Описание реактора

Известны сотни компаний в России и за рубежом, которые производят и продают электрохимические устройства, имеющие различные торговые и собирательные обозначения. Однако анализ достижений многих компаний, которые позиционируют себя как производители современного электрохимического оборудования для обработки воды, показывает, что представления людей о технике и технологии получения активированных растворов не очень сильно изменились со времен памятных публикаций в популярных журналах 70-х – 80-х годов: «Изобретатель и рационализатор», «Техника – молодежи», «Знание – сила», «Химия и жизнь» и других.

Наилучших результатов в применении электрохимического оборудования для обработки воды можно достичь при рациональной конструкции электрохимического реактора и оптимальной технологии получения активированной воды.

Установки GenIon для получения воды с антиоксидантными свойствами кардинально отличаются от известных систем обработки воды электролизом. В их основе лежит использование особого диафрагменного реактора с коаксиальным расположением электродов и разделенными во времени и пространстве стадиями анодной и катодной обработки воды цилиндрической конструкции реактора в отличие от Японских и Корейских аналогов, где применяется плоский реактор.

Конструкция реактора установки GenIon представлена на рис. 1.

Питьевая вода

Рис. 1. Схема обработки воды в диафрагменном электрохимическом реакторе в установках GenIon

Электрическое сопротивление реактора в установках GenIon, при работе на пресной воде, позволяет обеспечить протекание тока значительной плотности через разделительную керамическую диафрагму при сравнительно малом напряжении. Поток пресной воды в длинных узких трубчатых зазорах между электродом и керамической ультрафильтрационной диафрагмой в нем подчиняется законам гидравлики только при отсутствии тока. При протекании электрического тока, характер потока изменяется и при определенном сочетании скорости потока и плотности электрического тока переходит в режим самоорганизации, который характеризуется резким усилением энерго- и массопереноса. Цилиндрическая конструкция реактора с оптимальными зазорами между электродами обеспечивает наименьшее электрическое сопротивление электрохимической системы и наибольший возможный контакт микрообъемов воды с поверхностью электродов в единицу времени, т.е. вся вода, находящаяся в реакторе, практически мгновенно подвергается обработке.

В отличие от Японских аналогов с плоским пластинчатым реактором  в аппарате GenIon объемы воды в электродных камерах, не смешиваются в реакторе благодаря наличию ультрафильтрационной керамической диафрагмы (это важное отличие от зарубежных аналогов), что позволяет в одном и том же потоке воды разделить процессы окисления и восстановления во времени и пространстве и направленно подвергнуть воду либо только окислительному, либо только восстановительному электрохимическому воздействию. Коаксиальное расположение электродов (коаксиальное - расположение электродов с совпадающими осями вращения), обеспечивает условия, когда малая геометрическая поверхность анода в сравнении с большой геометрической поверхностью катода формирует радиальное распределение силовых линий электрического поля, сгущающихся к центру и обеспечивающих ускоренный подвод исходных веществ к поверхности анода на расстояние действия электрического поля диффузной части ДЭС (двойной электрический слой), т.е. 10^-5...10 ^-4 сантиметра, а также ускоренный отвод продуктов электрохимических реакций из области действия диффузной части ДЭС в объем раствора. Гладкая поверхность катода обеспечивает образование мелких пузырьков водорода.

Керамическая диафрагма сделана таким образом, что обладает высокой электроосмотической активностью и имеет различную степень микронеровностей на поверхностях, обращенных к катоду и аноду.

Электроосмотическая активность диафрагмы проявляется возможностью создать в камере ячейки, заполненной пресной питьевой водой, перепад давления за счет электрического поля, что облегчает управление электромиграционным переносом ионов из анодной камеры в катодную. В условиях дефицита «свободных» молекул воды в области пространственного заряда происходит преимущественный электромиграционный перенос катионов металлов, обладающих, в отличие от ионов гидроксония, более объемными гидратными оболочками, который значительно ускоряется за счет электроосмотического переноса воды из анодной камеры в катодную.

В отличие от зарубежных аналогов диафрагма применяемая в реакторах аппаратов GenIon изготавливается по такой технологии и имеет такой химический состав материала, что ее физико-химические свойства обеспечивают сорбирование высокозаряженных метастабильных частиц, поступающих в процессе электролиза. Они не проникают вглубь, так как энергия взаимодействия с гетерогенной гидрофильной поверхностью материала диафрагмы выше энергии активации электромиграционного переноса, и потому не подвергаются взаимной нейтрализации. В связи с этим реактор возможно использовать как электрохимическую ячейку с ионоселективной электроосмотически активной диафрагмой, обеспечивая избирательный перенос ионов через диафрагму. При этом величина и направление переноса определяется силой (плотностью) тока, напряженностью электрического поля в диафрагме и минерализацией воды по обе ее стороны. Электрическое сопротивление диафрагмы при полностью сформированных адсорбционных слоях на ее внутренней и внешней поверхностях меньше, чем сопротивление электролита, заполняющего поры, а подвижность ионов в порах выше, чем подвижность ионов в чистом растворе.

Суммарное влияние вышеназванных факторов обеспечивает повышенную эффективность таких электрохимических реакторов, которая намного превосходит, по главным показателям, конструкции с плоскими электродами, межэлектродные пространства которых разделены пористой перегородкой или вообще без использования пористых перегородок.

Идеально чистой воды в природе не существует. Дистиллированная вода может содержать до 5 мг/л растворенных солей бидистиллированная - до 1 мг/л. Минерализация обычной питьевой воды может достигать 1 г/л. Наиболее распространенными компонентами в питьевой воде являются ионы хлора Сl- и натрия Na+ далее следуют ионы сульфатный SО42-, гидрокарбонатный НСОЗ-, карбонатный СО32-, кальция Са2+, магния Mg2+, нитратный NО3- ’, железа Fe3+ и других веществ. Кроме того, в воде, как правило, растворены газы: кислород 02 , водород Н2, азот N2и др.

Если через воду протекает постоянный электрический ток, то поступление электронов в воду у катода, так же как и удаление электронов из воды у анода, сопровождается целой серией электрохимических реакций на поверхности катода и анода, в результате которых образуются новые вещества, изменяется вся система межмолекулярных взаимодействий, в том числе и структура воды как растворителя.

В таблице 1 приведены некоторые из возможных электрохимических реакций при обработке питьевой воды в диафрагменном электрохимическом реакторе с электродами, которые обмениваются с водой только электронами, т.е. с нерасходуемыми электродами, обладающими электрокаталитическими свойствами

Некоторые химические реакции, возможные при электрохимической обработке питьевой воды

Таблица 1