RU2167823C2

RU2167823C2 - Process of electrochemical treatment of water

Info

Publication number: RU2167823C2
Application number: RU99118065A
Authority: RU
Inventors: А.Ю. Попов; Д.А. Попов
Original assignee: Попов Алексей Юрьевич; Попов Дмитрий Алексеевич
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 1999-08-19
Publication date: 2001-05-27

Abstract

FIELD: electrochemical treatment of water and aqueous solutions of salts to change their oxidizing and reducing properties. SUBSTANCE: starting water with concentration of dissolved salts from 1.0 to 10.0 g/l is treated in anode chamber of flow diaphragm electrolyser with specific consumption of electricity from 3000 to 15000 coulomb per liter. Low-mineralized water with concentration of salts lower than in starting water with flow rate from 0.2 to 4.0 l/h is supplied into cathode chamber of electrolyser. Starting water supplied into anode chamber is prepared by metering out highly mineralized water to low-mineralized water. Value pH of anolyte is controlled in the range from 4.0 to 7.5 by change of flow rate of low-mineralized water. EFFECT: preparation of disinfecting solution with optimum range of pH and with low residual content of salt. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрохимической обработке воды и водных растворов солей с целью изменения их окислительных и восстановительных свойств. The invention relates to the electrochemical treatment of water and aqueous solutions of salts in order to change their oxidizing and reducing properties.

В практике широко применяются дезинфицирующие растворы, полученные электролизом водных растворов хлоридов щелочноземельных металлов, в первую очередь хлорида натрия (вследствие его дешевизны). Указанные растворы производят (в зависимости от способа электролиза и применяемых для этого устройств) с разной концентрацией активного хлора, с разной величиной pH, с разной остаточной концентрацией хлоридов. Из практики известно, что наиболее высоким обеззараживающим действием обладают растворы активного хлора, имеющие величину pH в диапазоне от 4,0 до 7,5, т.к. при этих условиях концентрация активного хлора в значительной степени обусловлена наличием хлорноватистой кислоты. При pH выше 7,5 концентрация активного хлора определяется в основном присутствием гипохлорит иона, а при pH ниже 4,0 - молекулярного хлора. Гипохлоритные растворы обладают в десятки раз более низким обеззараживающим действием, чем растворы хлорноватистой кислоты, а хлорные растворы, хотя и незначительно уступают по обеззараживающему действию последним, тем не менее редко применяются как из-за их более высокой коррозионной активности, так и из-за сильной летучести хлора при низких pH. Известно также, что коррозионное действие дезинфицирующих растворов зависит не только от величины pH, но и от остаточного содержания хлоридов. Оно тем меньше, чем ниже остаточная концентрация хлоридов в дезинфицирующем растворе. Снизить расход хлоридов при получении дезинфицирующих растворов важно и с экономической точки зрения. Если дезинфицирующие растворы применяются для обеззараживания воды, например питьевой, воды плавательных бассейнов или сточной воды, то остаточное содержание хлоридов в указанных растворах также имеет большое значение, т. к. оно строго нормируется в обеззараживаемой воде. Например, содержание хлоридов в питьевой воде не должно превышать 250 мг в 1 л. Следовательно, практика требует получать дезинфицирующие растворы такими способами и с помощью таких устройств, которые обеспечивают наиболее высокую долю превращения хлоридов в активный хлор, дают наименьшую остаточную концентрацию хлоридов и величину pH, находящуюся в диапазоне от 4,0 до 7,5. In practice, disinfectant solutions obtained by electrolysis of aqueous solutions of alkaline earth metal chlorides, primarily sodium chloride (due to its cheapness) are widely used. These solutions are produced (depending on the electrolysis method and the devices used for this) with different concentrations of active chlorine, with different pH values, with different residual concentrations of chlorides. It is known from practice that solutions of active chlorine have the highest disinfecting effect, having a pH in the range from 4.0 to 7.5, because under these conditions, the concentration of active chlorine is largely due to the presence of hypochlorous acid. At a pH above 7.5, the concentration of active chlorine is determined mainly by the presence of a hypochlorite ion, and at a pH below 4.0, molecular chlorine. Hypochlorite solutions have a ten times lower disinfecting effect than hypochlorous acid solutions, and chlorine solutions, although slightly inferior to the latter in disinfecting effect, are nevertheless rarely used because of their higher corrosivity, and because of their strong volatility of chlorine at low pH. It is also known that the corrosive effect of disinfecting solutions depends not only on the pH value, but also on the residual chloride content. It is the smaller, the lower the residual concentration of chlorides in the disinfectant solution. It is also important from an economic point of view to reduce the consumption of chlorides in the preparation of disinfectant solutions. If disinfecting solutions are used to disinfect water, such as drinking water, swimming pool water or wastewater, the residual chloride content in these solutions is also of great importance, since it is strictly standardized in disinfected water. For example, the chloride content in drinking water should not exceed 250 mg per 1 liter. Therefore, practice requires the production of disinfecting solutions in such ways and with the help of such devices that provide the highest conversion of chlorides to active chlorine, give the lowest residual concentration of chlorides and a pH in the range from 4.0 to 7.5.

Известны способ и устройство для электрохимической обработки воды с целью изменения ее окислительных (получение стерилизующих и дезинфицирующих растворов) и восстановительных свойств (получение моющих растворов) - заявка PCT/GB97/02666. В указанном изобретении дезинфицирующие растворы получают в проточном диафрагменном электролизере, пропуская всю воду с растворенными в ней солями сначала через катодную камеру, а затем весь католит или его часть - через анодную камеру. Величину pH дезинфицирующего раствора (анолита) регулируют отводом части католита из электролизера перед направлением его в анодную камеру, т. е. изменением соотношения расходов католита и анолита. Если соотношение расходов католита и анолита 1:1, то получают анолит с pH от 7 до 8, если указанное соотношение 1:0,75, то получают анолит с pH от 6 до 7, если соотношение упомянутых расходов 1:0,5, то получают анолит с pH от 2 до 6. Недостатком указанного изобретения является неэффективное использование соли, растворенной в воде, т.к., например, для получения дезинфицирующих растворов с pH от 5 до 6 (наиболее часто используемых на практике) теряется до 50% соли вместе с католитом, отводимым из электролизера. A known method and device for the electrochemical treatment of water with the aim of changing its oxidizing (obtaining sterilizing and disinfecting solutions) and reducing properties (obtaining washing solutions) is PCT / GB97 / 02666. In this invention, disinfectant solutions are obtained in a flow diaphragm electrolyzer, passing all the water with salts dissolved in it first through the cathode chamber, and then all or part of the catholyte through the anode chamber. The pH value of the disinfecting solution (anolyte) is regulated by withdrawing part of the catholyte from the electrolyzer before sending it to the anode chamber, i.e., by changing the ratio of catholyte and anolyte consumption. If the ratio of catholyte to anolyte consumption is 1: 1, then anolyte with a pH of 7 to 8 is obtained, if the indicated ratio is 1: 0.75, then anolyte with a pH of 6 to 7 is obtained; get anolyte with a pH of 2 to 6. The disadvantage of this invention is the inefficient use of salt dissolved in water, because, for example, to obtain disinfectant solutions with a pH of 5 to 6 (the most commonly used in practice) up to 50% of salt is lost together with catholyte discharged from the cell.

Наиболее близкими к заявляемому изобретению являются способ и устройство, защищенные патентом Великобритании N 2253860. В указанном патенте с помощью проточного диафрагменного электролизера получают дезинфицирующие растворы, пропуская через анодную камеру слабоминерализованную воду, концентрация солей в которой не превышает 10 г в 1 л, и, подвергая ее электрохимической обработке с удельными затратами электричества не превышающими 3000 кулонов на 1 л. При этом в катодную камеру подают высокоминерализованную воду (с концентрацией растворенных солей выше 10 г в 1 л), которая циркулирует по замкнутому контуру между указанной катодной камерой и газоразделительной емкостью, снабженной поплавковым клапаном. Воду в анодную камеру подают под давлением выше атмосферного, в результате чего часть воды фильтруется из анодной камеры в катодную. Из катодной камеры вода поступает в газоразделительную емкость и наполняет ее, при этом поплавковый клапан закрывает выходное отверстие для выхода газов в крышке указанной емкости. В результате давление в газоразделительной емкости начинает расти, превосходит давление воды в анодной камере и высокоминерализованная вода перетекает из катодной камеры через пористую керамическую диафрагму в анодную. Уровень жидкости в газоразделительной емкости падает, поплавковый клапан открывает отверстие для выхода газов, последние выходят из емкости, давление в ней падает, и вода опять из анодной камеры через диафрагму перетекает в катодную. Недостатком указанного изобретения является неэффективное использование соли растворенной в воде, обусловленное, с одной стороны, низкими удельными затратами электричества и, с другой стороны, потерей части соли с высокоминерализованной водой, перетекающей в анодную камеру из циркуляционного контура катодной камеры. Closest to the claimed invention are the method and device protected by UK patent N 2253860. In this patent, disinfectant solutions are obtained using a flowing diaphragm electrolyzer by passing low-saline water through the anode chamber, the salt concentration of which does not exceed 10 g per 1 liter, and exposing its electrochemical treatment with specific electricity costs not exceeding 3000 coulombs per 1 liter. At the same time, highly mineralized water (with a concentration of dissolved salts above 10 g in 1 l) is supplied to the cathode chamber, which circulates in a closed circuit between the cathode chamber and the gas separation tank equipped with a float valve. Water is supplied to the anode chamber at a pressure above atmospheric pressure, as a result of which part of the water is filtered from the anode chamber to the cathode. From the cathode chamber, water enters and fills the gas separation tank, while the float valve closes the gas outlet for the exit of gases in the lid of the specified tank. As a result, the pressure in the gas separation vessel begins to increase, exceeds the pressure of the water in the anode chamber, and highly mineralized water flows from the cathode chamber through the porous ceramic diaphragm to the anode. The liquid level in the gas separation tank drops, the float valve opens the gas outlet, the latter exit the tank, the pressure drops in it, and water again flows from the anode chamber through the diaphragm to the cathode. The disadvantage of this invention is the inefficient use of salt dissolved in water, due, on the one hand, to low specific electricity costs and, on the other hand, to the loss of part of the salt with highly mineralized water flowing into the anode chamber from the circulation circuit of the cathode chamber.

Решаемой технической задачей заявляемого изобретения является получение воды с окислительными свойствами (анолита), имеющей минимальную остаточную концентрацию соли (хлоридов) и величину pH, находящуюся в диапазоне от 4,0 до 7,5. The technical task of the invention is to obtain water with oxidizing properties (anolyte) having a minimum residual concentration of salt (chlorides) and a pH value in the range from 4.0 to 7.5.

Поставленная задача решается за счет того, что исходную воду с растворенными в ней солями, концентрация которых составляет от 1 до 10 г в 1 л, подают для электрохимической обработки в анодную камеру проточного диафрагменного электролизера в зазор между анодом и пористой керамической диафрагмой с одновременной подачей воды в катодную камеру, где она проходит снизу вверх между катодом и указанной пористой керамической диафрагмой, приобретает восстановительные свойства и отводится из электролизера в верхней его части, при этом между анодом и катодом через воду в обеих камерах и пористую диафрагму, разделяющую эти камеры, проходит электрический ток. Исходную воду, подаваемую в анодную камеру, готовят, дозируя высокоминерализованную воду с концентрацией соли от 5 до 35% в слабоминерализованную. Электрохимическую обработку указанной исходной воды ведут в анодной камере при удельных затратах электричества от 3000 до 15000 кулонов на 1 л, а в катодную камеру указанного электролизера подают слабоминерализованную воду с расходом от 0,2 до 4,0 л в 1 ч и с концентрацией растворенных солей ниже, чем в исходной воде, подаваемой в анодную камеру. При этом величину pH анолита регулируют, устанавливая ее в пределах от 4,0 до 7,5, изменением расхода слабоминерализованной воды, подаваемой в катодную камеру. The problem is solved due to the fact that the source water with salts dissolved in it, the concentration of which is from 1 to 10 g per 1 liter, is fed for electrochemical treatment into the anode chamber of the flow diaphragm electrolyzer in the gap between the anode and the porous ceramic diaphragm with simultaneous water supply into the cathode chamber, where it passes from bottom to top between the cathode and the specified porous ceramic diaphragm, acquires reducing properties and is removed from the electrolyzer in its upper part, while between the anode cathode through the water in both chambers and the porous diaphragm separating the chambers, an electric current passes. The source water supplied to the anode chamber is prepared by dosing highly mineralized water with a salt concentration of 5 to 35% in low mineral water. The electrochemical treatment of the specified source water is carried out in the anode chamber at specific electricity costs of 3,000 to 15,000 coulombs per liter, and low-mineralized water is supplied to the cathode chamber of the indicated electrolyzer at a rate of 0.2 to 4.0 liters per hour and with a concentration of dissolved salts lower than in the original water supplied to the anode chamber. In this case, the pH of the anolyte is regulated, setting it in the range from 4.0 to 7.5, by changing the flow rate of low-mineralized water supplied to the cathode chamber.

Иллюстрацией заявляемого способа служит чертеж. На нем изображен проточный диафрагменный электролизер, состоящий из анодной 1 и катодной 2 камер, образованных соответственно анодом 3 и катодом 4 и разделенных пористой керамической диафрагмой 5, входные 6 и 7 и выходные 8 и 9 патрубки анодной и катодной камер соответственно, циркуляционный контур католита, образованный трубопроводом 10, соединяющим выходной 9 и входной 7 патрубки катодной камеры, подводящие 11 и 12 и отводящие 13 и 14 трубопроводы анодной и катодной камер, соответственно, трубопровод слабоминерализованной воды 15, средства для регулирования расхода воды 16 и 17 (например, дозировочные насосы, игольчатые вентили, шланговые зажимы и др.), подаваемой соответственно в анодную и катодную камеры и установленные на подводящих 11 и 12 трубопроводах анодной и катодной камер, средства 18 (например, дозировочный насос) дозирования высокоминерализованной воды в слабоминерализованную воду для приготовления исходной воды, подаваемой в анодную камеру, установленные на трубопроводе высокоминерализованной воды 19, соединяющем емкость высокоминерализованной воды 20 с подводящим трубопроводом анодной камеры 1, источник постоянного тока (не показан), полюса которого соединены электрической связью с анодом и катодом, емкость анолита 21. An illustration of the proposed method is a drawing. It depicts a flow diaphragm electrolyzer consisting of anode 1 and cathode 2 chambers formed respectively by anode 3 and cathode 4 and separated by a porous ceramic diaphragm 5, input 6 and 7 and output 8 and 9 pipes of the anode and cathode chambers, respectively, the catholyte circulation circuit, formed by a pipeline 10 connecting the outlet 9 and input 7 of the cathode chamber nozzle, supplying 11 and 12 and outlet 13 and 14 of the anode and cathode chamber pipelines, respectively, low-saline water pipe 15, means for reg water consumption 16 and 17 (for example, metering pumps, needle valves, hose clamps, etc.), supplied respectively to the anode and cathode chambers and installed on the supplying 11 and 12 pipelines of the anode and cathode chambers, means 18 (for example, a metering pump) dosing of highly mineralized water into low-mineralized water to prepare the source water supplied to the anode chamber, installed on the highly mineralized water pipe 19 connecting the tank of highly mineralized water 20 to the inlet pipe gadfly anode chamber 1, a constant current source (not shown), the poles of which are connected in electrical communication with the anode and cathode, anolyte container 21.

Согласно заявляемому способу вышеописанный электролизер работает следующим образом. Слабоминерализованную воду (например, водопроводную с концентрацией растворенных солей не более 0,1%), подают по трубопроводу 15 в электролизер и разделяют на два потока, один из которых по подводящему трубопроводу 11 направляют в анодную камеру 1, а второй - по подводящему трубопроводу 12 в катодную камеру 2. По мере движения слабоминерализованной воды в анодную камеру по трубопроводу 11 в нее дозируют с помощью средств дозирования 18 высокоминерализованную воду с концентрацией растворенных солей от 5 до 35% из емкости 20 по трубопроводу 19. Дозирование осуществляют с таким расходом, чтобы после смешения в трубопроводе 11 слабоминерализованной воды с высокоминерализованной получилась исходная вода с концентрацией растворенных солей, не превышающей 10 г в 1 л. Следовательно, по подводящему трубопроводу анодной камеры 11 сначала поступает слабоминерализованная вода до места подсоединения к нему трубопровода высокоминерализованной воды 19, а далее по трубопроводу 11 в анодную камеру движется исходная вода, образованная в результате смешения слабоминерализованной воды с высокоминерализованной. При этом в качестве средств 18 могут использоваться любые известные средства дозирования жидкости, например, дозировочные насосы, такие как перистальтический, диафрагменный. Концентрацию соли, растворенной в высокоминерализованной воде, выбирают в указанном выше диапазоне, с одной стороны, из соображения экономичности установки, т.к. использование высоких концентраций соли, близких к насыщенному раствору (35%), позволяет применять дозировочные насосы меньшей производительности и, следовательно, более дешевые; с другой стороны, из соображения технологичности, т.к. для наилучшего перемешивания слабоминерализованной воды с высокоминерализованной целесообразно использовать более разбавленные растворы, с концентрацией солей, близкой к нижнему пределу указанного выше диапазона (5%). Использование упомянутого выше способа дозирования важно для решения поставленной задачи. Оно позволяет получить исходную воду с высокой точностью (обычно не ниже ±5%) с заранее заданной концентрацией соли. Это дает возможность в зависимости от конкретного практического использования получаемого дезинфицирующего раствора выбирать оптимальную концентрацию соли в исходной воде. Известно, что степень превращения хлоридов в активный хлор при прочих равных условиях тем выше, чем ниже концентрация соли в исходной воде. Поэтому использование приема дозирования для получения оптимальной концентрации соли в исходной воде в комбинации с использованием удельных затрат электричества в заявляемом диапазоне позволяет наиболее экономично (с точки зрения потребления соли) получать дезинфицирующие растворы для конкретного использования. После приготовления исходную воду по трубопроводу 11 подают в анодную камеру 1 на электрохимическую обработку. Расход исходной воды устанавливают с помощью средства для регулирования расхода 16 равным такой величине, чтобы с учетом силы электрического тока в электролизере получить удельные затраты электричества на электрохимическую обработку воды в анодной камере в пределах от 3000 до 15000 кулонов на 1 л. Удельные затраты электричества выбираются в заявляемом диапазоне, т.е. более высокими, чем в способе-прототипе с целью более эффективного превращения растворенной в исходной воде соли (точнее хлоридов) в активный хлор (т.е. в продукты гидролиза газообразного хлора, выделившегося в процессе электролиза на аноде). Нижний предел (более 3000) выбран таковым, поскольку более низкий не обеспечивает высокой степени превращения хлоридов в активный хлор. Заявляемый верхний предел (15000) выбран исходя из того, что при работе с более высокими удельными затратами электричества в указанном выше диапазоне концентрации солей, растворенных в исходной воде, наблюдается чрезмерный разогрев электролизера. В катодную камеру 2 по трубопроводу 12 подают на электрохимическую обработку слабоминерализованную воду. Расход этой воды устанавливают с помощью средства для регулирования расхода 17 таким, чтобы он находился в пределах от 0,2 до 4,0 л в 1 ч и обеспечивал величину pH анолита в пределах от 4,0 до 7,5. Указанный верхний предел выбран исходя из того, что при более высоком расходе воды в катодную камеру получается анолит с величиной pH ниже 4,0. В качестве средств для регулирования расхода воды 16 и 17, подаваемой соответственно в анодную и катодную камеры, используют любые известные средства для регулирования расхода жидкости, например вентили, игольчатые вентили, регулируемые шланговые зажимы, дозировочные насосы. После заполнения анодной и катодной камер водой включают источник постоянного тока, который по электрическим проводам подает напряжение на анод и катод. Под действием указанного напряжения между анодом и катодом через воду, заполнившую анодную и катодную камеры, и пористую керамическую диафрагму протекает электрический ток. Силу электрического тока устанавливают такой, чтобы с учетом величины расхода исходной воды, подаваемой в анодную камеру, удельные затраты электричества на электрохимическую обработку указанной воды в анодной камере находились в заявляемых пределах (от 3000 до 15000 кулонов на 1 л). Удельные затраты электричества в анодной камере равны отношению силы тока между электродами, измеряемой в амперах, к расходу исходной воды через анодную камеру, измеряемому в литрах в 1 с. Католит, образовавшийся в катодной камере в процессе электролиза, циркулирует под действием газлифта, вызванного электролизными газами, по циркуляционному контуру, образованному трубопроводом 10, входным патрубком 7 катодной камеры, собственно катодной камерой 2 и выходным патрубком 9 указанной катодной камеры. Использование указанного циркуляционного контура католита позволяет получать католит с более высоким значением pH, чем в устройстве без циркуляционного контура. Такой католит (с более высоким pH) позволяет получать анолит с величиной pH, близкой к заявляемому верхнему пределу (7,5). Подача слабоминерализованной воды в катодную камеру (в отличие от способа-прототипа) позволяет снизить расход соли при проведении процесса электролиза по заявляемому способу. Так как в катодную камеру непрерывно подается слабоминерализованная вода, то из нее также непрерывно выходит католит (в смеси с электролизными газами), который по трубопроводу 14 либо собирается в емкости католита (не показана), либо сбрасывается в дренаж. Величину pH анолита регулируют с помощью средства для регулирования расхода 17. Уменьшая с его помощью расход воды, подаваемой в катодную камеру, увеличивают величину pH анолита и, наоборот, увеличивая расход воды, уменьшают величину pH анолита. Однако в любом случае расход католита устанавливают таким, чтобы величина pH анолита находилась в пределах от 4,0 до 7,5. According to the claimed method, the above-described electrolyzer operates as follows. Low-mineralized water (for example, tap water with a concentration of dissolved salts of not more than 0.1%) is fed through a pipe 15 to the electrolyzer and is divided into two streams, one of which is sent to the anode chamber 1 through the supply pipe 11, and the second through the supply pipe 12 into the cathode chamber 2. As low-saline water moves into the anode chamber through a pipe 11, highly mineralized water with a concentration of dissolved salts from 5 to 35% from a tank 20 through a pipe 19. is dosed with the help of dosing devices 18. Dosirov of consumption is performed such that after mixing in the pipe 11 brackish water with highly mineralized turned raw water with dissolved salt concentration not exceeding 10 g per 1 liter. Consequently, low-saline water first arrives through the supply pipe of the anode chamber 11 to the point of connection of the highly mineralized water pipe 19 to it, and then, through the pipe 11, the source water moves as a result of mixing the low-mineralized water with highly saline water. In this case, as the means 18 can be used any known means of dispensing liquids, for example, metering pumps, such as peristaltic, diaphragm. The concentration of salt dissolved in highly saline water is selected in the above range, on the one hand, for reasons of plant economics, because the use of high salt concentrations close to a saturated solution (35%) allows the use of metering pumps of lower productivity and, therefore, cheaper; on the other hand, for reasons of manufacturability, because for the best mixing of weakly saline water with highly saline, it is advisable to use more dilute solutions with a salt concentration close to the lower limit of the above range (5%). Using the aforementioned dosing method is important for solving the problem. It allows you to get the source water with high accuracy (usually not less than ± 5%) with a predetermined salt concentration. This makes it possible, depending on the specific practical use of the resulting disinfecting solution, to select the optimal salt concentration in the source water. It is known that the degree of conversion of chlorides to active chlorine, ceteris paribus, the higher, the lower the salt concentration in the source water. Therefore, the use of a dosing technique to obtain the optimal salt concentration in the source water in combination with the use of specific electricity costs in the claimed range allows the most economical (in terms of salt consumption) to obtain disinfectant solutions for a specific use. After preparation, the source water through a pipe 11 is fed into the anode chamber 1 for electrochemical treatment. The flow rate of the source water is set using the means for controlling the flow rate 16 to be such that, taking into account the strength of the electric current in the electrolyzer, to obtain the specific cost of electricity for the electrochemical treatment of water in the anode chamber in the range from 3000 to 15000 coulombs per liter. The specific costs of electricity are selected in the claimed range, i.e. higher than in the prototype method in order to more efficiently convert the salt (more precisely, chlorides) dissolved in the source water into active chlorine (i.e., into the products of hydrolysis of gaseous chlorine released during electrolysis at the anode). The lower limit (more than 3000) is chosen as such, since the lower one does not provide a high degree of conversion of chlorides to active chlorine. The inventive upper limit (15000) is selected based on the fact that when working with higher specific electricity costs in the above concentration range of salts dissolved in the source water, excessive heating of the cell is observed. In the cathode chamber 2 through the pipe 12 serves for electrochemical treatment of slightly mineralized water. The flow rate of this water is set using the means for controlling the flow rate 17 so that it is in the range from 0.2 to 4.0 liters per hour and provides anolyte pH in the range from 4.0 to 7.5. The specified upper limit is chosen based on the fact that at a higher flow rate of water into the cathode chamber, anolyte with a pH below 4.0 is obtained. As means for controlling the flow rate of water 16 and 17 supplied respectively to the anode and cathode chambers, any known means for controlling the flow rate of liquid are used, for example, valves, needle valves, adjustable hose clamps, metering pumps. After filling the anode and cathode chambers with water, a direct current source is turned on, which supplies electric voltage to the anode and cathode. Under the action of the indicated voltage between the anode and cathode, an electric current flows through the water filling the anode and cathode chambers and the porous ceramic diaphragm. The strength of the electric current is set such that, taking into account the magnitude of the flow rate of the source water supplied to the anode chamber, the specific cost of electricity for the electrochemical treatment of said water in the anode chamber is within the claimed range (from 3000 to 15000 coulombs per liter). The specific cost of electricity in the anode chamber is equal to the ratio of the current between the electrodes, measured in amperes, to the flow rate of the source water through the anode chamber, measured in liters per second. The catholyte formed in the cathode chamber during the electrolysis is circulated under the action of a gas lift caused by electrolysis gases, through the circulation circuit formed by the pipe 10, the inlet pipe 7 of the cathode chamber, the actual cathode chamber 2, and the outlet pipe 9 of the specified cathode chamber. The use of the indicated catholyte circulation loop makes it possible to obtain catholyte with a higher pH value than in a device without a circulation loop. Such a catholyte (with a higher pH) allows to obtain anolyte with a pH close to the declared upper limit (7.5). The supply of slightly mineralized water to the cathode chamber (in contrast to the prototype method) allows to reduce the salt consumption during the electrolysis process according to the claimed method. Since weakly mineralized water is continuously supplied to the cathode chamber, catholyte (mixed with electrolysis gases) also continuously flows out of it, which is either collected in pipeline catholyte (not shown) or discharged into drainage via line 14. The pH of the anolyte is regulated using a means for controlling the flow rate 17. By decreasing the flow rate of water supplied to the cathode chamber, increasing the pH of the anolyte and, conversely, increasing the flow rate of water, decrease the pH of the anolyte. However, in any case, the consumption of catholyte is set so that the pH of the anolyte is in the range from 4.0 to 7.5.

Пример реализации заявляемого способа. Электрохимическую обработку воды проводили в проточном электролизере. В качестве анода использовали трубку с внутренним диаметром 14 мм, изготовленную из титана. На внутреннюю поверхность трубки было нанесено многослойное каталитическое покрытие из смеси оксидов рутения и иридия. В качестве катода был использован титановый стержень диаметром 8 мм, коаксиально помещенный внутрь анода. Между анодом и катодом также коаксиально была установлена трубчатая керамическая диафрагма, изготовленная из смеси оксидов алюминия, циркония и иттрия. Диаметр указанной диафрагмы составлял около 11 мм, длина 210 мм и толщина стенки около 0,5 мм. Анод, диафрагма и катод были отделены друг от друга с помощью резиновых уплотнительных колец соответствующего диаметра. Торцы указанных анода, диафрагмы и катода были вставлены в пластмассовые втулки, снабженные входными патрубками анолита и католита с одного торца и выходными - с другого. Указанный электролизер был расположен вертикально так, чтобы входные патрубки были внизу, а выходные - вверху. В качестве слабоминерализованной воды использовали водопроводную воду с концентрацией растворенных солей ниже 0,1 г в 1 л. Исходную воду готовили, дозируя (с помощью перистальтического дозировочного насоса) высокоминерализованную воду с концентрацией растворенной соли (хлорида натрия) 200 г в 1 л. Дозирование указанной воды осуществляли с расходом 75 мл в 1 ч. Расход исходной воды в анодную камеру устанавливали с помощью регулятора расхода (вентиля) равным 5 л в 1 ч. При этом концентрацию соли в исходной воде получали равной 3 г в 1 л. В катодную камеру подавали упомянутую водопроводную воду с расходом 0,8 л в 1 ч. Указанный расход также устанавливали с помощью соответствующего регулятора расхода (игольчатого вентиля). В качестве источника постоянного электрического тока использовали нестабилизированный источник электрического питания с напряжением 9 B. При таком напряжении ток электролиза составил 9 A. Следовательно, удельные затраты электричества на электрохимическую обработку анолита составили 6475 кулонов на 1 л. В результате был получен анолит с концентрацией активного хлора (измеренной методом иодометрического титрования с точностью ±5%) около 1000 мг в литре. Величина pH анолита составила 6,4. При указанном значении pH примерно 97% активного хлора представлено хлорноватистой кислотой и только 3% гипохлоритом натрия, что говорит о том,что полученный анолит обладает дезинфицирующей способностью, близкой к максимальной. Как видно из представленных результатов, в данном примере было достигнуто соотношение концентраций активного хлора в анолите и хлорида натрия в исходной воде, равное 1:3. An example implementation of the proposed method. Electrochemical treatment of water was carried out in a flowing electrolyzer. A tube with an inner diameter of 14 mm made of titanium was used as the anode. A multilayer catalytic coating of a mixture of ruthenium and iridium oxides was applied to the inner surface of the tube. A 8 mm diameter titanium rod coaxially placed inside the anode was used as a cathode. A tubular ceramic diaphragm made of a mixture of aluminum, zirconium and yttrium oxides was also coaxially installed between the anode and cathode. The diameter of the aperture was about 11 mm, a length of 210 mm and a wall thickness of about 0.5 mm. The anode, diaphragm and cathode were separated from each other by means of rubber o-rings of the corresponding diameter. The ends of the indicated anode, diaphragm and cathode were inserted into plastic sleeves equipped with inlet pipes of anolyte and catholyte from one end and output from the other. The specified cell was located vertically so that the inlet pipes were at the bottom, and the weekend at the top. Tap water with a concentration of dissolved salts below 0.1 g in 1 l was used as weakly mineralized water. Source water was prepared by dosing (using a peristaltic dosing pump) highly saline water with a concentration of dissolved salt (sodium chloride) of 200 g in 1 liter. Dosing of the indicated water was carried out with a flow rate of 75 ml per 1 h. The flow rate of the source water into the anode chamber was set using a flow regulator (valve) equal to 5 l per 1 h. In this case, the salt concentration in the source water was obtained equal to 3 g per 1 l. Said tap water was fed into the cathode chamber with a flow rate of 0.8 L per 1 hour. The indicated flow rate was also set using the corresponding flow regulator (needle valve). An unstabilized electric power source with a voltage of 9 V was used as a constant electric current source. At this voltage, the electrolysis current was 9 A. Therefore, the specific cost of electricity for the anolyte electrochemical treatment was 6475 coulombs per liter. As a result, anolyte with an active chlorine concentration (measured by iodometric titration with an accuracy of ± 5%) of about 1000 mg per liter was obtained. The pH of the anolyte was 6.4. At the indicated pH value, approximately 97% of active chlorine is represented by hypochlorous acid and only 3% sodium hypochlorite, which indicates that the obtained anolyte has a disinfecting ability close to maximum. As can be seen from the presented results, in this example, the ratio of the concentrations of active chlorine in the anolyte and sodium chloride in the source water was equal to 1: 3.

Для сравнения был проведен электролиз по способу-прототипу. В анодную камеру такого же электролизера, как описан в приведенном выше примере, подавали исходную воду также с концентрацией соли равной 3 г в 1 л. Расход исходной воды через анодную камеру составил 30 л в 1 ч. В газоотделительную емкость катодной камеры, образующую с последней циркуляционный контур, была залита высокоминерализованная вода с концентрацией хлорида натрия 200 г в 1 л. Использовали тот же источник питания с напряжением 9 B. При этом ток электролиза равнялся 12 A, а удельные затраты электричества на обработку исходной воды в анодной камере составили 1446 кулонов на 1 л. В результате электролиза был получен анолит с концентрацией активного хлора около 300 мг в 1 л. При этом величина pH анолита составила 7,8. При таком значении pH только около 25% активного хлора представлено хлорноватистой кислотой, и, следовательно, дезинфицирующая способность анолита далекa от максимальной. Как видно из приведенных данных, соотношение концентраций активного хлора в анолите и хлорида натрия в исходной воде в примере по способу-прототипу составило 1:10, что в 3,3 раза хуже, чем в заявляемом способе. For comparison, electrolysis was carried out according to the prototype method. In the anode chamber of the same electrolyzer as described in the above example, feed water was also supplied with a salt concentration of 3 g per 1 liter. The flow rate of the source water through the anode chamber was 30 liters per 1 hour. Highly saline water with a sodium chloride concentration of 200 g per 1 liter was poured into the gas separation capacity of the cathode chamber, which forms a circulation loop from the last. We used the same power source with a voltage of 9 V. The electrolysis current was 12 A, and the specific cost of electricity for processing the source water in the anode chamber was 1446 coulombs per 1 liter. As a result of electrolysis, anolyte with an active chlorine concentration of about 300 mg per 1 liter was obtained. The pH of the anolyte was 7.8. At this pH value, only about 25% of the active chlorine is represented by hypochlorous acid, and therefore the disinfecting ability of the anolyte is far from maximum. As can be seen from the above data, the ratio of the concentrations of active chlorine in the anolyte and sodium chloride in the source water in the example by the prototype method was 1:10, which is 3.3 times worse than in the present method.

Следовательно, заявляемый способ позволяет получать дезинфицирующие растворы в оптимальном диапазоне pH, с более высокой степенью превращения хлорида натрия в активный хлор и, следовательно, с более низким остаточным солесодержанием, чем в способе-прототипе. Такие растворы (получаемые по заявляемому способу) можно использовать в качестве концентратов для получения (методом их разбавления, например, водопроводной водой) эффективных дезинфицирующих растворов (например, с концентрацией активного хлора 200 мг в 1 л), имеющих в несколько раз меньшее остаточное содержание хлоридов, и, следовательно, оказывающих меньшее коррозионное действие, чем по способу-прототипу. В случае, если дезинфицирующие растворы, получаемые по заявляемому способу, используются для обеззараживания воды (например, воды питьевого назначения, воды плавательных бассейнов, или сточных вод), то и в этом случае они имеют существенные преимущества. Последние заключаются в том, что, во-первых, вследствие более высокой концентрации активного хлора для их дозирования можно применять менее производительные и, следовательно, более дешевые насосы, а во-вторых, при их использовании в обеззараживаемую воду вносится в несколько раз меньшее количество хлоридов, чем по способу-прототипу. Therefore, the inventive method allows to obtain disinfectant solutions in the optimal pH range, with a higher degree of conversion of sodium chloride to active chlorine and, therefore, with a lower residual salt content than in the prototype method. Such solutions (obtained by the present method) can be used as concentrates to obtain (by diluting them, for example, tap water) effective disinfectant solutions (for example, with a concentration of active chlorine of 200 mg per 1 liter) having several times less residual chloride content , and, therefore, have less corrosive effect than the prototype method. If the disinfectant solutions obtained by the claimed method are used to disinfect water (for example, drinking water, swimming pool water, or wastewater), then in this case they have significant advantages. The latter consists in the fact that, firstly, due to the higher concentration of active chlorine, less efficient and, therefore, cheaper pumps can be used for their dosing, and secondly, several times less chlorides are introduced into the disinfected water when they are used than the prototype method.

Claims

A method for electrochemical treatment of water, comprising supplying source water with salts dissolved in it, the concentration of which is 1-10 g per 1 liter, for electrochemical processing into the anode chamber of a diaphragm electrolyzer into the gap between the anode and a porous ceramic diaphragm, simultaneously supplying water to the cathode chamber, where it passes from bottom to top through the gap between the cathode and the specified porous ceramic diaphragm, acquires reducing properties and is removed from the cell in its upper part, while between the anode and a cathode through the water in both chambers and the porous diaphragm separating these chambers, an electric current passes, characterized in that the initial water supplied to the anode chamber is prepared by dosing highly mineralized water with a concentration of dissolved salts in the range of 5 - 35% into low-mineralized, electrochemical water treatment in the anode chamber is carried out with specific electricity costs ranging from 3,000 - 15,000 coulombs per 1 liter, low-mineralized water is supplied to the cathode chamber with a flow rate of 0.2 - 4.0 liters per 1 hour and with a concentration of dissolved salts lower e than in the water supplied to the anode chamber, and the pH of the anolyte is regulated in the range from 4.0 to 7.5 by changing the flow rate of low-mineralized water supplied to the cathode chamber.