300
Производительность по оксидантам, г/ч
40
35
100
Расход хлорида натрия на синтез 1 грамма оксидантов, г
6
5
2
Потребляемая электрическая мощность, Вт
400
300
180
Удельный расход электроэнергии на синтез оксидантов, Вт?ч/г
10
8,6
1,8
Масса установки, кг
73
137
8
Габаритные размеры
установки, см
76?51?114
96?69?123
40?30?60
Примечание: в установке АКВАХЛОР А-100 электрохимический реактор выполнен из элементов ПЭМ-3.
Устройство установки АКВАХЛОР А-100. В состав установки входят электрохимический блок и источник питания, размещенные в одном корпусе. Кроме того, имеется выносной миниатюрный погружной вибрационный насос, предназначенный для подачи исходного солевого раствора в электрохимический блок установки. Основной частью электрохимического блока установки является электрохимический реактор РПЭ. Реактор РПЭ представляет собой блок из гидравлически параллельно и электрически последовательно соединенных проточных электролитических модульных элементов (ПЭМ-3).
Элемент ПЭМ-3 представляет собой миниатюрный диафрагменный электролизер с вертикально установленными цилиндрическими электродами: внешним 1 и внутренним 2, между которыми размещена тонкостенная трубчатая пористая керамическая диафрагма 3, разделяющая межэлектродное пространство на две электродные камеры - анодную и катодную. Электроды 1, 2 и диафрагма 3 закреплены взаимно неподвижно, герметично и строго коаксиально. Межэлектродное расстояние (МЭР) в элементе ПЭМ-3 равно 3 мм.
Диафрагма элемента ПЭМ-3 выполнена из керамики на основе оксидов циркония, алюминия и иттрия. Диафрагма обладает высокой устойчивостью к действию концентрированных и разбавленных водных растворов кислот, щелочей, окислителей, восстановителей, агрессивных газов (хлора, диоксида хлора, кислорода, озона), нечувствительна к ионам тяжелых металлов, органическим веществам и имеет длительный ресурс работы (50 - 60 тыс. часов).
Внешний электрод элемента ПЭМ-3 является катодом и изготовлен из титана.
Аноды в элементе ПЭМ-3 изготовлены из титана с покрытием из оксидов рутения и иридия. Регулирование каталитических свойств анодных покрытий, селективности процессов электрохимического синтеза, способности к образованию микропузырьков газов оптимальных размеров, обеспечивается технологическими операциями в процессе их нанесения.
Анодная и катодная камеры реактора РПЭ установки соединены с емкостями соответственно анодного и катодного циркуляционных контуров, выполненными в виде замкнутых трубопроводов из поливинилхлорида марки ПВХ-ХЛОР. Емкость анодного циркуляционного контура снабжена клапаном-регулятором давления «до себя», который поддерживает повышенное давление в анодном циркуляционном контуре и препятствует потерям раствора хлорида натрия.
Емкость катодного контура во время работы находится под давлением, близким к атмосферному и имеет вход и выход в виде штуцеров.
Что нужно для работы установки АКВАХЛОР. Для работы установки АКВАХЛОР необходимо наличие водного раствора хлорида натрия концентрацией от 150 до 300 грамм в 1 литре (особых требований к качеству соли не предъявляется), электроэнергия 220 вольт переменного тока, источник пресной воды любого качества для организации протока через катодную камеру установки. Установка АКВАХЛОР может быть смонтирована непосредственно у места ввода хлора в обрабатываемую воду. Обычно хлор их установки АКВАХЛОР подается по фторопластовому шлангу в дозирующее устройство – водоструйный насос любого типа.
