Электролиз, вода

УДК 622.323:504 (571.16)
Аннотация
В статье дается литературный обзор сфер применения
электрохимически обработанной воды (сельское хозяйство, строительство,
пищевая и легкая промышленность, лечебная практика, косметика и быт).
Отмечены преимущества – высокая эффективность, экологическая
безопасность, дешевизна. Приведены описания типовых электролизеров.
Ключевые слова
Электролиз, вода, применение, устройство
Пасько О.А., Семенов А.В.
Технологические возможности использования электрохимически
обработанной воды и устройства для ее получения
В начале 80-х в научном лексиконе появился термин «активированная
вода» [1-3]. Споры о его правомерности идут до сих пор, но бесспорными
являются широчайшие возможности и эффективность применения воды,
подвергнутой физическим воздействиям [4-6]. Ее используют:
а) в растениеводстве - для обработки семян и полива растений с целью
увеличения
урожайности,
повышения
качества
продукции,
усиления
устойчивости к неблагоприятным факторам; для снижения токсичности
пестицидов и борьбы с вредителями; для раскисления и расщелачивания
почв [7-10].
б) в животноводстве - для борьбы с болезнями и ускорения заживления ран у
животных;
для
обеззараживания
дезинфекции
сточных
вод
помещений
с
и
одновременной
инкубаторов;
нейтрализацией
для
их
коррозийно-активных свойств [11-12];
в) в кормопроизводстве - для консервации зеленых кормов с сохранением и
улучшением питательных свойств [13];
г) в пищевой промышленности - для улучшения качества мясной и молочной
продукции, дрожжей и крахмала, дезинфекции тары и посуды;
д) в легкой промышленности - для повышения прочности тканей,
улучшения качества крашения и отбеливания, для выделки и консервации
кож; экономии моющих средств и поверхностно-активных веществ [14].
е) в строительстве и промышленности - для ускорения технологических
процессов и повышения прочности строительных материалов [15];
ж) в производстве – для обезжиривания деталей, приготовления растворов ,
получения коррозийностойких поверхностей, электролита для
аккумуляторов, осаждения солей жесткости из воды, удаления накипи и
нагара, регенерации ионообменных фильтров; интенсификации добычи
нефти [16].
ж) в медицине и косметологии - для лечения эндогенной и экзогенной
интоксикации, грибковых заболеваний, замедления процессов старения
кожи, стерилизации медицинских инструментов и дезинфекции помещений
[17-19].
Вот несколько фактов, позволяющих судить об эффективности
применения электрохимически обработанной воды. Католит оказывает
адаптогенное действие на организм перепелок и цыплят-бройлеров даже при
снижении дозы витаминов (А,D,E,B) в рационе на 35% [12]. Анолит способен
полностью удовлетворять потребность хозяйств в дезосредствах при том, что
стоит он в 5 раз дешевле [17].
Электролизеры. Классификация и технические характеристики
Электролиз
—
совокупность
электрохимических
окислительно-
восстановительных процессов, идущих при прохождении электрического
тока через электролит с погруженными в него электродами. Электролизеры –
устройства
для
проведения
электролиза,
т.е.
униполярной
электрохимической обработки водных растворов электролитов и других
жидкостей [16, 21]. При электролизе меняются кислотно-основные и
окислительно-восстановительные
свойства
жидкости
и
образуются
химически чистые вещества. В частности, католит «приобретает ряд ценных
свойств - обеззараживается, дегазируется от хлора, детоксицируется за счет
окисления-восстановления токсических соединений» и удаления путем
перевода в нерастворимый осадок солей тяжелых металлов» [21].
Известны разные варианты электролизеров[22-25], которые условно
делят на три типа: статические, погружные и проточные. Бытовые
электролизеры в большинстве случаев – статические. Они состоят из
сосудов, разделённых диафрагмой на катодную и анодную камеры. Растворы
обрабатывают отдельными порциями, заполняя катодную и анодную камеры.
Для статических электролизеров используют: органическое стекло, капралон,
фторопласт (корпус); графит, платинированный титан (анод); нержавеющую
сталь, титан (катод); пористую, устойчивую к кислотам и щелочам,
керамику, мипор, мипласт или целлофан на каркасе (диафрагма); титан,
нержавеющую сталь (контакты).
Ташкентская фирма «Эсперо» выпускала статические электролизеры от бытовых (объем католита – 600 мл, анолита – 300 мл) до промышленных
установок УЭМ2-3, УЭМ2-6, УЭМ2-12 (производительность - 3, 6 и 12 т/час.
соответственно, потребляемая мощность - 3 кВт∙час/т) [19].
В
Ташкенте
также
изготавливали
установку
УЭВ-7
с
производительностью: по католиту до 2,0 м3/час; по анолиту до 2,0 м3/час.
Контрольные значения рН: по католиту до 13; по анолиту 1,5. Значения
ОВП: по католиту до –900 мВ; по анолиту до +1200мВ.
На рис. 1 приведена схема бытового электролизера «Эсперо». В
цилиндрическом
диэлектрическом
сосуде
1
расположен
стакан
3,
выполняющий роль пористой диафрагмы. Стакан 3 выполнен из двух
перфорированных диэлектрических частей, между которыми - лента из
кальки. Катод 4, выполнен в форме отрезка трубы, конец которой закреплен в
днище крышки 2. Анод 5 имеет форму стержня прямоугольного сечения. Его
конец также закреплен в днище крышки 2. Внутри крышки 2 находятся
мостовой выпрямитель 6, конденсатор 7 ёмкостью 10,0 мкФ х 450 В и
выключатель кнопочный нажимной с замыкающими контактами. Устройство
оканчивается электрическим шнуром 9 с вилкой 10 для подключения к сети
переменного напряжения 220 В, 50Гц.
В сосуд 1 наливают воду, в стакан 3 – раствор поваренной соли. После
обработки жидкости в катодной камере образуется католит 11, а в анодной
камере (внутри стакана 3) – анолит 12. Конденсатор 7 выполняет роль
ограничителя тока. Кнопочный выключатель 8 при снятии крышки 2 и
вынимании электродов 4 и 5 из корпуса разрывает цепь переменного
напряжения.
Рис.1. Схема бытового электроактиватора фирмы «Эсперо»
В
настоящее
время
популярны
электрохимические
бытовые
электролизеры модели 3002, 3003, 3006 и 3009, разработанные в Беларуси
[26].
Предприятие-изготовитель:
научно-производственное
предприятие «Акваприбор» (Республика Беларусь).
унитарное
Схема устройства
приведена на рис. 2:
1 – прямоугольный диэлектрический сосуд; 2 - диэлектрическая крышка; 3 –
прямоугольный стакан из пористой керамики; 4 – катод из двух стальных
пластин (пищевая нержавеющая сталь); 5 – анод из двух металлических
пластин, покрытых электрохимически стойким металлом (каким – не
сообщается); 6 – блок питания, содержащий понижающий трансформатор,
выпрямитель и схему защиты от перегрузки по первичной сети переменного
напряжения; шнуры постоянного 7 и переменного 8 тока; 9 – вилка; 10 –
католит; 11 – анолит.
В сосуд наливают воду, в керамический стакан – раствор поваренной
соли.
Рис. 2. Схема бытового активатора
Заметим, что в Российской Федерации все бытовые электролизеры,
имеющие гигиенические сертификаты, сертификаты электробезопасности и
сертификаты соответствия не имеют разрешения для
приёма католита и
анолита внутрь. Это объясняется тем, что до сих пор нет ясности, за счет
каких
физических
и/или
химических
факторов
стимулируются
и
нормализуются процессы в организме человека. Высказывается опасение о
возможности активации спящих раковых клеток.
Для больших объемов жидкости используют погружной электролизер,
состоящий из корпуса, электродов и диафрагмы. Один из электродов
(основной) контактирует с раствором. Он может быть как катодом, так и
анодом, в зависимости от цели электролиза в конкретном технологическом
процессе. Другой электрод (вспомогательный) находится в растворе
вспомогательного электролита, предназначенного для электролитического
замыкания электрической цепи в электродном блоке и нейтрализации
продуктов электрохимических реакций, образуемых на вспомогательном
электроде. Вспомогательный электролит обеспечивает минимальное падение
напряжения в камере электрода и на диафрагме за счет высокой
электропроводности. Камера вспомогательного электрода, отделенная от
обрабатываемого раствора диафрагмой, снабжена штуцерами, через которые
происходит циркуляция вспомогательного электролита и отвод газов. По
мере выработки электролита его заменяют на свежий (периодически, либо
посредством непрерывного принудительного протока). Течение растворов
создаётся либо насосами собственной гидравлической системы, либо
подпором от внешнего источника.
Основные материалы для изготовления погружных электролизеров:
органическое стекло, капролон, винипласт (корпус); пористая керамика,
целлофан на каркасе (диафрагма); графит, ферросилит, титан с покрытием
PbO2 или RuO2 (электроды).
С конструкциями проточных электрохимических активаторов типа
ЭЛХА-002, ЭЛХА-004, ЭЛХА-006 и ЭЛХА-008 можно ознакомиться в
работе [14].
Технико-экономические показатели работы погружных электролизеров
оптимальны при объёмах раствора от 1 до 50 л. При больших объёмах
усложняются монтажные работы и контроль за ходом процесса. При объемах
свыше 50–100 л целесообразно использовать проточные электролизеры. В
перспективе их усовершенствование будет идти по пути автоматизации,
создания
систем
электродов,
контроля
подавления
и
управления,
автоматической
электроосмотических
очистки
перетоков
жидкостей,
Схема простейшего проточного электролизера приведена
на рисунке
охлаждения вспомогательного электролита.
3. Высокопроизводительный проточный электролизер может состоять из
шести или 12 одинаковых электродных блоков.
Рис. 3. Схема простейшего проточного электролизера
Приведем две заслуживающие внимания гидравлические схемы
проточных электроактиваторов для получения нейтрального оксиданта из
солевого раствора [20, 21].
На рис. 4. приведена схема для получения католита и нейтрального или
слабощелочного оксиданта. Такой оксидант имеет рН 7,0–8,2 и ОВП +(800250) мВ, обладает хорошими бактерицидными и моющимися свойствами и
практически не содержит хлора. Активатор позволяет обрабатывать и
питьевую воду (для чего перекрывается вентиль V1).
Рис. 4. Принципиальная гидравлическая схема проточного электроактиватора
для
получения
антиоксиданта
(католита)
и
нейтрального
или
слабощелочного оксиданта. Р – насос; V1 и V2 - регулирующие вентили; W
- вода; K - католит; Oх – оксидант.
Схема, приведенная на рис. 5, нашла более широкое применение, чем
предыдущая. Ее особенность заключается в том, что оксидант с выхода
анодной камеры первого проточного электролизера поступает на вход
анодной камеры второго проточного электролизера. Давление в анодной
камере второго электролизера выше, чем в катодной, и часть оксиданта
продавливается через пористую диафрагму. Есть возможность регулировать
поступление раствора NaCl в катодную камеру второго электролизера при
помощи вентиля V. Нейтральный оксидант, получаемый при помощи этой
схемы, имеет рН 6,8-7,8 , ОВП +(1200-700) мВ.
Рис. 5. Принципиальная гидравлическая схема для получения антиоксиданта
(католита) и нейтрального оксиданта, содержащая два проточных
электролизера
Исследованиями
и
разработкой
технологий
электрохимической
активации жидкостей занимаются специалисты в США, Германии и Англии,
России (ФГУ Всероссийский научно-исследовательский и испытательный
институт медицинской техники (ВНИИИМТ), г. Москва; ОАО НПО «Экран»
при ВНИИИМТ; ООО «ЛЭТ» (лаборатория электротехнологий) при
ВНИИИМТ; ЗАО НИЦ (Научно-исследовательский центр) «ИКАР», г.
Ижевск).
Широкую известность получили установки СТЭЛ (производитель
ОАО НПО «Экран»), «Изумруд-СИ» (ЗАО НИЦ «ИКАР», г. Ижевск)
Использование электролизеров в народном хозяйстве и медицине
отвечает
основным
задачам
сегодняшнего
дня:
ресурсосбережение,
экологическая безопасность, простота применение и высокая эффективность.
Несомненно, с началом подъема отечественной экономики эти устройства и
ехнологии будут серьезно востребованы, и тот задел, который создан в
предыдущие годы получит достойное развитие.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Бахир В. М, Кирпичников П. А., Лиакумович А. Г., Спектор Л. Е.,
Мамаджанов
У.
Д.
Механизм
изменения
реакционной
способности
активированных веществ // Изв. АН УзССР. Сер. технических наук. 1982. №
4. С. 70–75.
2.
Бахир В. М., Лиакумович А. Г., Кирпичников П. А., Спектор Л. Е.,
Мамаджанов У. Д. Физическая природа явлений активации веществ // Изв.
АН УзССР. Сер. технических наук. 1983. № 1. С. 60–64.
3.
А. с. СССР № 1121906, кл. C 02 F 1/46. Способ получения жидкости с
биологически активными свойствами / Вахидов В. В., Мамаджанов У. Д.,
Касымов А. Х., Бахир В. М., Алехин С. А. и др. Опубл. 1984. БИ № 4.
4.
А. с. СССР № 1121907, кл. C 02 F 1/46. Способ получения жидкости с
биологически активными свойствами / Вахидов В. В., Мамаджанов У. Д.,
Касымов А. Х., Бахир В. М., Алехин С. А. и др. Опубл. 1984. БИ № 4.
5.
Красиков Н. Н., Шуваева О. В. Действие электрического поля на
жидкости,
осуществляемое
без
контакта
с
потенциалозадающими
электродами // ЖФХ, 2000. Т. 74. № 6. С. 1133–1135.
6.
Красиков Н. Н. Активация воды в электрическом поле // Биофизика,
1998. Т. 43. Вып. 6. С. 989–991.
7.
Зелепухин И. Д., Пасько О. А., Асенова Э. К. Применение
активированной воды в сельском хозяйстве и биотехнологии (аналитический
обзор). Томск: Изд-во “Наука и производство”, 1998. – 46 с.
8.
Отчет по НИР “Результат“. Разработка экологически чистых методов
увеличения результативности растениеводства. Томск: ТНКЦ, 1993. – 43 с.
9. А. с. СССР № 1619557, кл. A 01 N 59/00. Способ получения стимулятора
роста и развития растений / Пасько О. А., Семенов А. В. Опубл. 7.06.1993.
БИ № 21.
10. А. с. СССР № 1574196, кл. A 01 N 59/00. Способ получения стимулятора
роста и развития растений / Пасько О.А. Заявл.1.04.1986. Опубл.
30.06.1990. БИ № 24.
11.
Гомбоев Д.Д., Солошенко В.А., Рогачев В.А., Данилова А.А.,
Полосенко В.И., Фролов О.Б., Фролова Е.Н. Дезинфицирующая активность и
экологическая безопасность электрохимически активированных растворов
(ЭХАР) солей природных источников // Сиб. вестник с.-х. науки. – 2004. –
№3. – С.16 – 18.
12.
Гомбоев Д.Д. Адаптогенные свойства католита электрохимически
активированных растворов минеральных веществ // Доклады РАСХН. – 2007.
– №2. – С.45 – 47.
13.
Гомбоев Д.Д. Действие факторов малой интенсивности на молодняк
животных // Ветеринария.– 2007. – №11. – С. 43 – 45.
14.
Обзорная информация, Тбилиси: Груз. НИИТИ. Сер. Пищевая
промышленность. 1988. Вып. 3.Электрохимическая активация водных
растворов и ее технологическое применение в пищевой промышленности. –
80 с.
15.
Саркисов Ю. С. Строительные материалы на основе оксидных систем.
– Автореф. дис. … на соиск. … д-ра техн. наук. – Томск, 1994. – 42 с.
16.
Пасько
О.
А.,
Семенов
А.В.,
Смирнов
Г.В.,
Смирнов
Д.Г.
Активированные жидкости, электромагнитные жидкости и фликкер-шум. Их
применение в сельском хозяйстве. - Томск: ТУСУР, 2007. – 410 с.
17.
Подколзин А.А.,
Мегреладзе А.Г., Донцов В.И.,
Арутюнов С.Д.,
Мрикаева О.М., Жукова Е.А.. Система антиоксидантной защиты организма и
старение // Профилактика старения »». – 2000. - Выпуск 3. – С. 25-56
18.
Леонов Б. И., Бахир В. М., Вторенко В. И. Электрохимическая
активация в практической медицине. Сб. докл. Второго международного
симпозиума “Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве,
промышленности”. Ч. 1. М: ВНИИИМТ, ОАО НПО “Экран”. 1999. С. 15–23.
Сб.
19.
“Методические
рекомендации
по
применению
электроактивированных водных растворов для профилактики и лечения
наиболее распространенных болезней человека“. Под общ. ред. С. А.
Алехина. Составитель сборника: Д. С. Гительман – Методические
рекомендации учреждений Узбекистана, Российской Федерации и Украины.
Научно-производственная фирма “Эсперо“. Ташкент. 1994. – 85 с.
Пустовалов В. А. Технология электрохимической активации водных
20.
растворов и получение стандартных электроактивированных растворов //
http://www.vsma.ac.ru/publ/priam/009-1/site/index/htm.
Пустовалов В. А. Технология электрохимической активации водных
21.
растворов. А. с. СССР № 1819557, кл. A 01 N 59/00.
Пат. РФ № 2147446, кл. C 02 F 1/00. Устройство для активации воды /
22.
Пасько О. А., Семенов А. В., Дирин В. Н. Опубл. 20.01.2000. БИ № 2.
Патент № 2344996, C02F1/46. Бытовой диафрагменный электролизер.
23.
Пасько О.А., Семенов А.В, Смирнов Г.В., Смирнов Д.Г. Опубл. 27.01.2009 г.
24. Патент № 2350568, C02F1/461. Бездиафрагменный электролизер. Пасько
О.А., Семенов А.В, Смирнов Г.В., Смирнов Д.Г. Опубл. 27.03.2009 г.
25. Патент № 2375313, C02F1/461. Проточный диафрагменный электролизер.
Пасько О.А., Семенов А.В, Смирнов Г.В., Смирнов Д.Г. Опубл. 10.12.2009
г.
26. Рекламное сообщение. Активаторы (модели AV–3002 и AV–3003) для
получения “живой” и “мертвой” воды (http://www.mzk.ru).
27. Аппарат электрохимической детоксикации организма ЭДО–4. Странапроизводитель:
Россия,
/http:medprom/mpp0002422.
Фирма-производитель:
“Регнатис“