RU2100483C1 - Process of water treatment with sodium hypochlorite and flow electrolyzer to produce sodium hypochlorite - Google Patents
Process of water treatment with sodium hypochlorite and flow electrolyzer to produce sodium hypochlorite Download PDFInfo
- Publication number
- RU2100483C1 RU2100483C1 RU96103337/25A RU96103337A RU2100483C1 RU 2100483 C1 RU2100483 C1 RU 2100483C1 RU 96103337/25 A RU96103337/25 A RU 96103337/25A RU 96103337 A RU96103337 A RU 96103337A RU 2100483 C1 RU2100483 C1 RU 2100483C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sodium chloride
- sodium hypochlorite
- tank
- solution
- plate electrodes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к очистке воды, а именно к способам обеззараживания питьевых и сточных вод, бассейнов и прочих водных объектов, использующим водные растворы хлора и других хлорсодержащих соединений, в частности гипохлорита натрия, и может быть использовано при водоподготовке питьевой воды. The invention relates to water purification, and in particular to methods for disinfecting drinking and wastewater, pools and other water bodies using aqueous solutions of chlorine and other chlorine-containing compounds, in particular sodium hypochlorite, and can be used in water treatment of drinking water.
Среди известных окислительных методов обработки воды ведущее место принадлежит хлорированию. Относительная доступность и дешевизна жидкого хлора обусловили его широкое использование в практике водоподготовки. Among the known oxidative methods of water treatment, the leading place belongs to chlorination. The relative availability and low cost of liquid chlorine led to its widespread use in water treatment practice.
Однако технологические (достаточно сложная технология, специальные меры безопасности при транспортировке, хранении и применении и т.п.), экономические (содержание реагентного хозяйства и дополнительного штата обслуживающего персонала), экологические (токсичность хлора и высокая вероятность образования в процессе обработки воды токсичных, мутагенных и канцерогенных галогеносодержащих органических соединений) аспекты использования жидкого хлора стимулировали поиски более экономичного технического решения. However, technological (rather complicated technology, special safety measures during transportation, storage and use, etc.), economic (maintenance of reagent facilities and additional staff of maintenance personnel), environmental (chlorine toxicity and the high probability of formation of toxic, mutagenic during water treatment and carcinogenic halogen-containing organic compounds) aspects of the use of liquid chlorine stimulated the search for a more economical technical solution.
В настоящее время в качестве заменителя жидкого хлора используют хлорсодержащие реагенты, которые более безопасны и менее токсичны, чем жидкий хлор. Одним из таких реагентов является гипохлорит натрия. At present, chlorine-containing reagents are used as a substitute for liquid chlorine, which are safer and less toxic than liquid chlorine. One of these reagents is sodium hypochlorite.
Сравнительные исследования качества питьевой воды, подготовленной с использованием жидкого хлора и гипохлорита натрия показали, что нормируемые ГОСТ 2874-82 показатели качества воды достаточно близки, и обработанная вода отвечает требованиям указанного ГОСТА. Comparative studies of the quality of drinking water prepared using liquid chlorine and sodium hypochlorite showed that the water quality indicators standardized by GOST 2874-82 are quite close, and the treated water meets the requirements of the specified GOST.
Кроме того, использование гипохлорита натрия в качестве окислителя и дезинфектанта позволяет улучшить экологическую обстановку вследствие ликвидации хранилищ опасного и токсичного хлора в черте города и большей части реагентного хозяйства водоочистной станции. In addition, the use of sodium hypochlorite as an oxidizing agent and disinfectant can improve the environmental situation due to the elimination of hazardous and toxic chlorine storage facilities in the city and most of the reagent facilities of the water treatment plant.
Одним из наиболее предпочтительных способов использования гипохлорита натрия в качестве окислителя и дезинфектанта является способ обработки воды гипохлоритом натрия, получаемым на месте его применения путем электролиза растворов хлорида натрия (Усольцев В.А. Соколов В.Д. и др. Водоподготовка с использованием гипохлорита натрия. Журнал "Водоснабжение и санитарная техника", Стройиздат, N 11, 1994). One of the most preferred methods of using sodium hypochlorite as an oxidizing agent and disinfectant is a method of treating water with sodium hypochlorite, obtained at the place of its application by electrolysis of sodium chloride solutions (Usoltsev V.A. Sokolov V.D. et al. Water treatment using sodium hypochlorite. The journal "Water supply and sanitary equipment", Stroyizdat,
В частности известен способ обработки воды гипохлоритом натрия, получаемым на месте потребления путем электролиза искусственно приготовленных растворов хлорида натрия. (Медрииз Г.Л. Оборудование и приборы для обеззараживания воды. Водоснабжение и санитарная техника. Стройиздат, N 2, 1993). In particular, there is a known method of treating water with sodium hypochlorite, obtained at the place of consumption by electrolysis of artificially prepared solutions of sodium chloride. (Medriiz G.L. Equipment and devices for water disinfection. Water supply and sanitary equipment. Stroyizdat, N 2, 1993).
Однако использование искусственно приготовленных растворов хлорида натрия обуславливает либо сложный контроль за процессом электролиза и дозировкой подачи гипохлорита натрия в обрабатываемую воду в случае применения технического хлорида натрия с непостоянным составом, либо использование специально приготовленного достаточно дорогого хлорида натрия, что значительно увеличивает стоимость технологии обработки воды. При обработке питьевой воды раствор гипохлорита натрия, пригодный для ее обеззараживания, должен отвечать повышенным требованиям по чистоте и содержанию примесей, что в случаях применения искусственно приготовленных растворов хлорида натрия достигается использованием очищенного хлорида натрия и специально подготовленной воды либо последующей очисткой гипохлорита натрия, что существенно увеличивает стоимость обработки питьевой воды. However, the use of artificially prepared solutions of sodium chloride causes either complex control over the electrolysis process and the dosage of sodium hypochlorite in the treated water in the case of using technical sodium chloride with a variable composition, or the use of specially prepared rather expensive sodium chloride, which significantly increases the cost of the water treatment technology. When treating drinking water, a sodium hypochlorite solution suitable for its disinfection must meet increased requirements for purity and impurity content, which in cases of using artificially prepared solutions of sodium chloride is achieved using purified sodium chloride and specially prepared water or subsequent purification of sodium hypochlorite, which significantly increases the cost of treating drinking water.
Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки воды гипохлоритом натрия, получаемым на месте его потребления с использованием в качестве исходного сырья для электролиза природных растворов хлорида натрия, например, подземных минерализованных вод или морской воды. При этом электролиз осуществляют в непроточном режиме (Медрииз Г.Л. Оборудование и приборы для обеззараживания воды. Водоснабжение и санитарная техника. Стройиздат, N 2, 1993, с. 7-8). Однако морская вода не может быть использована без предварительной очистки для производства гипохлорита натрия, пригодного для обработки питьевой воды, в силу своей загрязненности, что обуславливает повышенные расходы на обработку воды. Использование же природных подземных растворов хлорида натрия, в частности подземной минерализованной воды, для получения гипохлорита натрия к настоящему времени не имеют практического применения из-за отсутствия экономичной технологической схемы. Closest to the proposed one is a method of treating water with sodium hypochlorite, obtained at the place of its consumption using natural sodium chloride solutions, for example, underground saline water or sea water, as a feedstock for electrolysis. In this case, electrolysis is carried out in a non-continuous mode (Medriiz G.L. Equipment and devices for water disinfection. Water supply and sanitary equipment. Stroyizdat, N 2, 1993, p. 7-8). However, seawater cannot be used without pre-treatment for the production of sodium hypochlorite, suitable for the treatment of drinking water, due to its contamination, which leads to increased costs for water treatment. The use of natural underground solutions of sodium chloride, in particular underground saline water, to produce sodium hypochlorite does not currently have practical use due to the lack of an economical technological scheme.
Для производства гипохлорита натрия применяют бездиафрагменные электролизеры периодического или непрерывного действия, рассчитанные на электролиз концентрированных растворов, содержащих не менее 15 г/л хлорида натрия (авт. св. N 1793008, патент N 733521), электролизные установки периодического действия типа ЭН, серийно выпускаемые заводом "Коммунальник" (Медрииз Г.Л. Оборудование и приборы для обеззараживания воды. Водоснабжение и санитарная техника. Стройиздат, N 2, 1993). For the production of sodium hypochlorite, non-diaphragm electrolyzers of periodic or continuous action are used, designed for the electrolysis of concentrated solutions containing at least 15 g / l sodium chloride (ed. St. N 1793008, patent N 733521), periodic electrolysis plants of the type ЭН, commercially available by the plant "Communal" (GL Medriiz Equipment and devices for water disinfection. Water supply and sanitary equipment. Stroyizdat, N 2, 1993).
Использование электролизеров периодического действия усложняет технологическую схему обработки воды вследствие дополнительного контроля параметров выходного продукта, поэтому более предпочтительно использовать электролизеры непрерывного действия. The use of batch electrolyzers complicates the technological scheme of water treatment due to additional control of the parameters of the output product; therefore, it is more preferable to use continuous electrolyzers.
Наиболее близким к предлагаемому является вертикальный бездиафрагменный биполярный электролизер (авт. свид. СССР N 733521),включающий емкость с входным и выходным патрубками и камерами ввода и вывода растворов, расположенными, соответственно, в нижней и верхней частях емкости, размещенные в емкости по высоте горизонтальные перегородки с отверстиями для протекания раствора, по краям которых закреплены пластинчатые электроды. Электроды укреплены одним своим концом по краям отверстий одной перегородки, а другие концы электродов пропущены через отверстия последующей перегородки и закреплены на следующей по высоте перегородке. В данном электролизере весь требуемый расход раствора хлорида натрия, необходимый для получения заданного количества гипохлорита натрия, протекает сквозь зазоры между электродами, поэтому указанные зазоры выбраны достаточно большими. При этом рациональное потребление электроэнергии на электролиз возможно только при использовании электролитов с высокой электрической проводимостью, то есть концентрированных растворов, содержащих не менее 15 г/л хлорида натрия. Closest to the proposed is a vertical diaphragm-free bipolar electrolyzer (ed. Certificate of the USSR N 733521), including a container with inlet and outlet pipes and cameras for input and output of solutions located, respectively, in the lower and upper parts of the container, horizontal in height partitions with holes for the flow of the solution, along the edges of which plate electrodes are fixed. The electrodes are fixed at one end along the edges of the holes of one partition, and the other ends of the electrodes are passed through the holes of the subsequent partition and are fixed to the next highest partition. In this electrolytic cell, all the required flow rate of the sodium chloride solution, necessary to obtain a given amount of sodium hypochlorite, flows through the gaps between the electrodes, so these gaps are chosen quite large. In this case, a rational consumption of electricity for electrolysis is possible only when using electrolytes with high electrical conductivity, that is, concentrated solutions containing at least 15 g / l sodium chloride.
Из теории электролиза известно, что практический выход гипохлорита натрия составляет не более 15% от содержания хлорида натрия в растворе. Таким образом, использование концентрированных растворов хлорида натрия во многих случаях представляется нерациональным, увеличивающим стоимость обработки воды, особенно в случае применения искусственно приготовленных растворов хлорида натрия. From the theory of electrolysis it is known that the practical yield of sodium hypochlorite is not more than 15% of the content of sodium chloride in the solution. Thus, the use of concentrated solutions of sodium chloride in many cases seems irrational, increasing the cost of water treatment, especially in the case of using artificially prepared solutions of sodium chloride.
Кроме того, в данном электролизере осуществляется напорная подача раствора хлорида натрия, при которой не обеспечивается стабильность гидродинамических процессов, что также повышает стоимость обработки воды за счет дополнительного контроля. In addition, in this electrolyzer, a pressure supply of sodium chloride solution is carried out, which does not ensure the stability of hydrodynamic processes, which also increases the cost of water treatment due to additional control.
Задача изобретения создание способа обработки воды гипохлоритом натрия и проточный электролизер для осуществления способа, в которых для получения гипохлорита натрия использовали бы природный раствор хлорида натрия с тем, чтобы удешевить технологию обработки воды при обеспечении экологической безопасности. The objective of the invention is the creation of a method of treating water with sodium hypochlorite and a flow electrolyzer to implement a method in which a natural solution of sodium chloride would be used to produce sodium hypochlorite in order to reduce the cost of water treatment technology while ensuring environmental safety.
Поставленная задача решается тем, что в способе обработки воды, включающем введение в обрабатываемую воду раствора гипохлорита натрия, производимого на месте его потребления путем электролиза подземной минерализованной воды, содержащей хлорид натрия, согласно изобретению, используют минерализованную воду, содержащую от 1,5 до 15 г/л хлорида натрия и добываемую на месте производства гипохлорита натрия, электролиз осуществляют в проточном режиме при коэффициенте перевода хлорида натрия в гипохлорит, равном 10 ± 2% при этом добываемую минерализованную воду закачивают в резервуар, из которого обеспечивают самотечную ее подачу в электролизер с заданным расходом. The problem is solved in that in the method of water treatment, comprising introducing into the water to be treated a solution of sodium hypochlorite produced at the place of consumption by electrolysis of underground saline water containing sodium chloride, according to the invention, saline water containing from 1.5 to 15 g is used / l sodium chloride and produced at the place of production of sodium hypochlorite, electrolysis is carried out in a flow mode with a conversion factor of sodium chloride to hypochlorite equal to 10 ± 2% of the extracted mineral lysed water is pumped into the tank, from which its gravity supply to the electrolysis cell with a given flow rate is provided.
Авторами было теоретически обнаружено и экспериментально подтверждено, что электролиз слабоконцентрированных растворов хлорида натрия (1,5 15 г/л) энергетически выгоден при коэффициенте перевода хлорида натрия гипохлорит, близком к 10% в частности в пределах 10 ± 2% При значениях коэффициента перевода больше указанного проявляется нелинейная зависимость значения коэффициента перевода хлорида натрия в гипохлорит от величины энергозатрат на электролиз. Соответственно при увеличении коэффициента перевода хлорида натрия в гипохлорит натрия при заданной концентрации раствора хлорида натрия процесс становится энергетически невыгодным. В то же время такой низкий коэффициент перевода может быть задан только при дешевом сырье для получения раствора хлорида натрия, которым в предлагаемом изобретении является подземная минерализованная вода, добываемая на месте потребления гипохлорита натрия. При уменьшении величины коэффициента перевода ниже указанной соответственно снижается экономичность процесса электролиза из-за излишнего расхода минерализованной воды. The authors theoretically discovered and experimentally confirmed that the electrolysis of weakly concentrated solutions of sodium chloride (1.5 to 15 g / l) is energetically favorable when the conversion coefficient of sodium chloride hypochlorite is close to 10%, in particular within 10 ± 2%. a non-linear dependence of the coefficient of conversion of sodium chloride into hypochlorite on the amount of energy spent on electrolysis is manifested. Accordingly, with an increase in the conversion coefficient of sodium chloride to sodium hypochlorite at a given concentration of sodium chloride solution, the process becomes energetically disadvantageous. At the same time, such a low conversion coefficient can be set only with cheap raw materials for obtaining a solution of sodium chloride, which in the present invention is underground mineralized water produced at the place of consumption of sodium hypochlorite. If the conversion coefficient decreases below the indicated value, the efficiency of the electrolysis process decreases due to excessive consumption of saline water.
Самотечная подача минерализованной воды на электролизер и проточный режим направлены на установление стационарного режима электролиза, что особенно важно для поддержания коэффициента перевода хлорида натрия в гипохлорид, близким к 10% то есть для энергетически выгодного электролитического производства гипохлорита натрия из минерализованной воды с предлагаемым содержанием хлорида натрия. Использование подземной минерализованной воды, добываемой на месте производства гипохлорита натрия, уменьшает по сравнению с известными способами расходы на перевозку и приготовление растворов хлорида натрия. Низкая себестоимость добываемой минерализованной воды позволяет обеспечить самотечную ее подачу на электролизер и проточный режим электролиза. The gravity flow of mineralized water to the electrolyzer and flow mode are aimed at establishing a stationary electrolysis mode, which is especially important for maintaining the conversion rate of sodium chloride to hypochloride close to 10%, i.e. for the energy-efficient electrolytic production of sodium hypochlorite from mineralized water with the proposed sodium chloride content. The use of underground mineralized water produced at the site of production of sodium hypochlorite reduces, compared with known methods, the cost of transportation and preparation of solutions of sodium chloride. The low cost of produced mineralized water allows for its gravity supply to the electrolyzer and flow mode of electrolysis.
Подземная вода одного месторождения имеет постоянные физико-химические характеристики: химический состав (в том числе концентрация хлорида натрия), температуру, давление и пр. что позволяет упростить систему контроля за параметрами электролиза и систему подачи раствора, обеспечив электролиз в проточном самотечном режиме. Соответственно на выходе электролизера будет раствор гипохлорита натрия заданной концентрации, пригодный для употребления без дополнительного контроля. При этом отпадает необходимость в специальном контрольном оборудовании, упрощается обслуживание станций водоподготовки. Экологическая чистота подземной воды позволяет использовать ее для получения гипохлорита натрия, пригодного для обработки питьевой воды без дополнительной очистки. По исследованиям авторов, существуют особенно в Северо-Западном районе России, большие запасы подземной минерализованной воды с содержанием хлорида натрия от 1,5 до 15 г/л, что обеспечивает возможность промышленной реализации предлагаемого способа. The groundwater of one deposit has constant physical and chemical characteristics: chemical composition (including sodium chloride concentration), temperature, pressure, etc., which allows us to simplify the control system for the electrolysis parameters and the solution supply system, ensuring electrolysis in flowing gravity flow mode. Accordingly, at the outlet of the electrolyzer there will be a sodium hypochlorite solution of a given concentration, suitable for use without additional control. At the same time, there is no need for special control equipment, maintenance of water treatment plants is simplified. The ecological purity of groundwater allows it to be used to produce sodium hypochlorite, suitable for the treatment of drinking water without additional purification. According to the research of the authors, there are especially in the North-Western region of Russia, large reserves of underground saline water with a sodium chloride content of 1.5 to 15 g / l, which makes it possible to industrialize the proposed method.
Поставленная задача решается также тем, что в проточном электролизере для получения раствора гипохлорита натрия из раствора хлорида натрия, включающем емкость с входным и выходным патрубками и камерами ввода и вывода растворов и размещенные в емкости между указанными камерами монополярные и биполярные пластинчатые электроды, установленные вертикально и параллельно друг другу, согласно изобретению электролизер снабжен разнесенными друг относительно друга кассетами, в которых с межэлектродным зазором от 1 до 3 мм установлены пластинчатые электроды, монополярные электроды размещены по краям кассет и включены параллельно, при этом нижние кромки пластинчатых электродов отстоят от дна емкости, образуя канал для протекания под ними раствора хлорида натрия, а емкость снабжена средством, направляющим входной поток раствора хлорида натрия под пластинчатыми электродами и средством, направляющим раствор гипохлорита натрия к выходному патрубку над верхними кромками пластинчатых электродов. The problem is also solved by the fact that in a flowing electrolyzer to obtain a solution of sodium hypochlorite from a solution of sodium chloride, which includes a container with inlet and outlet pipes and cameras for input and output of solutions and monopolar and bipolar plate electrodes placed in the tank between these chambers installed vertically and in parallel according to the invention, the electrolyzer is equipped with spaced apart cassettes in which a plate is installed with an interelectrode gap of 1 to 3 mm These electrodes, monopolar electrodes are placed at the edges of the cassettes and are connected in parallel, while the lower edges of the plate electrodes are separated from the bottom of the container, forming a channel for the sodium chloride solution to flow under them, and the container is equipped with a means directing the input stream of the sodium chloride solution under the plate electrodes and means directing the sodium hypochlorite solution to the outlet pipe above the upper edges of the plate electrodes.
Известно, что при прохождении электрического тока через раствор хлорида натрия происходит образование гипохлорита натрия и выделение водорода, который в виде пузырьков поднимается вверх, увлекая за собой раствор хлорида натрия. Подъемная сила этих пузырьков увеличивает скорость течения раствора хлорида натрия в межэлектродных зазорах, тем самым затягивая его из околодонного потока в межэлектродные зазоры между пластинчатыми электродами, которые значительно меньше расстояний между электродными кассетами. При этом в потоке над пластинчатыми электродами будет собираться продукт электролиза - гипохлорит натрия. It is known that when an electric current passes through a solution of sodium chloride, sodium hypochlorite is formed and hydrogen is released, which rises in the form of bubbles, entraining a solution of sodium chloride. The lifting force of these bubbles increases the flow rate of the sodium chloride solution in the interelectrode gaps, thereby pulling it from the near-bottom flow into the interelectrode gaps between the plate electrodes, which are significantly less than the distances between the electrode cassettes. In this case, an electrolysis product, sodium hypochlorite, will be collected in a stream above the plate electrodes.
Чем меньше величина межэлектродных зазоров, тем более энергетическим эффективен процесс электролиза хлорида натрия. Однако минимальная величина межэлектродных зазоров ограничена условием обеспечения протекания через них раствора хлорида натрия, а также технологическими возможностями выполнения плоских поверхностей пластинчатых электродов. Экспериментально было обнаружено, что в выбранном интервале величин межэлектродных зазоров обеспечивается протекание раствора хлорида натрия между пластинчатыми электродами с минимально возможным гидравлическим сопротивлением и, кроме того, указанный межэлектродный зазор может быть достигнут без опасности соприкосновения поверхностей электродов из-за технологических дефектов. Наличие значительно более широких, чем межэлектродные зазоры, каналов между электродными кассетами, объединяющими пластинчатые электроды, а также канала вдоль дна емкости, обеспечивающего равномерную подачу раствора хлорида натрия ко всем электродным кассетам с пластинчатыми электродами, позволяет пропускать через электролизер в ламинарном режиме с наименьшим гидравлическим сопротивлением весь расход раствора хлорида натрия, требуемый для получения заданного количества гипохлорита натрия. The smaller the interelectrode gap, the more energy efficient the process of electrolysis of sodium chloride. However, the minimum value of the interelectrode gaps is limited by the condition that the sodium chloride solution flows through them, as well as by the technological capabilities of making flat surfaces of plate electrodes. It was experimentally found that in the selected interval of interelectrode gap values, a sodium chloride solution flows between the plate electrodes with the lowest possible hydraulic resistance and, in addition, the specified interelectrode gap can be reached without the risk of contact of the electrode surfaces due to technological defects. The presence of channels that are much wider than the interelectrode gaps between the electrode cassettes combining the plate electrodes, as well as the channel along the bottom of the tank, which ensures a uniform supply of sodium chloride solution to all electrode cassettes with the plate electrodes, allows passing through the electrolyzer in the laminar mode with the least hydraulic resistance the entire flow rate of the sodium chloride solution required to obtain a given amount of sodium hypochlorite.
Целесообразно, чтобы входной патрубок был выполнен в верхней части емкости, а выходной в нижней ее части, средства, направляющие входной и выходной потоки выполнены в виде входной и выходной вертикальных перегородок, установленных в емкости параллельно пластинчатым электродам, образуя входную и выходную камеры, при этом нижняя кромка входной перегородки расположена над дном емкости не ниже уровня пластинчатых электродов, а верхняя ее кромка - выше уровня пластинчатых электродов, нижняя кромка выходной перегородки закреплена на дне емкости, а верхняя кромка расположена не ниже верхнего уровня пластинчатых электродов, но ниже верхней кромки входной перегородки. It is advisable that the inlet pipe was made in the upper part of the tank, and the output in its lower part, the means guiding the input and output streams are made in the form of input and output vertical partitions installed in the tank parallel to the plate electrodes, forming the input and output chambers, while the lower edge of the inlet partition is located above the bottom of the vessel not lower than the level of the plate electrodes, and its upper edge is higher than the level of the plate electrodes, the lower edge of the outlet partition is capacitively fixed to the bottom sti, and the upper edge is located not lower than the upper level of the plate electrodes, but below the upper edge of the input partition.
По мнению авторов, предлагаемое конструктивное решение проточного электролизера является наиболее технологичным и обеспечивающим наименьшее гидравлическое сопротивление потоку, равномерную подачу раствора хлорида натрия ко всем электродным кассетам и равномерный отвод гипохлорита натрия. According to the authors, the proposed constructive solution of a flow-through electrolyzer is the most technologically advanced and provides the least hydraulic resistance to flow, a uniform supply of a solution of sodium chloride to all electrode cassettes and a uniform discharge of sodium hypochlorite.
Для исключения перелива в аварийной ситуации емкость снабжена дополнительным сливным патрубком, расположенным под верхним краем входной перегородки. To avoid overflow in an emergency, the tank is equipped with an additional drain pipe located under the upper edge of the inlet partition.
На фиг. 1 изображена технологическая схема обработки воды гипохлоритом натрия; на фиг. 2 проточный электролизер для получения гипохлорита натрия из раствора хлорида натрия. In FIG. 1 shows a flow chart of the treatment of water with sodium hypochlorite; in FIG. 2 flow-through electrolyzer to obtain sodium hypochlorite from a solution of sodium chloride.
Способ обработки воды гипохлоритом натрия осуществляется следующим образом. Минерализованная подземная вода, содержащая хлорид натрия 1,5-15 г/л, из скважины 1 (фиг.1) подается по трубопроводу 2 в распределительный резервуар 3. Из резервуара 3 минерализированная вода самотеком поступает на проточный электролизер 4. Заданный расход минерализованной воды, подаваемый на проточный электролизер 4, устанавливается задвижками 5 и контролируется расходомером 6. В электролизере 4 происходит электролитическое разложение водного раствора хлорида натрия, следствием которого является образование гипохлорита натрия и выделение водорода. Раствор гипохлорита натрия заданной концентрации из проточного электролизера 4 самотеком поступает в буферный резервуар 7, откуда насосом 8 подается в накопительный резервуар 9. Из резервуара 9 раствор гипохлорита натрия самотеком поступает к точкам ввода на обеззараживание воды. A method of treating water with sodium hypochlorite is as follows. Mineralized underground water containing sodium chloride 1.5-15 g / l, from the well 1 (Fig. 1) is supplied through a pipe 2 to a distribution tank 3. From a reservoir 3, mineralized water flows by gravity to a flowing electrolyzer 4. A predetermined flow rate of mineralized water, supplied to the flowing electrolyzer 4, is installed by valves 5 and is controlled by a flowmeter 6. In the electrolyzer 4 there is an electrolytic decomposition of an aqueous solution of sodium chloride, the result of which is the formation of sodium hypochlorite and the allocation in portly. A solution of sodium hypochlorite of a given concentration from a flowing electrolyzer 4 by gravity enters the buffer tank 7, from where it is fed by a pump 8 to the storage tank 9. From the tank 9, a solution of sodium hypochlorite by gravity enters the entry points for water disinfection.
На фиг. 2 показана схема проточного электролизера 4 для получения гипохлорита натрия из слабоконцентрированного раствора хлорида, в в частности минерализованной воды с содержанием хлорида натрия от 1,5 до 15 г/л. Проточный электролизер 4 содержит емкость 10 с расположенными на противоположных ее стенках входным и выходным патрубками 11 и 12 соответственно. В емкости 10 установлены перпендикулярно потоку хлорида натрия и параллельно друг другу электродные кассеты 13, каждая из которых состоит из группы вертикальных пластинчатых электродов 14. Пластинчатые электроды 14 включены по биполярной схеме с токоподводом на крайние электроды 14 каждой электродной кассеты 13. Электродные кассеты 13 включены параллельно на общий стабилизированный пульт электропитания 15. In FIG. 2 shows a scheme of a flowing electrolyzer 4 for producing sodium hypochlorite from a weakly concentrated chloride solution, in particular, mineralized water with a sodium chloride content of from 1.5 to 15 g / l. Flow electrolyzer 4 contains a
Для обеспечения наиболее энергоэффективной работы электролизера величина межэлектродных зазоров между пластинчатыми электродами 14 в зависимости от концентрации раствора хлорида натрия выбирается из интервала от 1 до 3 мм. Авторы установили, что при зазорах меньше 1 мм гидравлическое сопротивление в межэлектродном пространстве будет слишком большим, что препятствует протеканию раствора хлорида натрия через данные зазоры. При величине зазоров выше указанного предела процесс электролиза неэффективен, поскольку большая часть энергии, прикладываемая к электродам, будет потребляться не на электролиз, а на нагрев слабоконцентрированного раствора, которым является минерализованная вода с содержанием хлорида натрия от 1,5 до 15 г/л. Кроме того при меньшем межэлектродном зазоре, из-за погрешностей в изготовлении плоских электродов 14, возможно касание встречных плоских поверхностей электродов 14. To ensure the most energy-efficient operation of the electrolyzer, the magnitude of the interelectrode gaps between the plate electrodes 14, depending on the concentration of the sodium chloride solution, is selected from the interval from 1 to 3 mm. The authors found that with gaps less than 1 mm, the hydraulic resistance in the interelectrode space will be too large, which prevents the sodium chloride solution from flowing through these gaps. If the gaps are higher than the specified limit, the electrolysis process is inefficient, since most of the energy applied to the electrodes will not be consumed for electrolysis, but for heating a weakly concentrated solution, which is mineralized water with a sodium chloride content of from 1.5 to 15 g / l. In addition, with a smaller interelectrode gap, due to errors in the manufacture of flat electrodes 14, it is possible to touch oncoming flat surfaces of the electrodes 14.
Эффективная площадь электродной поверхности, количество пластинчатых электродов 14 в каждой кассете 13, а также количество электродных кассет 13 в емкости 10 рассчитываются известными методами из принятых рабочих характеристик проточных электролизеров (плотности тока, напряжения на межэлектродном зазоре), а также из номинальных рабочих величин тока и напряжения. The effective electrode surface area, the number of plate electrodes 14 in each
Расстояние между электродными кассетами 13 устанавливается из условия исключения краевых электрохимических эффектов с тем, чтобы обеспечить независимую работу каждой электродной кассеты 13. The distance between the
Электроды 14 установлены на расстоянии от дна емкости 10, образуя канал 16 для протекания раствора хлорида натрия под пластинчатыми электродами 14. Площадь проходного сечения канала 16 определяется известными методами из условий обеспечения протекания потока в ламинарном режиме, а также равномерной подачи раствора хлорида натрия ко всем электродным кассетам 13. The electrodes 14 are installed at a distance from the bottom of the
Входной патрубок 11 выполнен в верхней части емкости 10, а выходной 12 - в нижней ее части. Напротив указанных патрубков 11 и 12 в емкости 10 установлены входная и выходная перегородки 17 и 18, соответственно, параллельные пластинчатым электродам 14. Перегородки 17 и 18 образуют камеры 19 и 20, соответственно, ввода раствора хлорида натрия и вывода раствора гипохлорита натрия. Нижняя кромка входной перегородки 17 расположена над дном емкости 10 не ниже нижнего уровня пластинчатых электродов 14, а верхняя ее кромка расположена около крышки 21 емкости 10 выше верхнего уровня пластинчатых электродов 14. The
Выходная перегородка 18 закреплена нижней кромкой на дне емкости 10, при этом верхняя ее кромка расположена не ниже верхнего уровня пластинчатых электродов 14, но ниже верхней кромки входной перегородки 17. The
Емкость 10 снабжена сливным патрубком 22, расположенным под верхней кромкой входной перегородки 17. The
Возможны различные способы крепления пластинчатых электродов 14 в емкости 10. Например, крайние в электродной кассете 13 электродные пластины могут быть снабжены хвостовиками (не показаны), с помощью которых они подвешиваются на утолщенных краях (не показаны) емкости 10. Средние электродные пластины крепятся между крайними и между собой шпильками. При этом на дне емкости расположена перекладина с пазами (не показана), в которые устанавливаются нижние кромки электродных пластин. There are various ways of fixing the plate electrodes 14 in the
Могут быть предложены и другие варианты данного изобретения, не выходящие за пределы его объема, определенного прилагаемой формулой изобретения. Other variations of the invention may be proposed without departing from its scope as defined by the appended claims.
Предлагаемый проточный электролизер работает следующим образом. The proposed flow-through electrolyzer operates as follows.
Минерализованная вода, содержащая 1,5-15 г/л хлорида натрия, самотеком из резервуара 3 поступает через входной патрубок 11 в камеру 19 ввода, направляющую минерализованную воду по каналу 16 вдоль дна емкости 10 под пластинчатыми электродами 14. Протекая под нижними кромками пластинчатых электродов 14, минерализованная вода поступает в межэлектродные зазоры кассет 13, подключенных параллельно к стабилизированному пульту электропитания 15. Mineralized water containing 1.5-15 g / l sodium chloride flows by gravity from the reservoir 3 through the
При прохождении электрического тока через протекающую в межэлектродных зазорах минерализованную воду, содержащую хлорид натрия, происходит электролитическое разложение водного раствора хлорида натрия с выделением свободного водорода. When an electric current passes through mineralized water containing sodium chloride flowing in the electrode gaps, electrolytic decomposition of an aqueous solution of sodium chloride occurs with the release of free hydrogen.
Химическая реакция в упрощенном виде может быть показана следующим образом:
Водород в виде пузырьков поднимается вверх в межэлектродных зазорах, увлекая за собой минерализованную воду. Подъемная сила этих пузырьков увеличивает скорость течения минерализованной воды в межэлектродных зазорах, тем самым затягивая ее из околодонного потока. При этом в потоке над пластинчатыми электродами 14 будет собираться продукт электролиза гипохлорид натрия. Раствор гипохлорита натрия, переливаясь через верхнюю кромку выходной перегородки 18, поступает в выходную камеру 20, откуда через патрубок 12 самотеком поступает в буферный резервуар 7.A simplified chemical reaction can be shown as follows:
Hydrogen in the form of bubbles rises up in the interelectrode gaps, dragging mineralized water along with it. The lifting force of these bubbles increases the flow rate of mineralized water in the interelectrode gaps, thereby drawing it out of the near-bottom flow. At the same time, the sodium hypochloride electrolysis product will be collected in a stream above the plate electrodes 14. The sodium hypochlorite solution, overflowing through the upper edge of the
Авторами было теоретически обнаружено и экспериментально подтверждено, что электролиз слабоконцентрированных растворов хлорида натрия 1,5-15 г/л энергетически выгоден при коэффициенте перевода хлорида натрия в гипохлорит натрия, близком к 10% Поэтому наличие значительно более широких, чем межэлектродные зазоры каналов между электродными кассетами 13, объединяющими пластинчатые электроды 14, а также канала 16 под пластинчатыми электродами 14, обеспечивающего равномерную подачу раствора хлорида натрия ко всем электродным кассетам 13, позволяет пропускать через электролизер в ламинарном режиме с наименьшим гидравлическим сопротивлением весь расход минерализованной воды, требуемый для получения заданного количества гипохлорита натрия. The authors theoretically discovered and experimentally confirmed that the electrolysis of weakly concentrated sodium chloride solutions of 1.5-15 g / l is energetically favorable when the conversion of sodium chloride to sodium hypochlorite is close to 10%. Therefore, the presence of much wider than the interelectrode gap of the channels between the
Проведенные испытания показали возможность создания проточного электролизера со следующими основными параметрами:
Производительность по активному хлору, кг/ч не менее 1,5;
Расход минерализованной воды, м3/ч 1,0 9,0;
Ток на электродах, А 250 400;
Напряжение на электродах, В 22;
Потребляемая мощность на 1 кг активного хлора, кВт/кг а.х. не более 7.The tests performed showed the possibility of creating a flow electrolyzer with the following main parameters:
Active chlorine productivity, kg / h not less than 1.5;
The consumption of mineralized water, m 3 / h 1,0 9,0;
Current on electrodes, A 250 400;
Voltage at the electrodes,
Power consumption per 1 kg of active chlorine, kW / kg A.h. no more than 7.
Поскольку подземная вода одного месторождения имеет постоянные физико-химические характеристики: химический состав (в том числе концентрацию хлорида натрия), температуру, давление и пр. а также благодаря проточному режиму электролиза при самотечной подаче минерализованной воды, на выходе электролизера будет раствор гипохлорита натрия заданной концентрации, пригодный для употребления без дополнительного контроля. При этом отпадает необходимость в специальном контрольном оборудовании, упрощается обслуживание станций водоподготовки, что удешевляет весь способ обработки воды гипохлоритом натрия. Since the groundwater of one deposit has constant physicochemical characteristics: chemical composition (including the concentration of sodium chloride), temperature, pressure, etc., and also due to the flow-through electrolysis mode under the gravity-fed supply of saline water, the sodium hypochlorite solution at a given concentration will be at the outlet suitable for consumption without additional control. This eliminates the need for special control equipment, simplifies the maintenance of water treatment plants, which reduces the cost of the entire method of treating water with sodium hypochlorite.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96103337/25A RU2100483C1 (en) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | Process of water treatment with sodium hypochlorite and flow electrolyzer to produce sodium hypochlorite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96103337/25A RU2100483C1 (en) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | Process of water treatment with sodium hypochlorite and flow electrolyzer to produce sodium hypochlorite |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU96103337A RU96103337A (en) | 1997-12-10 |
| RU2100483C1 true RU2100483C1 (en) | 1997-12-27 |
Family
ID=20177195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96103337/25A RU2100483C1 (en) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | Process of water treatment with sodium hypochlorite and flow electrolyzer to produce sodium hypochlorite |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2100483C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004085709A1 (en) * | 2003-03-25 | 2004-10-07 | Gablenko Vyacheslav Georgievic | Device for synthesising oxidants from agueous sodium chloride solution |
| RU2514194C1 (en) * | 2012-12-07 | 2014-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ЭКОФЕС" | Electrolysis cell for producing sodium hypochlorite solution |
| RU2540616C2 (en) * | 2013-07-03 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПКОН РАН) | Method of decontamination of water systems with mineralised industrial waters in form of hypochlorite solutions |
| RU2767943C1 (en) * | 2021-05-21 | 2022-03-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" | Waste water treatment method |
-
1996
- 1996-02-19 RU RU96103337/25A patent/RU2100483C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Медриш Г.Л. Оборудование и приборы для обеззараживания воды. Водоснабжение и санитарная техника. - 1993, Стройиздат, с.7 и 8. 2. SU, патент, 733521, кл. C 25 B 1/26, 1980. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004085709A1 (en) * | 2003-03-25 | 2004-10-07 | Gablenko Vyacheslav Georgievic | Device for synthesising oxidants from agueous sodium chloride solution |
| RU2514194C1 (en) * | 2012-12-07 | 2014-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ЭКОФЕС" | Electrolysis cell for producing sodium hypochlorite solution |
| RU2540616C2 (en) * | 2013-07-03 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПКОН РАН) | Method of decontamination of water systems with mineralised industrial waters in form of hypochlorite solutions |
| RU2767943C1 (en) * | 2021-05-21 | 2022-03-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" | Waste water treatment method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101640592B1 (en) | Apparatus for producing hydrogen-dissolved drinking water and process for producing the dissolved drinking water | |
| US5628888A (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water and/or water solutions | |
| US4179347A (en) | System for electrocatalytic treatment of waste water streams | |
| CN1105082C (en) | Method to reduce or prevent scaling | |
| US5871623A (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water and/or water solutions | |
| JP3048612B2 (en) | Electrolytic ozone generator | |
| JPH09512861A (en) | Electrolytic cell producing mixed oxidant gas | |
| KR20020057820A (en) | Method and apparatus for electrodeionization of water | |
| JPS58224189A (en) | Chlorine gas generator and method | |
| JPH0839074A (en) | Method and device for treating industrial waste water by electrolysis | |
| JPS5850556B2 (en) | Electrochemical purification device for contaminated liquids | |
| JPH10118655A (en) | Electric treatment of aqueous salt solution | |
| WO1998050309A1 (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water and/or water solutions | |
| KR101427563B1 (en) | Seawater electrolytic apparatus | |
| EP2691341B1 (en) | Method of hypochlorite production and related sea water electrolyzer with anti scale implement | |
| CH653376A5 (en) | ELECTROLYTIC PRODUCTION OF HYPOCHLORITE FROM SEA WATER: METHOD OF PRE-TREATMENT OF SEA WATER TO IMPROVE THE CHEMICAL-PHYSICAL CHARACTERISTICS. | |
| FI76773B (en) | FOERFARANDE FOER ELEKTROLYTISK BEHANDLING AV SKADLIGA KOMPONENTER, SAOSOM CYANID INNEHAOLLANDE AVLOPPSVATTEN OCH VID FOERFARANDET ANVAENDBAR ANORDNING. | |
| JP7054554B2 (en) | Device for obtaining electrolytic products from alkali metal chloride solutions | |
| RU2100483C1 (en) | Process of water treatment with sodium hypochlorite and flow electrolyzer to produce sodium hypochlorite | |
| CN101723532A (en) | System for treating concentrated water produced by coking wastewater recycling process | |
| US3335078A (en) | Bipolar cell for electrolytically treating water | |
| Mendia | Electrochemical processes for wastewater treatment | |
| RU2459768C1 (en) | Water sterilisation station | |
| RU2088693C1 (en) | Installation for preparing products of anode oxidation of alkali and alkali-earth metal chloride solution | |
| KR101024011B1 (en) | Apparatus producing chlorine dioxide and manufacturing method for chlorine dioxide using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20061208 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100220 |