Обновлено: 05.07.2024

ЭЛЕКТРОДЕИОНИЗАЦИЯ ВОДЫ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ.
АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ И ЭКОНОМИКИ.
(автор: Ген.директор компании "МИРОВЫЕ ВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" - С.В.Черкасов)

Введение

Первые эксперименты по осуществлению процесса непрерывной электродеионизации (EDI) были осуществлены в конце 1950 годов. Однако до внедрения EDI-процесса в промышленных масштабах потребовалось почти тридцать лет (до конца 1980 годов), после того как возобновился интерес к поискам методов получения ультрачистой воды, альтернативных системам ионного обмена. Процесс непрерывной электродеионизации используется главным образом для производства ультрачистой воды, обладающей электрическим сопротивлением в диапазоне от 8 до 17 МОм непосредственно из воды с общим солесодержанием 1 - 20 мг/л. Поэтому наиболее распространенным сырьем для процесса электродеионизации является вода, очищенная с помощью установок обратного осмоса, т.е. обратноосмотический пермеат.

Теория …

Как и электродиализ (ED) электродеионизация для опреснения воды в качестве энергетического источника использует энергию постоянного тока. Для того чтобы понять, как работает EDI-установка, обратимся к основам химии электролитов, и в частности к обычной электролитической ячейке (см. рисунок 1) и ячейке процесса электродиализа (см. рисунок 2).
При наложении электрического поля ионы в растворе движутся к электродам с противоположным электрическим зарядом как это показанона рисунке 1. Но если пространство между электродами разделить катионо- и анионо- обменными мембранами на своеобразные камеры, то соли могут быть удалены из одной половины камер и сконцентрированы в других половинах камер, как это показанона рисунке 2. При непрерывной подаче исходной воды в камеры и отводе очищенной воды и может быть реализован непрерывный процесс обессоливания воды, известный как процесс электродиализа.
Основным ограничением производительности электродиализных аппаратов является концентрационная поляризация у поверхностей ионообменных мембран. Концентрационная поляризация возникает вследствие различия чисел переноса ионов в растворах и в ионооб­менных мембранах. При рассмотрении причин возникновения кон­центрационной поляризации вблизи анионообменной мембраны сле­дует принять во внимание, что число переноса анионов в растворе меньше числа переноса в анионообменной мембране. Вследствие бо­лее низкого значения числа переноса в растворе количество от­рицательных ионов, переносимых электрическим током через раст­вор к поверхности анионообменной мембраны, недостаточно для вос­полнения числа отрицательных ионов, удаленных от этой поверхнос­ти и перенесенных через мембрану. Эта нехватка ионов приводит к снижению их концентрации в растворе вблизи поверхности мемб­раны. В конце концов, в растворе устанавливается такой градиент концентрации, при котором баланс ионов, необходимый для поддер­жания стационарных условий, обеспечивается диффузионным перено­сом, обусловленным градиентом концентрации.
Вблизи другой поверхности анионообменной мембраны происхо­дит накопление ионов, так как через мембрану проходит большее количест­во ионов, чем может быть перенесено электрическим током (число переноса ионов в растворе ниже, чем в мембране). Таким образом, концентрация ионов у поверхности мембраны повышается и в раство­ре устанавливается градиент концентрации, который приводит к удалению избытка ионов путем диффузии.
На рисунке 3 изображены градиенты концентрации этого типа. В камере электродиализатора растворы текут вдоль мембран, и поэто­му в направлении от поверхности мембран к центру русла потока простирается непрерывный градиент скорости. Для обеспечения ме­ханических требований внутренние зазоры ED-камер, являющиеся рус­лами потоков, снабжены распорками, которые усложняют линии об­текания и турбулизируют поток. Быстрое течение растворов вдоль мембран и через распор­ки приводит к относительно хорошему перемешиванию раствора только в центральной части русла потока, перемешивание же вбли­зи поверхностей мембран слабее. Вблизи поверхностей существуют граничные слои почти неподвижного раствора. Для про­стоты иллюстрации на рисунке 3 изображена идеализированная модель граничных слоев.

Рис. 1. Принципиальная схема электролитической ячейки

Рис.2. Принципиальная схема ED-ячейки

Рис.3. Причины возникновения концентрационной поляризации

Градиенты концентрации устанавливаются в неподвижных гранич­ных слоях таким образом, что концентрация ионов у поверхности раздела раствор - мембрана со стороны мембраны, в которую вхо­дят ионы, ниже, чем в зоне полного перемешивания раствора. Концентрация ионов у поверхности раздела с другой стороны мембраны выше, чем в зоне полного перемешивания. При увеличении плотнос­ти тока концентрации, находящиеся между двумя границами, стано­вятся еще ниже со стороны входа ионов и еще выше с другой стороны.
Как известно, вода диссоциирует на ионы водорода и ионы гидроксила в результате химической реакции:
H₂O ↔ H + + OH - .
Если ионы водорода и гидроксила разделить прежде, чем они смогут проимовзаимодействовать между собой и повторно объединиться в воду (сдвинуть равновесие реакции вправо), то теоретически возможно произвести кислоту и щелочь, т.е. разложить воду на Н + - и ОН - -ионы.
Поэтому при дальнейшем повышении плотности тока в ED-ячейке концентрация ионов у поверхности раздела раствор - мембрана со стороны мембраны, в которую входят ионы, стремится к нулю. При этой плотности тока, называемой предельной плотностью тока, Н + - и ОН - -ионы, образую­щиеся при ионной диссоциации воды, начинают переноситься через раствор и мембрану. ОН - - ионы, переносимые через мембрану, вызывают изменения величины рН в мембране и в прилегающих к ней слоях раствора. Кроме того, появление слоя почти деионизованной воды в граничном слое со стороны входа ионов приводит к увеличению сопротивления. Далее, при плотностях тока, превышающих предельную плотность тока, происходит лишь небольшой дополнительный перенос ионов, которые необходимо уда­лить, так как со стороны входа, у поверхности раздела их нет.
Увеличение тока сверх предельного значения приводит в основ­ном к переносу Н + - и ОН - - ионов, образующихся в результате раз­ложения воды, и лишь к незначительному, дополнительному перено­су ионов, подлежащих удалению. Таким образом, концентрационная поляризация ограничивает производительность (т.е. перенос подле­жащих удалению ионов) электродиализного аппарата.

Как было уже указано, в процессе электродиализа разложение воды происходит на поверхности анионо- и катионообменных мембран. Рисунок 4 иллюстрирует последствия разложения воды в процессе электродиализа. Под действием электрического тока ионы водорода перемещаются ту часть потока, где они вступают в реакцию с анионами гидрокарбонатов, в результате чего образуется двуокись углерода. Это снижает pH пермеата. Ионы гидроксила за счет диффузии проникают в анионообменную мембрану, и также вступают в реакцию с анионами гидрокарбонатов, в результате чего образуются карбонат-ионы. Т.к. селективность анионообменных мембран по отторжению катионов никогда не достигает 100%, то при наличии в исходной воде катионов кальция, какая-то их часть проникнет в мембрану. Результатом являются те осадки углекислого кальция, которые часто наблюдаются на внутренней поверхности анионообменных мембран. При отсутствии в исходной воде катионов кальция и
анионов гидрокарбоната ионы водорода пройдут через поток и катионобменную мембрану в камеру концентрата. Аналогично ионы гидроксила попадут в концентрат через анионообменные мембраны. В потоке концентрата произойдет их рекомбинация в воду.
Следовательно, чтобы избежать процессов образования карбонатных отложений на поверхности мембран и минимизировать потребляемую мощность, т.е. ED-аппараты следует эксплуатировать, избегая наложения на ED -ячейку избыточного электрического тока, не допуская возникновения процесса разложения воды.

Рис.4. Механизм процесса образования осадка на поверхности мембран

Рис.5. Принципиальная схема EDI-ячейки

Основным отличием в конструкции ячеек для ED и EDI является то, что камеры, в которых происходит процесс обессоливания воды, заполнены монодисперсной ионообменной смолой смешанного действия (смесь катионита и анионита) как это показано на рисунке 5. При этом механизм переноса ионов становится двухступенчатым процессом. Сначала ионы транспортируются к ионообменной смоле за счет диффузии, а затем через слой ионообменной смолы к мембране под действием электрического тока, за счет наиболее низкого электрического сопротивления этой части. Камеры, в которых скапливается концентрат, ионообменной смолой не заполняются.
В EDI-ячейках приложенный электрический ток проходит через всю ячейку, в том числе и через слой ионообменной смолы смешанного действия. И при наложении на ячейку избыточного электрического тока, процесс разложения воды протекает в местах, где гранулы ионообменных смол соприкасаются как друг с другом, так и с мембранами, т.е. в местах с наиболее высоким концентрационным перенапряжением. Таким образом, в результате разложения воды и образования Н+- и ОН-- ионов ионообменные смолы непрерывно восстанавливаются в ОН-форму (анионит) и Н-форму (катионит). Ионы водорода и гидроксила, не вступившие в реакцию обмена со смолами, транспортируются к потоку концентрата наряду с растворенными солями, где происходит их рекомбинация в воду.
EDI-ячейки могут эксплуатироваться и без наложения избыточного электрического тока, т.е. без возникновения процесса разложения воды, и как следствия исключения возможности регенерации ионообменных смол. Этот режим работы не имеет каких-либо преимуществ и каких-либо недостатков по сравнению с ED.
Поскольку слой ионообменных смол в EDI-ячейках по существу является своеобразной фильтрующей перегородкой (с достаточно высоким рейтингом фильтрации) и на настоящее время не придумано никакого метода ее промывки, исходная вода, подаваемая на EDI-ячейки должна иметь очень низкий уровень содержания взвешенных частиц.
Ремонт EDI-ячейки очень затруднен, т.к. ячейки заполняются смолой в процессе сборки. На сегодняшний день не найдено никакого эффективного способа для выгрузки и загрузки смолы даже после ее демонтажа. EDI-ячейка должна быть вначале разобрана, затем удален слой смолы, а затем повторно собрана. Это процесс неизбежно приводит к повреждению мембран.
Все сказанное выше означает только одно: для гарантированной эффективной и долговременной работы EDI-ячеек следует использовать предварительную мембранную очистку исходной воды (ультрафильтрации, нанофильтрацию или обратный осмос). Состав оборудования предварительной очистки перед мембранными системами определяется исходя из состава исходной воды.

… практика …

При эксплуатации EDI-ячеек эффективность использования потребляемой мощности, направляемой непосредственно на процесс обессоливания низка. Обычно на перенос ионов солей расходуется только 10-20 % от мощности протекающего электрического тока. Остальная часть используется на разложение воды. Именно со столь малой эффективностью использования потребляемой мощности для EDI-ячеек связано то обстоятельство, что, EDI-процесс становится действительно практичным только для исходной воды, общее солесодержание которой не превышает значения 100 мг/л.
В дополнение к этому обстоятельству необходимо рассматривать и условия, при которых возможно образование на анионообменных мембранах осадка карбоната кальция. Обычно EDI-системы эксплуатируются с эффективностью использования исходной воды 95%, т.е. 95% от исходной воды является продуктом (пермеатом) и только 5% сбрасывается в дренаж (концентрат).
Принято считать, что содержание кальция в исходной воде, подаваемой на EDI-ячейку должно быть меньше 0,5 мг/л. И, если содержание свободной углекислоты в исходной воде превышает 5 мг/л, а кальция – 0,5 мг/л, соотношение пермеат/ концентрат понижают таким образом, чтобы предотвратить возникновение эффекта концентрационной поляризации и формирование отложений карбоната кальция. Прежде всего, эта операция снижает содержание кальция в концентрате, и как следствие, количество кальция, который попадает в анионообменные мембраны из концентрата.

В данном разделе мы попробовали обобщить результаты эксплуатации пяти EDI-установок, которые уже работают в различных областях производства. К нашему сожалению, мы не можем сообщить, где и когда были смонтированы и введены в эксплуатацию данные установки. Поэтому в дальнейшем используем обычную нумерацию промышленных предприятий от 1 до 5. В Таблице 1 приведены сравнительные данные полных технологических схем систем очистки воды и изменению общего солесодержания воды в процессе ее очистки.
Рисунок 6 иллюстрирует эффективность очистки воды от ионных загрязнений на стадии электродеионизации воды для всех выбранных объектов. Сверху гистограммы приводятся усредненные значения процента эффективности очистки для пяти EDI-установок. Как видно из рисунка, эффективность очистки на EDI-установках для всех приведенных ионных загрязнений превышает 99%.
Как уже было сказано, при проведении процесса электродеионизации происходит непрерывная регенерация слоя ионообменной смолы, кроме того, увеличивается значение рН слоя воды, окружающей зерно анионита. Это способствует протеканию процесса ионного обмена, в результате которого из воды удаляются двуокись углерода и кремний (в форме поликремневых кислот). Перемещение двуокиси общего содержания углерода выходов.
Что касается степени извлечения двуокиси углерода и кремния для тех же производственных объектов, о которых уже шла речь, то для двуокиси углерода она составляет в среднем 99.3 %. Эффективность же очистки воды от кремния несколько ниже и составляет в среднем 96 %.
Причиной этого является то, что при попадании потока воды в EDI-ячейку (т.е. в самом начале процесса электродеионизации) значение рН слоя воды, окружающей зерна анионита, достаточно низкое и кремний, находящийся в исходной воде ионизирован в форму анионов только частично. Поэтому процесс ионного обмена практически не протекает.

Рис.6. Эффективность очистки воды от ионных загрязнений

Рис.7. Эффективность очистки от двуокиси углерода и поликремневых кислот

Таблица сравнения технологических схем очистки воды.

… экология …

… экономика.

Обратимся, наконец, к экономическим аспектам рассматриваемого технологического процесса. В Таблице 3 приводятся сравнительные данные по капитальным и эксплуатационным затратам для процессов ионного обмена и электродеионизации, рассчитанные для установки непрерывного действия, имеющую производительность по деионизованной воде 3 куб.м/час.
Такая производительность выбрана не случайно. Дело в том, что установки меньшей производительности следует относить к полупромышленным, используемым, как правило, для небольших производств, где стоимость получения деионизованной воды не играет определяющей роли в формировании себестоимости продукции.
В состав основного оборудования включены фильтры предварительной очистки воды перед установкой обратного осмоса, собственно установка обратного осмоса, оборудование для осуществления процессов ионного обмена и электродеионизации, пост-фильтры и система рециркуляции деионизованной воды.
Как видно из таблицы, капитальные затраты на приобретение основного технологического оборудования в случае электродеионизации на 20% превышают те же затраты при использовании ионного обмена. Однако для осуществления процесса ионного обмена потребуется большое количество вспомогательного оборудования, которое будет использоваться как для кислотно-щелочного хозяйства производства, так и для станции нейтрализации образующихся кислотно-щелочных стоков. И если сложить эти затраты с затратами на основное оборудование, то ситуация изменяется на противоположную. Теперь стоимость оборудования процесса ионного обмена превышают почти в 1,5 раза стоимость оборудования EDI-процесса. Конечно, для упрощения расчетов мы взяли идеальные условия по организации кислотно-щелочного хозяйства предприятия и станции нейтрализации сточных вод.
Теперь обратимся к эксплуатационным затратам. Это вторая часть таблицы 3. При расчете эксплуатационных затрат мы учитывали расходы на приобретение материалов для проведения всех технологических операций, которые необходимо проводить в процессе эксплуатации того или иного оборудования, отчисления на приобретение комплектующих ( в частности обратно-осмотических мембран и EDI-ячеек), а также энергетические затраты.
Целый ряд эксплуатационных расходов и в случае ионного обмена и в случае электродеионизации равны между собой. Поэтому сосредоточимся на тех затратах, которые имеют различие. В случае работы ионного обмена необходимо использовать процесс декарбонизации. В данном случае заложен вакуумный декарбонизатор с нагревом воды и утилизацией тепла. Но и в этом случае энергетические затраты достаточно велики.
Эксплуатация самих ионообменных фильтров вносит незначительный вклад, правда в этом случае нами не была учтена стоимость деионизованной воды, которая требуется для приготовления регенерационных растворов и промывки фильтров после регенерации до их выхода на основной режим работы, т.е. до тех пор, пока на выходе фильтра при его отмывке степень загрязненности воды будет сопоставима с исходной (чистой) водой. Наш опыт показывает, что оценить эту составляющую весьма сложно, т.к. всякий раз насыпные фильтры после регенерации отмываются по-разному.
И, наконец, срок службы смол в финишных фильтрах смешанного действия (нерегенерируемого типа) для процессов ионного обмена и электродеионизации отличается примерно в два раза.
Таким образом, даже без учета затрат на эксплуатацию вспомогательного оборудования при использовании процесса ионного обмена, эксплуатационные затраты EDI-процесса почти на 15% ниже затрат на ионный обмен.

Высокое содержание солей в воде приводит к зарастанию трубопроводов и оборудования отложениями солей магния и кальция, кроме того, постоянное употребление минерализированной воды вызывает ряд заболеваний. Для обессоливания применяют различные методы, одним из которых является электродиализ:

Обессоливание воды электродиализом

Электродиализ - один из самых экологичных и недорогих методов обессоливания, применяется с 60-х годов прошлого века. Принцип действия электродиализа для очистки воды основан на движении положительных и отрицательных ионов к электродам под воздействием электрического тока.

Простейшая электродиализная установка для обессоливания воды представляет собой трехсекционную проточную емкость с электродами в крайних камерах. Резервуар разделен 2 электродиализными мембранами, одна из которых пропускает отрицательно заряженные ионы (анионы), другая положительно заряженные (катионы).

Под воздействием электрического поля катионы и анионы из секции между мембранами в электродиализной установке переходят в крайние камеры, рядом с электродами. В результате возле электродов собираются растворы щелочей и кислот, в межмембранном пространстве остается обессоленная вода. На практике применяют многокамерные установки электродиализной очистки воды, где резервуар разделен несколькими анионо- катиононепроницаемыми мембранами.

Преимущества очистки воды методом электродиализа

Опреснение и деминерализация воды электродиализом имеет следующие преимущества:

1. Длительный срок службы установок. Электродиализаторы воды не имеют движущихся частей, что существенно увеличивает надежность установок. Срок службы мембран для электродиализа составляет 5-10 лет.
2. Минимальные потери воды. В циркуляционных аппаратах растворы солей поступают на повторный электродиализ. Возможно многократное повторение циклов очистки до достижения требуемого содержания солей. Основная доля потерь воды при электродиализе приходится на предварительную подготовку.
3. Низкая энергоемкость. Расходы электроэнергии на очистку 1 литра воды составляют всего 1-2 Вт.
4. Минимальные требования к качеству исходной воды. Для очистки воды по методу электродиализа достаточно фильтрации от твердых частиц и соединений, разрушающих мембрану.
5. Возможность фильтровать сильно загрязненную воду. Электродиализ широко используется для очистки промышленных стоков, в том числе для фильтрации от радиоактивных веществ.
6. Отсутствие реагентов. Для электродиализа не нужны химические реактивы, оказывающие негативное влияние на окружающую среду.

Внедрение установок электродиализа позволяет существенно снизить капитальные и текущие расходы на фильтрацию воды. Экономия достигается отсутствием затрат на реагенты, последующую нейтрализацию, снижением трат на техническое обслуживание.

Электродиализ и электродеионизация

К главным недостаткам электродиализа относится недостаточная эффективность при низком содержании электролитов. Это вызвано значительным сопротивлением воды с низким содержанием солей и необходимостью увеличивать напряжение для поддержания необходимой плотности тока.

Для устранения этого недостатка существует процесс электродеионизации, аналогичный процессы электродиализа, но в камеры для очистки воды помещают зерна ионообменных смол (так называемые ионообменные мембраны для электродиализа). При прохождении ионов через смолы, положительно и отрицательно заряженные частицы задерживаются и обмениваются на ионы водорода и ионы гидроксильной группы. При этом происходит одновременная регенерация смол за счет непрерывного образования H + и OH - при электрическом разложении воды.

Таким образом, достигается эффективная очистка воды с низким содержанием солей без увеличения энергозатрат.

Сферы применения электродиализного метода очистки воды

Электродиализ и электродеионизация применяются:

• Для получения ультрачистой и сверхчистой воды для лабораторных исследований и изготовления микроэлектроники.
• Для получения воды очищенной для фармацевтической и химической промышленности.
• Для опреснения морской воды.
• Для систем водоподготовки котельных и энергетического оборудования.
• Для очистки сточных вод.

Другие методы обессоливания и деминерализации воды

Кроме элеткродиализа и электродеионизации мы хотели бы кратко рассмотреть следующие методы обессоливания и деминерализации воды:

1. Дистиллирование. Воду выпаривают в специальных аппаратах, получившийся пар охлаждают, в результате чего он конденсируется, чистая вода стекает в приемную емкость. К недостаткам такого метода относится высокое энергопотребление, необходимость регулярно очищать первичный резервуар от накипи, высокий расход воды для охлаждения. . Принцип действия этого метода основан на способности ионов кальция и магния образовывать нерастворимые соединения с ионами серной или соляной кислот. К недостаткам такого способа относятся невозможность глубокого обессоливания, необходимость регулярной регенерации и замены смолы, применение небезопасных химреактивов. . Для удаления солей применяют мембраны с односторонней проницаемостью, которые пропускают только молекулы воды. К недостаткам этого способа относятся необходимость предварительной подготовки воды, высокая цена мембраны. Корме того, для эффективной фильтрации требуется создавать высокое давление.

Таким образом, методы электродеионизации, обратного осмоса и электродиализа отвечают всем требованиям к современным системам фильтрации. Они не оказывают негативного влияния на экологию, просты в эксплуатации, потребляют небольшую мощность. При выборе способа очистки от солей руководствуются требованиями к воде, технической и экономической целесообразностью. Ионный обмен, обратный осмос и электродиализ - наиболее перспективные технологии очистки воды.

Изобретение относится к электрохимической технологии и может быть использовано в энергетической, химической, металлургической, молочной отраслях промышленности, в водоподготовке для получения питьевой воды. Предложен способ обессоливания воды в электродиализаторе с чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами, образующими камеры концентрирования и обессоливания, с периодическим изменением направления движения электрического тока и одновременным с ним переключением потоков камер обессоливания и концентрирования, в котором в процессе обессоливания используют две пары электродов, работающих попеременно для изменения направления движения электрического тока, причем анод одной пары и катод другой пары находятся по одну сторону фильтр-прессного пакета, аноды выполнены из пленкообразующего металла с покрытием из оксидов металлов, а катоды - из некорродирующего металла. Способ обеспечивает возможность достижения высоких плотностей тока, что повышает степень обессоливания и производительность процесса. 13 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к электрохимической технологии и может быть использовано в энергетической, химической, металлургической, молочной отраслях промышленности, преимущественно в водоподготовке для получения питьевой воды.

Известен способ очистки водных растворов электродиализом в электродиализаторе с использованием химически стойких электродов из платинированного титана (Смагин В.Н. Обработка воды методом электродиализа. - М.: Стройиздат, 1986, с.110).

Однако дефицитность платины препятствуют широкому распространению этих электродов.

Известен способ очистки водного раствора сульфата цинка методом электродиализа с использованием графитовых анода и катода (патент СССР №1837950, кл. В 01 D 61/44, 1993).

Данные электроды сравнительно быстро выходят из строя, особенно в присутствии органических веществ, обладают невысокой электропроводностью, разрушаются при работе с высокими плотностями тока.

Наиболее близким по технической сущности является способ обессоливания воды в электродиализаторе с периодическим изменением полярности электродов и одновременным с ним переключением потоков камер обессоливания и концентрирования (авторское свидетельство СССР №982712, кл. В 01 D 13/02, 1982).

Изменение полярности электродов по существу означает изменение направления движения электрического тока. Известный способ осуществляется с использованием графитовых электродов.

Данные электроды сравнительно быстро выходят из строя, особенно при опреснении соленой воды, при этом невозможно повышение плотности тока, что, в свою очередь, не обеспечивает высокой степени обессоливания и, как следствие, производительность процесса очень низкая.

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение возможности достижения высоких плотностей тока, что позволяет повысить степень обессоливания и увеличить производительность процесса.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном способе обессоливания воды в электродиализаторе с чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами, образующими камеры концентрирования и обессоливания, с периодическим изменением направления движения электрического тока и одновременным с ним переключением потоков камер обессоливания и концентрирования, используют две пары электродов, работающих попеременно для изменения направления движения электрического тока, причем анод одной пары и катод другой пары находятся по одну сторону фильтр-прессного пакета. Аноды выполнены из пленкообразующего металла с покрытием из оксидов металлов, а катоды - из некорродирующего металла.

При этом используют анод, выполненный из титана или тантала, в качестве покрытия анодов используют оксид рутения, оксид кобальта или диоксид марганца, причем используют катод, выполненный из нержавеющей стали или меди.

Кроме того, электроды обеих пар могут быть выполнены из одинаковых или разных материалов, аноды - из одинаковых или разных пленкообразующих металлов, а покрытие анодов - из одинаковых или разных оксидов металлов.

В качестве пленкообразующего металла предпочтительно использовать титан или тантал из-за их высокой химической стойкости, а в качестве покрытия применять оксиды металлов, стойких при электролизе, таких как марганец, кобальт, рутений.

Выбор оксида металла, наносимого на пленкообразующую основу, зависит от экономических соображений и состава воды, поступающей на обессоливание, например, в случае очистки хлоридных растворов преимущество выполняют покрытия из оксида рутения, поскольку получаемые при этом электроды ОРТА обеспечивают наклон поляризационных кривых, равный 40-45 мВ. На аноде преимущественно при этом выделяется хлор и данные электроды мало чувствительны к присутствию в воде органических соединений.

Аноды с покрытием из оксида кобальта ОКТА более экономичны, но и более чувствительны к примесям.

Аноды с покрытием из диоксида марганца рекомендуется использовать для очистки сульфатных и фосфатных растворов.

В качестве катодов можно использовать некорродирующий металл, поскольку в процессе электродиализа металл находится под катодной защитой.

Предпочтительно для катодов использовать нержавеющую сталь или медь, как наиболее доступные и легкообрабатываемые металлы.

При осуществлении процесса электроды обеих пар могут быть из одинаковых или разных материалов, например, оба анода могут быть из титана или один из титана, а другой из тантала. Можно также использовать одинаковые покрытия электродов, например из оксида кобальта или оксида рутения.

Аналогично катоды обеих пар могут быть выполнены из одного материала, например из нержавеющей стали, или из разных, например нержавеющей стали и меди.

Сущность способа поясняется чертежом, на котором схематично показан электродиализатор.

Электродиализатор содержит первую пару электродов 1 и 2, вторую пару электродов 3 и 4, катионообменную 5 и анионообменную 6 мембраны, рабочую рамку 7, камеры 8 и 13, отверстия 9-12 для ввода соленой воды и вывода дилюата и рассола.

Электроды 1 и 2, а также 3 и 4 служат для попеременного подведения постоянного электрического тока к электродиализатору, причем электрод 1 является анодом, 2 - катодом, 3 - катодом, 4 - анодом. Аноды 1 и 4 выполнены из титана с покрытием из оксида рутения, а катоды 2 и 3 - из меди.

Способ обессоливания воды проводится в электродиализаторе, который работает в режиме синхронного реверса гидродинамических потоков и электрического тока. Реверсирование тока электродиализатора (периодическая смена полярности на электродах) связано с одновременным переключением линий обессоливания и концентрирования, причем переключение осуществляется через определенные промежутки времени, например, через 15 минут.

В течение первого цикла исходная вода через отверстия 9 и 10 подается в рабочие камеры, образованные мембранами 5 и 6 и рабочей рамкой 7. Под действием статического поля, создаваемого электродами 1 и 2, катионы и анионы мигрируют к поверхности анионоселективной 6 и катионоселективной 5 мембран. Вода, постепенно очищаясь, последовательно проходит через ряд аналогичных рабочих камер. С помощью отверстия 11 для вывода дилюата из прианодной камеры 8 (камеры обессоливания) и отверстия 12 для вывода рассола из прикатодной камеры 13 (камеры концентрирования) очищенная вода выводится из аппарата.

Для предотвращения отложения солей на мембранах 5 и 6 через определенный промежуток времени электроды 1 и 2 отключаются, одновременно прекращается подача соленой воды в электродиализатор. При этом нерастворимые соли и микропримеси вымываются из мембран 5 и 6.

После переключения электрического тока на электроды 3 и 4 в течение второго цикла соленая вода подается через отверстия 11 и 12. Деминерализация дилюата и концентрирование рассола происходит за счет миграции разноименных ионов солей через ионоселективные мембраны 5 и 6, рассол выводится через отверстие 9 из прикатодной камеры 8 (камеры концентрирования), а дилюат - через отверстие 10 из прианодной камеры 13 (камеры обессоливания).

Через 15 минут работы электродиализатора опять осуществляют реверс электрического тока, повторяя первый цикл. Затем через 15 минут повторяется второй цикл.

Цикличность процесса обеспечивает долговременную работу мембран, в то же время использование двух пар электродов позволяет практически не ограничивать напряжение и ток, при котором проводится процесс.

Синхронное изменение направления электрического тока и гидравлических потоков способствует значительному удлинению срока службы мембран за счет предотвращения отложения в порах сульфата кальция.

Пример 1 (прототип)

Раствор обессоливают в стандартной электродиализной установке с перфорированными графитовыми электродами. Площадь электродов 0,03 м 2 . Напряжение на аппарате 170 В. Начальная плотность тока на электродах 233 А/м 2 . Реверс направления движения тока и гидравлических потоков осуществляют каждые 15 мин. Производительность аппарата 30 л/ч. Конечное солесодержание дилюата 3,2 г/л. Объем пропущенного раствора 150 л в течение 5 ч.

Пример 2 (по предлагаемому способу)

Раствор, содержащий 28,0 г/л соли по NaCl, обессоливают в электродиализаторе, используя две пары электродов, причем анод одной пары и катод другой пары находятся по одну сторону камеры электродиализатора, а анод выполнен из титана толщиной 2 мм с покрытием из оксида рутения ОРТА, а катод - из нержавеющей стали. Площадь анодов и катодов 0,03 2 . Напряжение на аппарате 300 В. Начальная плотность тока на электродах 900 А/м 2 . Производительность аппарата 30 л/ч. Рабочая поверхность ионообменных мембран 0,07 м 2 .

Количество мембранных пар в пакете 100 штук. Реверс направления движения тока и электрических потоков осуществляют каждые 15 мин. Конечное солесодержание дилюата 0,52 г/л.

Аналогично примеру 2, только с использованием анода из тантала. Конечное солесодержание дилюата 0,65 г/л.

Аналогично примеру 2, только с использованием анодов с покрытием из оксида кобальта (ОКТА). Конечное солесодержание дилюата 0,55 г/л.

Аналогично примеру 2, только с использованием анодов с покрытием из диоксида марганца. Конечное солесодержание дилюата 0,52 г/л.

Аналогично примеру 2, только с использованием катода из меди. Конечное солесодержание дилюата 0,50 г/л.

Аналогично примеру 2, только с использованием одного анода из титана с покрытием из оксида рутения, а другого анода - из тантала с покрытием из оксида рутения. Конечное солесодержание дилюата 0,54 г/л.

Аналогично примеру 2, только с использованием одного анода из титана с покрытием из оксида рутения (ОРТА), а другого - из титана с покрытием из оксида кобальта (ОКТА). Конечное солесодержание дилюата 0,55 г/л.

Аналогично примеру 2, только с использованием одного катода из нержавеющей стали, а второго - из меди. Конечное солесодержание дилюата 0,54 г/л.

Контроль процесса обессоливания в электродиализаторе осуществляют химическим анализом дилюата и рассола, а также замером электрических параметров тока и расходов воды.

Результаты опытов представлены в таблице.

В другой серии опытов сохранялось конечное солесодержание 3,2 г/л, а изменялся объем раствора, подвергаемый обессоливанию, пропускаемый в течение 5 часов.

Аналогично примеру 3, только отличается тем, что производительность аппарата по обессоленному раствору составила 52 л/ч и увеличилась в сравнении с прототипом на 73,33%. Объем пропущенного раствора составил 260 л.

Аналогично примеру 4, только отличается тем, что объем пропущенного раствора составил 240 л, а производительность аппарата по обессоленному раствору составила 48 л/ч и увеличилась в сравнении с прототипом на 60,0%.

Аналогично примеру 5, только отличается тем, что производительность аппарата по обессоленному раствору составила 50,5 л/ч и увеличилась в сравнении с прототипом на 68,33°. Объем пропущенного раствора 253 л.

Аналогично примеру 6, только отличается тем, что производительность аппарата по обессоленному раствору составила 53 л/ч и увеличилась в сравнении с прототипом на 76,66%. Объем пропущенного раствора 265 л.

Из приведенных данных следует, что при проведении процесса обессоливания при высоких плотностях тока с использованием двух пар электродов степень обессоливания одинаковых объемов воды возрастает с 88,57 до 97,68 - 98,21%. При сохранении в опытах одинакового конечного солесодержания - 3,2 г/л - при осуществлении предложенного способа производительность процесса увеличивается на 60,0 - 76,66%.

1. Способ обессоливания воды в электродиализаторе с чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами, образующими камеры концентрирования и обессоливания, с периодическим изменением направления движения электрического тока и одновременным с ним переключением потоков камер обессоливания и концентрирования, отличающийся тем, что в процессе обессоливания используют две пары электродов, работающих попеременно для изменения направления движения электрического тока, причем анод одной пары и катод другой пары находятся по одну сторону фильтр-прессного пакета, аноды выполнены из пленкообразующего металла с покрытием из оксидов металлов, а катоды - из некорродирующего металла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе обессоливания используют анод, выполненный из титана.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе обессоливания используют анод, выполненный из тантала.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве покрытия анодов используют оксид рутения.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве покрытия анодов используют оксид кобальта.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве покрытия анодов используют диоксид марганца.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе обессоливания используют катод, выполненный из нержавеющей стали.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе обессоливания используют катод, выполненный из меди.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что электроды обеих пар выполнены из одинаковых материалов.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что электроды обеих пар выполнены из разных материалов.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что аноды выполнены из одинаковых пленкообразующих металлов.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что аноды выполнены из разных пленкообразующих металлов.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрытие анодов выполнено из одинаковых оксидов металлов.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрытие анодов выполнено из разных оксидов металлов.

Самодельный прибор для получения живой и мертвой воды

В статье дается краткое описание свойств и способов применения активированной воды. Приведено описание устройства двух приборов для ее приготовления.

Легенды и сказки о живой воде

Целебные свойства живой и мертвой воды известны очень давно. Еще в русских народных сказках погибшего героя-богатыря воскрешали при помощи мертвой и живой воды. О живой воде упоминается во многих литературных источниках.

Еще в рукописях Древней Руси XIV в. упоминается, что Александр Македонский во время своего исторического похода на край света вдоль Траверса (горная цепь Кавказ, Памир, Тянь - Шань) обнаружил источник с живой водой. Царь приказал налить кувшин этой воды и заставил своего воина ее охранять: он надеялся, что в случае гибели эта вода его оживит. Но дочь Александра, Панорея, соблазнила юношу-охранника, заколола его ножом, выпила немного воды из кувшина, а остальную вылила на себя. После этого она стала бессмертной и невидимой.

Сохранились исторические сведения, что эликсир бессмертия пытались найти многие китайские императоры, Римские Папы и другие правители и сильные мира сего. Для поиска эликсира бессмертия организовывались целые экспедиции.

Экспедицию по поиску живой воды, о которой узнали от местных жителей – индейских народов, в XVI в. организовали испанские завоеватели. Искали они ее на островах Атлантического океана и Карибского моря, но им удалось найти лишь несколько целебных источников и открыть острова Антильского архипелага.

Уже при Петре I в России поиском живой воды – эликсира бессмертия занимался один из сподвижников царя генерал – фельдмаршал Яков Велимович Брюс (1670-1735). После смерти Брюса, согласно завещанию, его тело должны были окропить живой водой. Но получилось так, что при открытии волшебного пузырька, слуга всю воду просто вылил на пол. Лишь малая толика попала на руку Брюса. Могила Брюса была вскрыта для перезахоронения в двадцатых годах XX в. – одна его рука осталась нетленной.

Все эти легенды и сказки говорят о том, что нашим предкам было известно о существовании живой и мертвой воды. Самая обычная вода до сих пор не изучена до конца, современная наука до сих пор многого о ней не знает.

Физико–химические свойства воды весьма многочисленны, поэтому она может оказывать самые разнообразные воздействия на растительный и физический мир: в одних случаях она приносит жизненную энергию растениям и организмам, а в других отбирает. В определенных условиях вода может обладать целительными свойствами, не замерзать при очень низких температурах, и даже светиться в темноте.

В средней Азии, например, отмечено, что урожай хлопчатника, поливаемого водой из подземного источника, выше на 30%, чем при поливе водой из арыка. Такое происходит оттого, что на открытом воздухе вода интенсивно отдает жизненную энергию просто в окружающее пространство. Причиной тому ветер, солнце и многое другое. Поэтому вода с гор доставлялась на поля через подземные тоннели – кяризы. Таким образом, в одних источниках содержится вода живая, а в других мертвая.

Живая вода содержится в горных реках, водопадах, это дождевая вода, особенно во время грозы, разумеется, если дождь не кислотный. Также живой водой является вода от таяния ледников. Все эти воды ведут человека к долголетию и полезны для здоровья.

Живая и мертвая вода для лечения

Чтобы получить живую и мертвую воду вовсе не обязательно искать ее природные источники – горные реки или болота. Такая вода сейчас с успехом может быть получена с помощью электролиза обычной воды даже в домашних условиях. Часто такую воду называют активированной водой.

Исследованиями свойств живой и мертвой воды еще в 80-е годы прошлого века занимались ведущие медицинские учреждения СССР. Но исследования в этой области проводились, как и многие другие, в обстановке секретности и большая часть результатов на афишировалась и для широких кругов публики была недоступна. Но, как гласит народная мудрость, шила в мешке не утаишь, поэтому тайна достигла заинтересованных людей, - о ней узнали врачи и народные целители.

Наверно, в этом плане больше помогли работы зарубежных исследователей, ведь там у них подобные разработки велись открыто, и даже в условиях железного занавеса их результаты были доступны в СССР. Эти разработки попросту опубликовывались в прессе.

Современной наукой доказано, что живая вода, также называемая католитом, в процессе электролиза получает отрицательный потенциал. От такого превращения она обладает весьма высокими регенерирующими и иммуностимулирующими свойствами, которые дают ей возможность успешно применяться при лечении многих заболеваний. Даже Фармакологический Комитет СССР подтвердил уникальные свойства живой и мертвой воды, ее абсолютную безвредность, как при наружном, так и внутреннем применении и возможность применения при лечении множества болезней.

Мертвую воду, полученную в процессе электролиза также называют анолитом, ведь она скапливается около положительного электрода – анода. Свойства мертвой воды известны достаточно давно, - именно благодаря ее антибактериальным свойствам сотням людей удалось спастись от пролежней и гниющих ран.

Получение живой и мертвой воды

Активированная вода получается с помощью электролиза обычной водопроводной воды. С точки зрения химии живая вода обладает щелочными свойствами, которые оказывают заживляющее действие, а мертвая вода имеет свойства кислотные, поэтому у нее налицо дезинфицирующие свойства. Проходя через обычную воду, электрический ток меняет ее внутреннюю структуру и способствует стиранию вредной экологической информации.

После обработки электричеством вода разделяется на две фракции, которые обладают целебными свойствами. При лечении болезни живую и мертвую воду принимают в различных сочетаниях. Для разных болезней эти сочетания различны, достаточно хорошо изучены, в Интернете имеется множество статей и таблиц о лечении активированной водой.

Первые опыты применения активированной воды

Автором прибора для приготовления живой и мертвой воды у нас в отечестве считается Н.М. Кратов. История создания прибора такова. В 1981 году Н.М. Кратов находился на излечении в больнице по поводу аденомы предстательной железы и воспаления почек. После более чем месяца лечения врачи предложили операцию аденомы. От такого предложения он отказался, поэтому был просто выписан.

Как раз в это время на руке у сына была рана, не заживающая более полугода. Испытания свойств активированной воды были проведены на ней и превзошли все ожидания: рана зажила уже на второй день.

Окрыленный успехом автор начал сам принимать живую воду по полстакана в день три раза перед едой, и вскоре почувствовал бодрость. Вместе с аденомой через неделю прошли опухоль ног и радикулит.

Чтобы убедиться в эффективности своего лечения Н.М. Кратов обратился в поликлинику, и проведенные анализы показали, что болезни его полностью оставили. Вдобавок ко всему пришло в норму кровяное давление.

Со временем к Н.М. Кратову стали обращаться за помощью люди. При лечении живой и мертвой водой всего за два дня прошел ожог третьей степени на руке у соседки, полученный кипятком.

В течение целых шести месяцев гноилась десна у соседского мальчика, образовался нарыв в горле, а желаемого результата традиционные медикаментозные средства не давали. По совету автора прибора горло и десну полоскали 6 раз в день мертвой водой (дезинфицировали), после чего принимали внутрь по стакану живой воды. В результате всего лишь за 3 дня пришло полное выздоровление.

Методы лечения активированной водой

Кроме Кратова исследованиями свойств активированной воды занимался Г.Д. Лысенко и еще многие авторы. Благодаря их стараниям стало известно, что с помощью живой и мертвой воды возможно излечение почти от 50-ти заболеваний, начиная от ангины и заканчивая язвой двенадцати - перстной кишки и желудка. В этот список входят также такие распространенные болезни, как грипп, простуда, насморк, ожоги, радикулит, повышенное кровяное давление и многие другие. Все это достаточно легко найти в Интернете, там же указаны и способы лечения.

Аппарат живой и мертвой воды своими руками

Аппараты для производства живой и мертвой воды сейчас нетрудно найти в продаже, во всяком случае, в Интернете такой рекламы полно. Но, если такой прибор купить и посмотреть на его устройство, то можно заметить, что цена, отданная за столь простой прибор, достаточно велика. Проще было бы изготовить его своими руками, тем более, что для этого понадобится совсем немного материалов, времени, а умения нашим мастерам – самодельщикам не занимать. Схема прибора для получения активизированной воды показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема прибора для получения живой и мертвой воды.

На этой схеме видно, что весь прибор состоит из двух металлических электродов, помещенных о обычную стеклянную банку. Электроды с помощью винтов и гаек крепятся на крышке банки. Один из электродов подключен напрямую, это будет катод, а другой подключен через диод.

При указанной на рисунке полярности подключения левый электрод является анодом.

На положительном электроде будет выделяться мертвая вода – анолит, поэтому для ее сбора на аноде укреплен мешочек из плотной ткани. Ткань должна быть достаточно плотной, но тонкой, очень подходит для этих целей брезент от противогазных сумок или бязь. Критерием для выбора ткани можно считать прохождение через нее воздуха. Для этой цели достаточно ткань приложить ко рту и попробовать продуть сквозь нее воздух: сопротивление ткани должно быть достаточно заметно.

Главными деталями устройства являются электроды, размеры которых показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Электроды.

Длина электродов на рисунке указана 100 мм. Это справедливо, если будет применяться поллитровая банка. В принципе объем банки можно увеличить до трех литров, тогда просто потребуется удлинить электроды, но так, чтобы они не касались дна банки не менее чем на 5 - 10 мм.

На рисунке видно, что на электроде имеется П-образный пропил. Такой пропил необходим лишь на положительном электроде – аноде для того, чтобы на нем можно было повесить матерчатый мешочек для сбора мертвой воды. На другом электроде такой пропил делать не потребуется.

Электроды крепятся к банке при помощи обычной капроновой крышки как показано на рисунке 1. Известно, что такие крышки механической прочностью не отличаются, поэтому чтобы поведение электродов не было непредсказуемым, следует их укрепить на крышке через уплотняющую изолирующую прокладку. Ее можно выполнить из стеклотекстолита конечно же, без фольги, текстолита или любой другой пластмассы. Конструкция прокладки показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Изолирующая прокладка.

На рисунке 4 показано, как эта прокладка устанавливается на капроновую крышку банки. Показаны отверстия для крепления электродов и отверстие для выхода газов.

На рисунке 5 показано крепление электродов и прокладки к крышке.

Рисунок 5. Крепление электродов.

Если использовать диод с резьбовым креплением, то его резьба будет крепить положительный электрод. Принципиально ничего не мешает вместо одного диода использовать выпрямительный мостик. В этом случае просто возрастет в 4 раза мощность устройства и соответственно ускорится процесс приготовления, что при систематическом использовании устройства немаловажно.

Приготовление активированной воды

Приготовление живой воды достаточно просто. Просто надо в матерчатый мешочек залить воды, укрепить его на положительном электроде, и после этого вставить в банку залитую водой. Вода в банке не должна доходить до краев и быть чуть ниже верхнего края матерчатого мешочка. Более точно уровень заливки воды в банку устанавливается опытным путем.

Приготовление живой воды занимает не более 5 - 10 минут. После этого надо вынуть электроды из банки и очень аккуратно, чтобы не смешать полученные фракции, вылить в отдельную посуду мертвую воду из матерчатого мешочка.

Кроме уже описанной конструкции можно рекомендовать для изготовления конструкцию прибора без матерчатого мешка. В этом случае потребуется две отдельных емкости, только без горлышка, как у банок, а с прямыми отвесными краями. Конструкция электродов остается без изменений, только устанавливать их придется отдельно на каждую емкость.

Для того, чтобы обеспечить электрический контакт между этими банками их следует соединить ватным жгутом, замотанным в марлю. При этом жгут следует предварительно смочить водой. Такой жгут соединит банки электрически и обеспечит путь для прохождения ионов между банками. Таким образом в одной банке будет скапливаться живая вода, а в другой мертвая. Поэтому после окончания процесса достаточно просто выключить установку из сети и получить католит и анолит просто из разных банок, причем одинаковой емкости.

Всю конструкцию, как эту, так и предыдущую можно включить в сеть не напрямую, а через лампочку мощностью около 15 Вт. Такие применяются в холодильниках и швейных машинах. В случае короткого замыкания электродов она выполнит роль предохранителя, а в случае нормальной работы – индикатора: в начале процесса лампа будет светить ярко, ближе к окончанию яркость значительно упадет, после чего лампа совсем погаснет. Это является сигналом о готовности активированной воды.

В процессе приготовления воды на электродах и на самой банке будет образовываться накипь, удалить которую будет можно раствором лимонной или соляной кислоты. После этого банку следует тщательно промыть.

Не следует заливать в прибор воду сразу из-под крана. Лучше, если дать воде отстояться не менее 5 - 6 часов, чтобы из нее вышел хлор, иначе может получиться соляная кислота. Совсем хорошо, если водопроводную воду профильтровать через любой бытовой фильтр и вскипятить.

Читайте также:

  
• Красота своими руками вязание
  
• Клуб здоровья своими руками
  
• Ремонт шиферной крыши своими руками битумной мастикой
  
• Королевский караван как сделать
  
• Как сделать чтобы кекс не засох