Содержание к диссертации
Введение
1. Современные аспекты подготовки и контроля качества воды в бассейнах 10
1.1. Водоподготовка бассейнов различного назначения 10
1.2. Обеззараживание вод культурно-бытового назначения 13
1.3. Химические методы обработки воды 14
1.3.1. Хлорирование 14
1.3.1.1. Электрохимические устройства для получения свободного хлора 18
1.3.1.2. Применение гипохлорита натрия в бассейнах 22
1.3.2. Озонирование 22
1.3.2.1. Устройства для получения озона 25
1.3.2.2. Реакции озона с загрязнениями в бассейнах 27
1.3.3. Комбинированное окисление 36
1.4. Количественная оценка содержания окислителей в воде 36
1.4.1. Электрохимические устройства для контроля свободного хлора вводе 38
1.4.2. Электрохимические методы контроля озона воде 41
1.5. Количественная оценка содержания органических соединений в воде 44
1.5.1. Применение электрохимических методов для количественной оценки содержания органики в воде 50
2. Объект и методы исследования 56
2.1. Объект исследования 56
2.2. Методы исследования состава водной среды 59
2.2.1. Иодометрическии метод определения содержания суммарного остаточного активного хлора 59
2.2.2. Метод определения свободного остаточного хлора титрованием метиловым оранжевым
2.2.3. Метод определения содержания остаточного озона 61
2.2.4. Кондуктометрические измерения 62
2.2.5. Спектрофотометрический метод анализа 62
2.2.6. Определение ХПК 64
2.3. Отбор проб и измерения 67
2.4. Методика получения тонкопленочных электродов 67
2.5. Методика исследования работы проточных электрохимических датчиков 69
3. Разработка электрохимических устройств для контроля и поддержания качества воды бас сейна с морской водой 74
3.1. Комбинированный электрохимический датчик свободного хлора 74
3.2. Разработка проточного электрохимического датчика для оценки уровня загрязнения азотистыми веществами воды бассейна для содержания морских животных 82
3.2.1. Адсорбционные измерения на поверхности платинового электрода 82
3.2.2. Контроль содержания органики в диализирующем растворе 94
3.2.3. Контроль содержания азотистых соединений в бассейне с морской водой 96
3.3. Разработка проточного генератора гипохлорита натрия 103
3.3.1. Получение гипохлорита натрия на месте его применения 103
3.3.2. Использование в электрохимических устройствах тонкопленочных Pt-Ti электродов 106
3.3.3. Электрохимические процессы, протекающие в проточном генераторе гипохлорита натрия (ПГГН) 108
3.3.4. Расчет и конструкция ПГГН ПО
4. Расчет основных параметров очистки воды бассейна с использованием озоноконтактной колонны
4.1. Время прохождения всей воды из бассейна через озоноконтакт-ную колонну 118
4.2. Основные технологические параметры озоноконтактной колонны 122
4.2.1. Вычисление объема газа в колонне 126
4.2.2. Движение пузырьков в колонне с неподвижной водой 129
4.2.3. Коэффициент взаимодействия 130
4.2.4. Определение необходимого газового потока 131
5. Повышение эффективности процесса очистки воды бассейна с помощью разработанных электрохимических устройств 132
5.1. Водоподготовка бассейна с соленой водой павильона «Ластоногие» Московского зоопарка 132
5.2. Определение оптимальных эксплуатационных параметров существующего оборудования 134
5.3. Экспериментальная установка с озоноконтактной колонной 134
5.4. Внедрение разработанных электрохимических устройств в существующую технологическую схему очистки воды 138
5.4.1. Автоматизированная система контроля с амперометрическим датчиком свободного хлора 138
5.4.2. Автоматизированная система контроля азотистых соединений 142
5.4.3. Повышение эффективности процесса очистки воды с помощью разработанных электрохимических устройств 142
Основные результаты и выводы 148
Список использованных источников
- Химические методы обработки воды
- Иодометрическии метод определения содержания суммарного остаточного активного хлора
- Разработка проточного электрохимического датчика для оценки уровня загрязнения азотистыми веществами воды бассейна для содержания морских животных
- Основные технологические параметры озоноконтактной колонны
Введение к работе
Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки и внедрения в практику новых электрохимических устройств для повышения эффективности контроля и управления процессом очистки водных технологических сред, в частности, воды бассейнов для содержания морских животных
Сегодня практически в каждом мегаполисе существуют бассейны для обитания морских животных (океанариумы, дельфинарии) Такие бассейны изначально используют воду из муниципальных систем водоподготовки, в которую добавляются минеральные соли в пропорциях близких к составу морской воды (минерализация 9 15 г/л) Системы очистки и контроля состава воды в таких бассейнах призваны обеспечить условия комфортного обитания животных, для которых объем воды, ограниченный ванной бассейна, является средой обитания Основными загрязнениями в таких бассейнах являются продукты жизнедеятельности животных Если бассейн - открытый, то на качество воды влияют также перепад температур, осадки, солнечная радиация Кроме того, существуют требования зрелищности, согласно которым вода должен быть не только комфортной для животных, но и прозрачной
Данная работа выполнена на кафедре Химии и электрохимической энергетики МЭИ (ТУ) при содействии ГУК «Московский зоопарк» В Московском зоопарке в настоящее время для очистки и дезинфекции воды в бассейне с соленой водой павильона «Ластоногие» применяется комплексная технология очистки с использованием свободного хлора и озона Для поддержания необходимого уровня обеззараживания воды и связывания в хлорамины азотистых продуктов жизнедеятельности животных (мочевина, креатинин, аминокислоты и др ) используется дозирование в воду іипохлорита натрия (свободного хлора), а для разложения хлораминов используется обработка воды озоном в озоноконтактой колонне с последующей фильтрацией на угольных и песчаногравийных фильтрах Особенность технологии очистки с применением озона заключаются в том, что озон практически не взаимодействует с растворенными в воде азотистыми продуктами вследствие малых значений констант скорости этих реакций Однако скорости значительно возрастают при реакции озона с хлораминами Таким образом, удается очистить воду от азотистых продуктов жизнедеятельности животных, придать ей прозрачность и повысить окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) воды При этом используются индивидуальные положительные свойства применяемых окислителей озона, как очень сильного, но бысгроразлагающегося окислителя, и свободного хлора, способного связывать азотистые токсины и проявляющего свойства обеззараживающего агента с пролонгирующим эффектом воздействия
Ддя повышения эффективности такой технологии очистки воды актуальной является разработка новых электрохимических устройств, которые обеспечивают технологический мониторинг состояния качества воды в
бассейне, позволяют управлять процессом очистки, а также получать обеззараживающий агент (гипохлорит натрия) путем электрохимической обработки соленой воды бассейна
Целью работы является разработка электрохимических устройств для контроля состава воды в реальном времени (технологический мониторинг) и повышения эффективности процессов очистки воды бассейнов для содержания морских животных
Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи
1 Обосновать возможность применения в качестве электродного
материала амперометрического датчика для измерения свободного хлора
тонкопленочных платино-титановых электродов (Pt-Ti ТПЭ)
2 Обосновать возможность использования информационного сигнала
проточного электрохимического датчика мочевины для оценки в реальном
времени уровня загрязнений азотсодержащими токсинами бассейна с соленой
водой и для управления процессом очистки воды в озоноконтактной установке
3 Разработать проточный электрохимический генератор, позволяющий за
счет электрохимической обработки соленой воды получать гипохлорит натрия
на месте его потребления и отказаться от привозного гипохлорита натрия для
использования в технологии очистки соленой воды бассейна
4 Показать эффективность применения разработанных
электрохимических устройств на существующей схеме водоподготовки
Научная новизна работы
1 Исследована работа ГП Pt-Ti катода проточного электрохимического
датчика свободного хлора в качестве альтернативы Pt электроду Установлено,
что использование ТП Pt-Ti катода позволяет увеличить площадь
индикаторного электрода для повышения чувствительности датчика,
одновременно снизив его стоимость
Впервые предложено использовать проточный электрохимический датчик мочевины, принцип действия которого основан на измерении адсорбционных характеристик на поверхности платинового индикаторного электрода в условиях анодно-катодного циклирования потенциала, для оценки в реальном времени уровня загрязнения азотистыми соединениями соленой воды бассейна для содержания морских животных
Исследована возможность использования сигнала от разработанного датчика для управления производительностью озонаторной установки
Достоверность обеспечивается экспериментальными данными, полученными с использованием апробированных методик, современного оборудования и средств измерения
Практическая значимость работы
Разработанный проточный амперометрический датчик свободного хлора прошел трехлетнюю летнюю апробацию в реальных условиях эксплуатации и может быть рекомендован для использования в технологических схемах любых бассейнов, использующих в качестве дезинфектанта хлорсодержащие реагенты
Проточный датчик азотистых соединений может применяться в
технологических схемах водоподготовки бассейнов с соленой водой для получения дополнительного показателя качества воды - уровня загрязнения азотистыми соединениями
Разработанный проточный генератор гипохлорита натрия может быть рекомендован для работы в технологических схемах, предусматривающих обеззараживание минерализованной воды за счет ее электрохимической обработки
Основные положения, выносимые на защиту:
материалы индикаторных электродов и конструкция электрохимического датчика для определения содержания свободного хлора в потоке воды,
обоснование возможности использования информационного сигнала проточного электрохимического датчика мочевины, основанного на эффекте ингибирования токов выделения кислорода на платиновом электроде в условиях анодно-катодної о циклирования его потенциала, для оценки в реальном времени уровня загрязнения азотсодержащими токсинами воды бассейна для содержания морских животных и использование датчика для управления процессом очистки воды в озоноконтактной установке,
обоснование возможности использования проточного генератора гипохлорита натрия с Pt-Ti ТПЭ для получения гипохлорита натрия путем электрохимической обработки соченой воды непосредственно на месте его потребления
Апробация работы
Все разработанные электрохимические устройства апробированы в реальных условиях бассейна с соленой водой для содержания морских животных павильона «Ластоногие» ГУК «Московский зоопарк»
В настоящее время проточный электрохимический датчик для измерения свободного хлора внедрен на постоянной основе в технологической схеме водоподготовки павильонов «Ластоногие» и «Слоновник» Московского зоопарка и в технологической схеме водоподготовки бассейна детской поликлиники больницы им Н Ф Филатова (г Москва, Зоологическая ул , д 15)
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 7-м
Международном конгрессе «Вода экология и технология» ЭКВАТЕК-2006
(Москва 30 мая - 2 июня, 2006), на 11 и 12 Международных научно-
технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника,
электротехника и энергетика» (Москва, 2005-2006 гг), на Международных
практических конференциях «Агроэкологические проблемы
сельскохозяйственного производства» (г Пенза, 2005г), на Международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии» (г Москва 17-19 октября 2006 г)
Публикации
По теме диссертации опубликовано 3 научных статьи и 4 тезиса докладов на конференциях
Структура и объем работы. Основная часть работы изложена на 161
странице машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов по работе, списка литераторы из 114 наименований и приложений
Химические методы обработки воды
Учитывая опасность микробиологического загрязнения поверхностных источников воды, как питьевого, так и культурно-бытового назначения, перед подачей потребителю она подвергается обязательной дезинфекции.
По современным представлениям существует ряд критериев, по которым оценивается приемлемость того или иного метода обеззараживания. Приемлемость определяется достижением необходимой степени уничтожения общего числа бактерий и патогенной микрофлоры, минимальным влиянием физико-химического состава воды на эффективность обеззараживания. При этом применяемый метод обеззараживания не должен приводить к возникновению вредных побочных продуктов в концентрациях выше ПДК. В то же время, он должен органично вписываться в общую технологическую схему очистки воды и быть приемлемым с технологической и экономической точек зрения. Все существующие в настоящее время методы обеззараживания вод можно разделить на реагентные и безреагентные.
К реагентным (химическим) методам относится обработка воды галогенсодержащими веществами - хлором (жидким, или газообразным), хлорной известью, хлораминами, йодом, фтором, бромом, озоном, тяжелыми металлами.
Безреагентные методы обеззараживания осуществляются путем обработки воды ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком, термообработкой, электролизом, фильтрованием.
Далее в работе более подробно будут рассмотрены наиболее популярные химические методы обработки воды.
В настоящее время доступно довольно много способов хлорирования воды: введение газообразного хлора, хлораммонизация, введение диоксида хлора и, получивший в последнее время широкое распространение, метод введения в воду гипохлорита натрия или кальция. Также в бассейновой практике широко используются хлорпроизводные изоциануровой кислоты -хлор-изоцианураты (натриевая соль дихлоризоциануровои кислоты трихлоризоциануровая кислота).
Хлорирование воды газообразным хлором достаточно распространено на сегодняшний день [7]. Газообразный хлор, растворяясь в воде, быстро гидролизуется с образованием хлорноватистой кислоты, которая подвергается частичной диссоциации:
Три формы хлора, существующие в растворе: молекулярный хлор, хлорноватистая кислота, гипохлорит-ион, - представляют собой свободный активный хлор, но только две первые формы обладают сильным бактерицидным действием. При сравнении бактерицидного эффекта хлорноватистой кислоты и гипохлорит-иона важнейшим параметром оказывается их диффузионная способность [7]. Высокую проникающую способность хлорноватистой кислоты объясняют ее электронейтральностью и малым размером молекулы, по сравнению с заряженным гипохлорит-ионом. Все формы активного хлора способны проявлять также окислительные свойства.
Газообразный хлор (это ядовитый газ, поставляемый в сжатом виде в специальных баллонах), хоть и является очень эффективным дезинфектантом, но из-за высокой опасности при транспортировке и обращении с ним, а также сложностей в организации точного дозирования препарата в воду бассейна, всё реже и реже применяется в бассейновой практике в настоящее время.
Метод хлораммонизации появился в результате поиска технологий, позволяющих снизить содержание в воде тригалометанов. Было установлено, что хлорамин является эффективным дезинфектантом, при использовании которого тригалометаны не образуются [8].
Хлорамины называют связанным активным хлором. Они обладают бактерицидными свойствами, но более слабыми, чем хлорноватистая кислота. Реакции, протекающие при хлорировании с аммонизациеи, описываются уравнениями:
Иодометрическии метод определения содержания суммарного остаточного активного хлора
Метод [50] основан на окислении йодида активным хлором до йода, который титруют тиосульфатом натрия. Озон, нитриты, окись железа и другие соединения в кислом растворе выделяют йод из йодистого калия, поэтому пробы воды подкисляют буферным раствором с рН 4,5.
Иодометрический метод предназначен для анализа воды с содержанием активного хлора более 0,3 мг/л при объеме пробы 250 мл. Метод может быть рекомендован также для окрашенных и мутных вод.
В коническую колбу насыпают 0,5 г йодистого калия, растворяют его в 1...2 мл дистиллированной воды, затем добавляют буферный раствор в количестве, приблизительно равном полуторной величине щелочности анализируемой воды, после чего добавляют 250...500 мл анализируемой воды. Выделившийся йод оттитровывают 0,005 н раствором тиосульфата натрия из микробюретки до появления светло-желтой окраски, после чего прибавляют 1 мл 0,5%-ного раствора крахмала и раствор титруют до исчезновения синей окраски. При определении щелочности воду предварительно дехлорируют с помощью тиосульфата натрия в отдельной пробе.
При концентрации активного хлора менее 0,3 мг отбирают для титрования большие объемы воды. Содержание суммарного остаточного хлора (X), мг/л вычисляют по формуле: где v - количество 0,005 н раствора тиосульфата натрия, израсходованное на титрование, мл; К - поправочный коэффициент нормальности раствора тиосульфата натрия; 0,177 - содержание активного хлора, соответствующее 1 мл; 0,005 н раствора тиосульфата натрия; V - объем пробы воды, взятой для анализа, мл.
Метод [50] основан на окислении свободным хлором метилового оранжевого, в отличие от хлоралинов, окислительный потенциал которых недостаточен для разрушения метилового оранжевого. 100 мл анализируемой воды помещают в фарфоровую чашку, добавляют 2...3 капли 5 н раствора соляной кислоты и, помешивая, быстро титруют раствором метилового оранжевого до появления неисчезающеи розовой окраски. Содержание свободного остаточного хлора (X]), мг/л, вычисляют по формуле х_ 0,04 +(у-0,0217)-1000 (22) V где v - количество 0,005%-ного раствора метилового оранжевого, израсходованное на титрование, мл; 0,0217 — титр раствора метилового оранжевого; 0,04 — эмпирический коэффициент; V — объем воды, взятый для анализа, мл.
По разности между содержанием суммарного остаточного хлора, определенного йодометрическим методом, и содержанием свободного остаточного хлора, определенного методом титрования метилоранжевым, находят содержание хлораминового хлора (Хг): Х-Х,=Х2. (2.3)
Определение основано на окислении озоном йодида до йода, который титруют раствором серноватистокислого натрия. Чувствительность метода 0,05 мг/л 03 [84].
В коническую колбу с притертой пробкой вносят 10 мл 2,0%-ного раствора йодистого калия, 20 мл 1,0 н раствора серной кислоты и 200...250 мл исследуемой воды. Пользуясь микробюреткой, титруют 0,005 н раствором серноватистокислого натрия до соломенно-желтой окраски раствора, прибавляют 2 мл крахмала, и продолжают титровать до исчезновения синей окраски.
При содержании нитритов, железа или других соединений, способных выделить йод из йодистого калия, вносят следующие изменения в методику определения содержания озона.
Из исследуемой воды, объемом 800 мл, отобранной в литровую промывалку для газа, вытесняют озон воздухом или азотом, пропуская его через пористую пластинку со скоростью 0,1...0,2 л/мин, в течение не менее 5 мин. Вытесняемый озон поглощается во второй промывалке, содержащей 400 мл раствора йодистого калия и соединенной с первой при помощи стеклянных или коротких пластмассовых трубок (резиновые трубки не следует применять).
После окончания вытеснения озона, содержимое второй промывалки переносят в колбу, добавляют 20 мл 1,0 н раствора серной кислоты (рН около 2,0) и титруют раствором серноватистокислого натрия, как было описано выше. Параллельно с определением озона проводят холостой опыт на дистиллированной воде для обнаружения возможного загрязнения реактивов. Для этого к 200 мл дистиллированной воды добавляют 10 мл раствора йодистого калия, 20 мл раствора серной кислоты и 2 мл крахмала. При появлении синей окраски титруют 0,005 н раствором серноватистокислого натрия до обесцвечивания раствора.
Разработка проточного электрохимического датчика для оценки уровня загрязнения азотистыми веществами воды бассейна для содержания морских животных
Для измерения РОВ в таких высоко минерализованных средах, содержащих хлорид-ион (физраствор, морская вода и др.) предложен метод, который позволяет исключить мешающее воздействие хлорид-иона на процесс измерения и повысить чувствительность измерений [99-101].
Сущность метода заключается в том, что платиновый электрод в трехэлектродной электрохимической ячейке в условиях циклирования потенциала со скоростью 0,1...0,3 В/с между катодным пределом тока (до начала выделения водорода на электроде) и анодным пределом тока (до начала выделения кислорода на электроде) обтекается хлорсодержащим раствором электролита с линейной скоростью не менее 2 см/с.
Обнаружено, что в таких условиях хлорид-ион не адсорбируется на поверхности платинового электрода и не дает соответствующих пиков разряда. Таким образом, для измерений РОВ в протоке можно использовать эффект ингибирования РВК. Это хорошо видно на рис. 3.9, где представлены циклические E-I кривые платинового индикаторного электрода при обтекании его поверхности физраствором с различным содержанием мочевины.
Как видно, волна разряда хлорид-иона отсутствует, a E-I кривая в нейтральных растворах отличатся более высокими поляризациями катодного процесса, а также менее выраженными пиками адсорбции водорода и кислорода. Вместе с тем, существует однозначная связь между повышением анодной поляризации платинового электрода в РВК, за счет ее ингибирования мочевиной, и объемной концентрацией мочевины. Поверхностная концентрация мочевины на электроде, в свою очередь, связана с ее концентрацией в объеме раствора полулогарифмической зависимостью (рис. 3.10):
При этом в качестве измерительного сигнала используется величина временной задержки при достижении анодного предела развертки потенциала или повышение поляризации РВК (ГҐ). Эта величина также является параметром процесса конкурентной адсорбции РОВ, в данном случае мочевины, и адсорбированного кислорода, и определяет долю адсорбционных мест кислорода. Чем больше концентрация мочевины в растворе, тем меньше адсорбционных мест, с которых идет РВК и тем, соответственно, выше поляризация этого процесса. Обнаружено, что могут быть выбраны такие условия анодной поляризации индикаторного электрода, при которой возникающая видимая неопределенность, вызванная токами окисления самого РОВ (особенно легкоокисляющегося), не влияет на получение корректной нестационарной изотермы адсорбции РОВ.
Такие зависимости лишь условно можно назвать изотермами адсорбции, т.к. они получены в условиях нестационарных измерений. Тем не менее, их можно использовать в измерительном приборе в качестве тарировочных кривых. Так как в реальных условиях органические вещества в воде представляют целый набор компонентов, в ряде случаев, например, из-за мешающего воздействия других компонентов раствора, не удается получить адекватную информацию о содержании органического вещества.
Поэтому при проектировании датчика следует исходить из анализа конкретной технологической задачи.
Для определения необратимо-адсорбирующихся веществ измерения в протоке ВТС затруднительны, т.к. необходимо принимать меры для удаления этих веществ с поверхности измерительного электрода после проведения измерительного цикла, а также с поверхности измерительной ячейки. Это можно сделать, используя различные программы поляризации, например, окисляя эти вещества при высоких анодных потенциалах.
В маломинерализованных нейтральных водных средах адсорбционные токи достаточно малы, влияние хлорид-иона отсутствует и поэтому, эффект ингибирования РВК за счет больших токов этого процесса также можно использовать для определения содержания обратимо-адсорбирующихся РОВ. Однако, в этом случае, необходимо вводить компенсацию омической составляющей тока, возникающей на участке поляризации индикаторного электрода - электрода сравнения вследствие низкой электропроводности втс.
Такие измерения осуществляются в реальном времени, в протоке технологической среды, не требуют использования расходных реагентов, и, поэтому могут быть использованы в автоматизированных системах контроля вводно-химического режима технологических процессов. Это позволит проводить мониторинг ВТС, накапливать измеренные данные и использовать их для управления технологическим процессом.
Основные технологические параметры озоноконтактной колонны
Вода из бассейна с соленой водой павильона «Ластоногие» после прохождения очистных сооружений содержит 12... 15 г хлорида натрия, солей жесткости и ряд других микрокомпонентов. При электрохимической обработке такой водной среды в проточном электрохимическом реакторе с Pti ТПЭ протекает ряд электрохимических процессов. При потенциалах 1,35 В СГ - ион окисляется с последующим образованием в растворе гипохлорит-иона: 6 СГ = ЗС12 + 6 е (3.4) ЗС12 + 60Н- = ЗОСГ + ЗСГ + ЗН20 (3.5) Очевидно, что при этом на аноде идет сопряженная реакция выделения кислорода ЗН20 = 3/2 02 + 6НҐ + бе (3.6) На катоде выделяется водород: 2Н20 + 2е = ЗН2 + 20Н" (3.7)
В объеме раствора бездиафрагменного электролизера в результате накопления ОН" ионов подщелачивается прикатодное пространство, что ведет к образованию гидроксидов магния и кальция, а выделяющийся на катоде водород восстанавливает гипохлорит-ионы: ОСҐ +ОН"+2е = ЗС1" + 60Н" (3.8) Са+2 +20Н = Са(ОН)2 (3.9) Mg+2 +20Н- = Mg(OH)2 (3.10)
Было апробировано два режима работы анода бездиафрагменного электрохимического регенератора, которые отличаются соотношением долей побочных процессов: - на «нижней площадке» потенциалов анода (Ег= 1,6... 1,7 В), где реакция (3.6) протекает на не покрытой фазовым оксидом поверхности анода. При этом образование активного хлора является превалирующей над реакцией выделения кислорода. Для реализации анодного процесса на «нижней площадке» на платиновом катализаторе, вследствие его склонности к пассивации, плотность тока должна быть менее 0,5 мА/см . Это делает этот режим практически не осуществимым. - на «верхней площадке» потенциалов анода (Ег 2,0 В), где реакция (3.4) протекает на сформировавшемся фазовом оксиде платины. При этом реакция (3.5) превалирует на аноде над реакцией (3.4).
Процесс на «нижней площадке» потенциалов также достаточно легко реализуется на окисного рутениево-титановых анодах (ОРТА). При этом анодный процесс смещен в сторону реакции разряда хлорид-иона с образованием гипохлорита натрия. В данном случае генерация кислорода минимальна, незначительно изменяется рН, но заметно повышается выход гипохлорита натрия (до 30%).
Можно избавиться от пассивации платины с помощью периодической смены полярности, но такой подход достаточно сложен для реализации, поскольку нуждается в однотипных электродах и сопровождается протеканием неконтролируемых нестационарных процессов.
Процесс на «верхней площадке» потенциалов реализован нами на Pti ТПЭ. При этом, несмотря на то, что выход по току процесса генерации гипохлорита натрия не является высоким и повышается выход по току процесса выделения кислорода, реализуются высокие плотности тока, процесс протекает на стабильном фазовом оксиде. Это позволяет создать устройство с высокими удельными характеристиками.
При выборе электродных материалов для процесса электрохимической обработки соленой воды необходимо обеспечить: - устойчивость самого катализатора и токоподводящей основы в соленом растворе в режиме анодной поляризации, переплюсовки или химической обработки; - максимальный выход по току процессов генерации активного хлора на аноде и минимизация нежелательных сопряженных процессов.
На основании вышеизложенного, предпочтение было отдано ТП Pti электродам, с использованием которых был изготовлен полномасштабный электрохимический регенератор (скорость генерации активного хлора не менее 7,5 г/ч). Такой генератор был апробирован в системе дозирования свободного хлора системы водоподготовки соленой воды бассейна с соленой водой павильона «Ластоногие» Московского зоопарка.
Расчет показывает, что для создания необходимой концентрации активного хлора (0,5 мг/л) в ванне бассейна с морской водой объемом 1500 м необходимо 750 г активного хлора или около 4,5 дм 18% раствора гипохлорита натрия. Для обеспечения требуемой концентрации с помощью разработанного генератора потребуется порядка 100 часов. Поэтому первоначальную обработку воды целесообразнее проводить дозированием готового гипохлорита натрия. В процессе эксплуатации бассейна свободный хлор разлагается под действием света, взаимодействует с растворенными в воде продуктами жизнедеятельности животных, удаляется с помощью систем очистки воды. С помощью разработанного генератора можно решить проблему поддержания требуемого уровня свободного хлора в ванне бассейна.
Для расчета производительности ГЇЇТН используют следующую формулу: г ось- = Косі/ІЛ (ЗЛ1) где и ось" - производительность ПГГН, г/ч; К ось - электрохимический эквивалент активного хлора, равный 0,43 г/а -ч; I - суммарный ток генератора гипохлорита натрия, А; ц - фарадеевский к.п.д. процесса генерации гипохлорита натрия (0,05 при концентрации NaCl 15 г/л для Pti - электродов). Время оборота 99% воды бассейна составляет (глава 4): W =4 6 v vF, (3.12) Где V - объем бассейна, м , F- поток воды, забираемый на очистку, м3/ч. Приращение концентрации свободного хлора за это время с учетом 3.12 составит: AC =4,6DOCL-/F (3.13)
В настоящий момент времени для бассейна с соленой водой павильона «Ластоногие» F = 300 м /ч. Таким образом приращение концентрации свободного хлора составит АС =0,12 мг/дм .
Данного приращения достаточно для поддержания требуемого уровня свободного хлора в ванне бассейна и, следовательно, разработанный генератор может использоваться в данной технологической схеме.
