Электролизная установка

В условиях все расширяющегося внедрения в водное хозяйство прогрессивных технических решений в области водоподготовки и очистки сточных вод научно обоснованный контроль качества воды является одним из важнейших факторов санитарно-эпидемиологического благополучия населенных пунктов, а также предотвращения техногенных и экологических катастроф. Водный фактор занимает ведущее место в возникновении и распространении кишечных инфекций бактериальной и вирусной этиологии среди населения и личного состава воинских подразделений. Отсутствие системы гарантированного обеззараживания питьевых и сточных вод привело к тому, что в Афганистане (40-я Армия) за 9 лет войны переболело вирусным гепатитом 115308 военнослужащих, брюшным тифом - 31080 человек (Конышев И.С., Гриб А.И. Опыт, который ничему не учит // Армейский сборник. 1994. 2.). В последние десятилетия во всем мире все шире применяется раствор гипохлорита натрия NaClO, содержащий активный хлор, равноценный по своим дезинфицирующим и стерилизующим качествам чистому хлору. Его применение практически снимает все опасные и вредные производственные факторы, присущие использованию жидкого и газообразного хлора- сильнодействующего ядовитого вещества. К достоинствам применения гипохлорита натрия относится возможность получения его непосредственно на месте потребления путем электролиза дешевого и доступного сырья - хлорида натрия (поваренной соли). При этом раствор гипохлорита натрия, получаемый электрохимическим методом (марка Э по ТУ 6-01-29-93) является наиболее чистым и малотоксичным продуктом (класс опасности - 4 по ГОСТ 12.1.007-76) и имеет самую высокую эффективность. В настоящее время эффективность и производительность электролизных установок для получения гипохлорита натрия значительно возросла. Удалось преодолеть ряд технологических проблем, связанных с получением электролитического гипохлорита натрия. Разработанные и производимые установки получения гипохлорита натрия имеют различную производительность и различное назначение. Они могут быть использованы: - для обеззараживания природных и сточных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении; - для дезинфекции оборудования, помещений и сооружений в отраслях пищевой промышленности, в медико-санитарных учреждениях, предприятиях общественного питания, санаториях и домах отдыха, детских учреждениях, плавательных бассейнах и других объектах; - для предотвращения биообрастания в системах водяного обогрева и охлаждения; - для обеспечения временного или постоянного водоснабжения в условиях чрезвычайных ситуаций или в удаленных гарнизонах Вооруженных Сил Российской Федерации. Технологические схемы электролизных установок могут быть как проточные, так и периодического действия. При использовании проточных электролизеров появляется возможность сократить затраты на обслуживание установок, т.к. здесь значительно легче управлять процессом. В зависимости от вида используемого сырья электролизные установки можно разделить на установки для электролиза искусственно приготовленного раствора и для электролиза природных рассолов. Достоинства электролитического гипохлорита натрия как эффективного бактерицидного агента, простота и надежность электролизных установок, а также заинтересованность потребителей в применении безопасного электрохимического метода обеззараживания воды привели к созданию огромного числа самых разнообразных по своей конструкции установок. Наиболее широкое распространение получили электролизные установки, работающие по нижеприведенной технологической схеме. В емкости приготавливается насыщенный раствор поваренной соли, загружается соль и заливается водопроводной водой. Подача водопроводной воды в емкость осуществляется через поплавковый клапан, с помощью которого в емкости поддерживается постоянный уровень воды. Вода, проходя через слой поваренной соли и растворяя ее, насыщается хлоридом натрия. Для получения насыщенного раствора соли с содержанием NaCl 30 г/л слой соли над заборным фильтром (мертвый объем) должен быть не менее 15-20 см. По мере работы электролизной слой соли уменьшается и при уменьшении его до уровня мертвого объема необходимо произвести пополнение емкости. Забор насыщенного раствора поваренной соли производится насосом-дозатором через трубопровод, расположенный на дне емкости. Приемное отверстие трубопровода оборудовано фильтром. Насыщенный раствор поваренной соли поступает в трубопровод приготовления рабочего раствора поваренной соли, в который поступает и водопроводная вода для разбавления до заданной концентрации раствора поваренной соли. Контроль расхода водопроводной воды производится по счетчику воды или по ротаметру и регулируется клапаном или краном. Приготовленный рабочий раствор поступает в проточный электролизер, состоящий из нескольких электролитических ячеек, в которых осуществляется электролиз, в результате которого образуется гипохлорит натрия заданной концентрации по хлору и водород. Электролизер подключен к источнику постоянного тока. Полученный гипохлорит натрия поступает в резервуар гипохлорита, где происходит отделение водорода от гипохлорита. Из резервуара гипохлорит натрия насосом-дозатором подается на хлорирование. Дозирование активного хлора осуществляется путем изменения скорости работы насоса. Выделяющийся при электролизе водород удаляется с помощью принудительной вентиляции за пределы помещения в атмосферу. Резервуар гипохлорита оборудован аварийным переливным трубопроводом. Перелив осуществляется в производственную канализацию. Электролизная установка снабжена элементами автоматики, управляющими рабочим процессом и отключающими установку при нарушении технологического режима работы.

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к конструкциям электролизных установок.

Известна электролизная установка для получения раствора гипохлорита натрия из раствора хлорида натрия (патент на полезную модель 69523).

В основу настоящей полезной модели поставлена задача создания конструкции переносной малогабаритной электролизной установки для обеспечения временного или постоянного водоснабжения в условиях чрезвычайных ситуаций или в удаленных гарнизонах Вооруженных Сил Российской Федерации, производящей круглосуточный контроль полноты обеззараживания воды и ее соответствия действующим нормативам, а также повышающей безопасность эксплуатации путем контроля наличия водорода в помещении электролизной.

Поставленная задача решается тем, что весь комплект оборудования электролизной установки монтируется на единой раме, снабжается электрогенератором (бензо-генератор или дизель-генератор), насосом системы водоснабжения, газоанализатором водорода, аппаратурой контроля уровня свободного хлора в обеззараживаемой воде, готов к работе и обеспечивает получение и дозирование гипохлорита натрия.

Таким образом, не требуется наличие центральных систем водоснабжения и электроснабжения, обеспечивается полный контроль соответствия обрабатываемой воды действующим нормативам и повышается безопасность эксплуатации электролизной установки.

Технологические схемы электролизных установок, работающих на растворах поваренной соли, могут быть как проточные, так и с системой периодического действия. Основное отличие параметров проточных электролизеров от параметров электролизеров периодического действия заключается в том, что в первом случае процесс электролиза можно полагать стационарным, не зависящим от времени. При этом, если расход рассола и токовая нагрузка на электролизер остаются постоянными, то сохраняется неизменной и концентрация раствора гипохлорита натрия, отводимого из электролизера.

В электролизных установках периодического действия концентрация гипохлорита натрия зависит от времени, прошедшего с начала электролиза. В этом случае обслуживающий персонал должен значительно больше затрачивать времени на организацию процесса в связи с тем, что он вынужден несколько раз в сутки заполнять электролизер раствором и сливать из них гипохлорит натрия.

Как правило, исходный раствор должен содержать не менее 30 г/л хлорида натрия, а для увеличения выхода хлора применяют каскадное включение электролизеров.

Известна электролизная установка "Sea clor" фирмы "De Nora" для получения гипохлорита натрия из поваренной соли. В баке для растворения соли готовят концентрированный рассол, который затем разбавляется до заданной концентрации в промежуточном баке. Раствор насосом-дозатором через сетчатый фильтр подается в электролизер или последовательно в ряд электролизеров. Полученный в результате электролиза гипохлорит натрия собирается в баке-хранилище. Электролизные газы удаляются после каждого электролизера в газоотделитель, а затем в атмосферу. Гипохлорит натрия в обрабатываемую воду подается насосом-дозатором. Электропитание электролизеров осуществляется от выпрямительного агрегата. Установка снабжена элементами автоматики, отключающими выпрямительный агрегат при нарушении технологического режима работы установки. Периодически, по мере зарастания электродов отложениями солей жесткости, электролизер промывается с помощью замкнутого кислотного контура. (Г.Л.Медриш и др. " Обеззараживание природных и сточных вод с использованием электролиза ", "Стройиздат", М. 1982 с.31) хлора Содержание активного хлора в готовом продукте 5-6 г/л. Более высокие концентрации (до 8 г/л) могут быть достигнуты частичной рециркуляцией раствора, что увеличивает расход электроэнергии.

Для повышения выхода жидкофазного целевого раствора, получаемого электролизом исходного солевого раствора, после первой стадии электролиза исходного сильноконцентрированного раствора соли, включают последующий электролиз полученного на предыдущей стадии раствора при разбавлении его водой (патент РФ 2125120). Реализация этого способа приведена в патенте РФ 2134733.

Известна электролизная установка OSEC фирмы " WALLACE&TIERNAN". Защищена патентом Великобритании 2068016А с приоритетом от 1 июля 1980 г. (по дате поступления конвенционной заявки в патентное ведомство Англии), но само изобретение создано в США, защищено патентом США 4248690 с приоритетом 28 июля 1980 г., опубликовано 03 февраля 1981 г. Электролизная установка включает четыре последовательносоединенных электролизера, состоящих из нескольких электродных ячеек.

Реализация предлагаемой полезной модели рассмотрена на примере технологической схемы электролизной установки на фиг.1. Источник электроснабжения установки - электрогенератор 1 подбирается по мощности соответственно мощности установки. Водоснабжение производит насос 2, подбираемый по мощности соответственно мощности установки. Вся вода, поступающая в электролизную установку, проходит через ионообменный умягчитель 3, узел подачи воды на разбавление концентрированного рассола поваренной соли, находящегося в емкости 4, фильтр 5, насос-дозатор 6, управляемый вентиль 7, установленный на трубопроводе 8, обеспечивают заданный расход подаваемой воды, контролируемый расходомером 9 (ротаметром). Электропитание электролизера осуществляется от выпрямителя 10. Выход электролизера соединен трубопроводом 11 с буферной емкостью 12 для хранения готового гипохлорита натрия. Буферная емкость снабжена патрубком 13 и воздуховодом 14, достигающим по длине нескольких десятков метров, для отвода газообразных продуктов электролиза (водорода) в атмосферу, патрубком 15 подачи напора воздуха от напорного вентилятора 16 для принудительного удаления водорода в атмосферу и патрубком 17 для подачи гипохлорита натрия насосом-дозатором 18 к точкам ввода на обеззараживание воды. Наличие требуемой дозы свободного хлора в обрабатываемой воде контролируется анализатором хлора 21. Отсутствие опасной концентрации водорода в помещении электролизной контролируется газоанализатором водорода 20 с помощью датчика водорода 19. Установка снабжена пультом управления и сигнализации, прерывающим рабочий процесс с подачей звукового сигнала при нарушении технологического режима работы установки.

Повышение автономности электролизной установки достигается исключением зависимости наличия центральных систем водоснабжения и электроснабжения. Оперативность контроля качества воды достигается круглосуточным контролем полноты обеззараживания воды и ее соответствия действующим нормативам. Повышение безопасности эксплуатации установки достигается постоянным контролем наличия водорода в помещении электролизной.

Из приведенного выше описания понятно, что предлагаемая полезная модель может быть реализована не только в соответствии с рассмотренным примером ее реализации, но и в других конкретных формах без отступления от существа полезной модели, определенного ее формулой.

1. Электролизная установка для производства гипохлорита натрия, состоящая из емкости для растворения поваренной соли, входной патрубок которой соединен с узлом подачи воды на разбавление, оборудованным ионообменным умягчителем, обеспечивающим удаление солей жесткости в воде (соли кальция и магния), а выходной патрубок соединен с насосом-дозатором подачи исходного раствора поваренной соли в электролизер, выход которого соединен с резервуаром для хранения полученного гипохлорита натрия, причем резервуар снабжен напорным вентилятором с патрубком для принудительного выброса водорода в атмосферу и соединенным с насосом-дозатором патрубком для подачи гипохлорита натрия на обеззараживание воды, отличающаяся тем, что в систему электроснабжения установки включен электрогенератор, входящий в состав комплекта электролизной установки.

2. Электролизная установка по п.1, отличающаяся тем, что узел подачи воды оборудован электронасосом, входящим в состав комплекта электролизной установки.

3. Электролизная установка по п.2, отличающаяся тем, что в состав оборудования включен газоанализатор водорода, входящий в состав комплекта электролизной установки.

4. Электролизная установка по п.3, отличающаяся тем, что в состав оборудования включена аппаратура контроля уровня свободного хлора в обеззараживаемой воде, входящая в состав комплекта электролизной установки.

5. Электролизная установка по п.4, отличающаяся тем, что весь комплект оборудования установлен на единой переносной раме и обеспечивает получение и дозирование гипохлорита натрия.