УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ВОДЫ Российский патент 2013 года по МПК C02F1/46 C02F103/04 

Изобретение относится к электрохимической обработке воды, используемой, например, в качестве средств регулирования кислотно-основных, окислительно-восстановительных свойств, а также технологических водных растворов, применяемых в сельскохозяйственном производстве для предпосевной обработки семян и лечебных целей в бытовых условиях.

Известно устройство для электрохимической обработки жидкости, содержащее диэлектрический корпус, разделенный диафрагмой на анодную и катодную камеры с размещенными в них, соответственно, анодом и катодом, подключенными к источнику постоянного тока, при этом электродные камеры соединены переточным каналом, вход которого расположен в катодной камере у ее дна вблизи диафрагмы, а выход выполнен в анодной камере у верхнего края электрода, причем в канале у его концов установлены сетчатые электроды, соединенные с дополнительным источником постоянного тока так, что сетчатый электрод у входа канала является катодом, а у выхода - анодом, и отрицательный полюс дополнительного источника тока соединен с положительным полюсом основного, а переточный канал выполнен в корпусе устройства (SU, авторское свидетельство №1634643, М. кл.⁵ C02F 1/46).

Недостатками известного устройства являются ограниченная площадь контакта электродов с обрабатываемой жидкостью, значительное расстояние между катодом и анодом, приводящее к повышенному расходу электроэнергии. Это не обеспечивает заданных параметров католита (рН и мВ) и анолита. Уменьшение расстояния между электродами приводит к снижению объема обрабатываемой жидкости.

Известно также переносное устройство для электрохимической обработки жидкости, включающее корпус, разделенный диафрагмой на замкнутую внутреннюю и открытую внешнюю камеры с размещенными в них анодом и катодом, при этом корпус выполнен цилиндрическим, диафрагма установлена в нижней его части, анод выполнен перфорированным и установлен над диафрагмой в замкнутой камере, катод размещен в открытой камере под диафрагмой и установлен с возможностью вертикального перемещения, причем рабочие поверхности электродов и диафрагма выполнены в виде усеченных конусов с углом 60…120°, а анод выполнен в виде кольца при вершине спирали (SU, авторское свидетельство №1611881, М. кл.⁵ C02F 1/46).

К недостаткам известного устройства относится ограниченная площадь контакта электродов с обрабатываемой жидкостью. Это приводит к значительному перерасходу электрической энергии и не обеспечивает заданных параметров анолита и католита.

Известно устройство для электрохимической обработки воды, включающее корпус, разделенный полупроницаемой цилиндрической обечайкой на камеры с размещенными в них анодом и катодом, при этом катод выполнен из стержней круглого сечения из легированной стали, соединенных токопроводом, установленных по периметру камеры, состоящей из перфорированного каркаса, на внутренней стенке которого закреплена полупроницаемая цилиндрическая обечайка из микропористой пластмассы, в камере размещен анод из стержневых электродов из легированной стали, соединенных общим токопроводом (RU, патент на изобретение №2281916 С1 МПК C02F 1/46).

К недостаткам данного устройства относятся сложность изготовления, ограниченная доступность стержней анода для протекания электрического тока, использование в качестве материала электродов легированной стали, подверженной электрохимической коррозии, в результате чего в активированной воде могут образовываться вредные химические элементы.

Данная конструкция устройства принята нами в качестве наиболее близкого аналога.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - увеличение площади контакта электродов с обрабатываемой жидкостью, предотвращение образования в электроактивированной воде вредных химических элементов.

Технический результат - уменьшение расхода электроэнергии для получения заданного потенциала активации исходной жидкости (воды), получение экологически чистых анолита и католита.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для повышения биологической активности воды, включающей корпус разделенный полупроницаемой цилиндрической обечайкой на анодную и катодную камеры с размещенными в них анодом и катодом, при этом корпус и камера внутри него выполнены цилиндрической формы из диэлектрического материала стойкого к электрохимической коррозии, анод и катод выполнены из листового титана, которому придана зигзагообразная форма и вписанная во внутренние полости корпуса и анодной камеры внутри него, при этом параметры зигзагов обеспечивают направленное перемещение электронов от анода к катоду, анодная камера внутри корпуса имеет перфорацию в боковой стенке, обращенной к катоду, полупроницаемая обечайка может быть выполнена из микропористой пластмассы или брезента, установленных без зазора к боковой стенке анодной камеры, подача положительного и отрицательного потенциала к электродам обеспечивается от диода, подключенного к электрической сети напряжением 220 вольт.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена установка для повышения биологической активности - диаметральный разрез.

На фиг.2 - то же, вид в плане со снятой крышкой.

Установка для повышения биологической активности воды включает диэлектрический корпус 1 цилиндрической формы, выполненный из материала стойкого к электрохимической коррозии. Внутри корпуса 1 размещена анодная камера 2 цилиндрической формы, выполненная из диэлектрического материала, стойкого к электрохимической коррозии. Анодная камера 2 снаружи имеет полупроницаемую цилиндрическую обечайку 3, выполненную из микропористой пластмассы или брезента по ГОСТ 15530-93. В анодной камере 2 установлен электрод 4 с положительным потенциалом, выполненный из листового титана, которому придана зигзагообразная форма, вписанная во внутреннюю полость анодной камеры 2. Сверху корпус закрыт крышкой 5 из диэлектрического материала. В крышке 5 смонтирован диод 6, обеспечивающий преобразование переменного тока в постоянный.

Во внутренние полости корпуса 1, образующей катодную камеру, установлен электрод 7 с отрицательным потенциалом, выполненный из листового титана, которому придана зигзагообразная форма, обеспечивающая максимальную площадь взаимодействия электрического потенциала с водой. Анодная камера 2 со стороны электрода 7 в стенке имеет перфорацию 8, обеспечивающего прохождение электронов 9 от электрода 4 к электроду 7. Анодная камера 2 имеет дно 10 для возможности извлечения из корпуса 1 анолита воды с положительно заряженным потенциалом.

Установка для повышения биологической активности воды работает следующим образом.

Перед началом работы корпус 1 и анодная камера 2 заполняются водой, подлежащей активации.

Корпус 1 закрывается крышкой 5, на которой закреплены электроды 4, 7. К диоду 6 подводится переменный электрический ток, и начинается электроактивация.

При протекании через воду постоянного электрического тока поступление в воду электронов у катода и удаление электронов из воды у анода сопровождается электрохимическими реакциями на поверхности катода и анода, в результате которых образуются новые вещества, изменяется вся система межмолекулярных воздействий, в том числе и структура воды как растворителя.

При анодной обработке кислотность воды увеличивается, окислительно-восстановительный потенциал возрастает за счет образования устойчивых и нестабильных кислот (серной, соляной, хлорноватистой, надсерных), а также пероксида водорода, пероксосульфатов, пероксокарбонатов, кислородсодержащих соединений хлора и различных промежуточных соединений, возникающих в процессе самопроизвольного распада и взаимодействия названных веществ. Также в результате анодной электрической обработки несколько уменьшается поверхностное натяжение, увеличивается электропроводность, увеличивается содержание растворенных хлора, кислорода, уменьшается концентрация водорода, азота, изменяется структура воды.

Количественной характеристикой кислотности или щелочности воды является водородный показатель рН, который определяется активностью ионов водорода или соотношением концентрации ионов гидроксония Н₃О⁺ и гидроксила ОН^-. В нейтральной воде рН=7, что соответствует равенству концентраций этих ионов.

Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) характеризует активность электронов в водном растворе (воде). Увеличение окислительного потенциала обусловлено понижением активности электронов в растворе, а уменьшение окислительного потенциала определяется увеличением активности электронов. Природа ОВП в первую очередь обусловлена квантово-механическими характеристиками атомов элементарной электрохимической системы - «электрод - раствор».

В активированной воде происходит значительное изменение структурных составляющих межионного энергетического взаимодействия, т.е. активная концентрация ионов изменяется за счет изменения коэффициентов активности.

Полученный в результате электрической активации анолит обладает антимикробной активностью, применяется для стерилизации, дезинфекции, уничтожения болезнетворных микробов и вредителей.

Основными процессами при униполярной электроактивации при катодной обработке в камере 1 являются электролитическое, а также гетерофазное и жидкофазное электрокатолитическое восстановления в катодной камере электрохимического реактора воды и содержащихся в ней веществ. При катодной обработке вода в течение долей секунды насыщается высокоактивными восстановителями: ОН^-, Н₂О₂ ^-, HO₂ ^-, O₂ ^-, что приводит к образованию нерастворимых гидроксидов тяжелых металлов

.

Кроме того, в катодной камере происходит прямое электролитическое восстановление на поверхности электрода, а также электрокатолитическое восстановление в объеме воды с участием катализаторов-переносчиков и гидратированных электронов, многозарядных катионов тяжелых металлов:

, например, ; ;

Указанные процессы снижают токсичность воды, обусловленную наличием ионов тяжелых металлов, за счет перевода их в естественную устойчивость, биологически неактивную форму существования в природе.

В результате катодной обработки любая вода приобретает щелочную реакцию за счет превращения некоторой части растворенных солей в гидроксиды. Ее окислительно-восстановительный потенциал резко понижается, уменьшается поверхностное натяжение, снижается содержание растворенных кислорода, азота, возрастает концентрация водорода, свободных гидроксильных групп, уменьшается электропроводность, изменяется структура не только гидратных оболочек ионов, но и свободного объема воды.

В результате образования хорошо растворимых гидроксидов натрия, калия и повышения вследствие этого рН происходит сдвиг углекислотного равновесия с образованием труднорастворимых карбонатов кальция и магния из находящихся обычно в исходной воде растворимых соединений этих металлов - гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов. Ионы тяжелых металлов и железа практически полностью превращаются в нерастворимые гидроксиды.

Перечисленные изменения в составе и структуре воды повышают ее биологическую активность - повышается всхожесть семян, энергия их прорастания, увеличивается сила роста и развития растений и плодов.

Экспериментально установлено, что при использовании установки для повышения биологической активности воды при получении анолита окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) воды достигает 900…1000 мВ, а водородный показатель рН - 3,5…4,0 ед. рН. При получении католита ОВП воды достигает -1000…-1100 мВ, а рН до 10,5 ед. рН.

Изобретение относится к электрохимической обработке воды, используемой, например, в качестве средств регулирования кислотно-основных, окислительно-восстановительных свойств, а также технологических водных растворов, применяемых в сельскохозяйственном производстве для предпосевной обработки семян и лечебных целей в бытовых условиях. Установка для повышения биологической активности воды включает корпус, разделенный полупроницаемой цилиндрической обечайкой на анодную и катодную камеры с размещенными в них анодом и катодом, при этом корпус и камера внутри него выполнены цилиндрической формы из диэлектрического материала стойкого к электрохимической коррозии, анод и катод выполнены из листового титана, которому придана зигзагообразная форма и вписана во внутренние полости корпуса и анодной камеры внутри него, при этом параметры зигзагов обеспечивают направленное перемещение электронов от анода к катоду, анодная камера внутри корпуса имеет перфорацию в боковой стенке, обращенной к катоду, полупроницаемая обечайка выполнена из микропористой пластмассы или брезента, установленных без зазора к боковой стенке анодной камеры, подача положительного и отрицательного потенциала к электродам обеспечивается от диода, подключенного к электрической сети напряжением 220 вольт. Технический результат - уменьшение расхода электроэнергии для получения заданного потенциала активации воды, получение экологически чистых анолита и католита. 2 ил.

Установка для повышения биологической активности воды, включающая корпус, разделенный полупроницаемой цилиндрической обечайкой на анодную и катодную камеры с размещенными в них анодом и катодом, отличающаяся тем, что корпус и камера внутри него выполнены цилиндрической формы из диэлектрического материала, стойкого к электрохимической коррозии, анод и катод выполнены из листового титана, которому придана зигзагообразная форма и вписанная во внутренние полости корпуса и анодной камеры внутри него, при этом параметры зигзагов обеспечивают направленное перемещение электронов от анода к катоду, анодная камера внутри корпуса имеет перфорацию в боковой стенке, обращенной к катоду, полупроницаемая обечайка выполнена из микропористой пластмассы или брезента, установленных без зазора к боковой стенке анодной камеры, подача положительного и отрицательного потенциала к электродам обеспечивается от диода, подключенного к электрической сети напряжением 220 В.