Устройство электроактиваторов. 
Теоретические основы электрохимической обработки водных растворов

Электроактивирование водных растворов осуществляется электрохимическими реакторами, т. е. электролизерами, конструкции которых широко варьируются в процессе проектирования и производства. Например, только в Японии для электроактивации в 1999 году использовались около 30-ти реакторов, имеющих различные конструкционные характеристики [61]. В сущности это означает, что в определенной степени электроактивация может быть достигнута путем использования различных электролизеров. Важно выбрать надлежащие параметры технологических процессов, такие как напряжение, содержание и расход электролита, подающегося в реактор, длительность процесса, конечные значения рН, ОВП и др. однако стандартизовать процесс электролиза достаточно трудно [14].

Исследования по взаимосвязи между конструкционными особенностями электролизеров и технологическими параметрами процесса, с одной стороны, и функциональными свойствами электроактивированных растворов, с другой стороны, практически отсутствует в научной литературе. Как правило, желательные параметры производственного процесса корректируются эмпирически.

Электрохимическая обработка воды и водных растворов осуществляется с использованием электроактиваторов пакетного типа или в проточном варианте [21, 37, 62]. Электроактивация в электролизерах пакетного типа осуществляется в течение фиксированного периода времени, например, 3−115 мин, внутри реакторов объемом от 1 до 15 л.

Как правило, объемный расхода воды внутри поточного электролизера варьирует в диапазоне 0, 5−1, 9 л/мин. Для электролиза используют напряжение 9−120 V, а значения тока, проходящего через электролизер, определяется еще и электропроводностью активируемого раствора и находятся в диапазоне от 0, 7 до 20 А. Чрезвычайно высокое напряжение до 1100 V было использовано для активации дистиллированной воды; однако, из-за очень низкой электрической проводимости очищенной жидкости электрический ток при электролизе был величиной в несколько миллиампер [39]. Довольно редко используется переменный ток низкой частоты (около 1 Гц или менее) напряжения 5−15 В для электроактиваторов как пакетного, так и проточных типов.

В общих чертах реакторы для электроактивация отличаются друг от друга формой и материалом их составных частей, таких, как корпуса, электроды и неселективные или ионообменные по мембраны, если последние присутствуют. Самыми распространенными являются цилиндрические проточные электроактиваторы, включенных или последовательно, или параллельно [59]. Такие устройства могут быть легко собраны в компактные электрохимические модули, включающие в себя до восьми электролизеров. При параллельном включении электролитических камер увеличивается производительность электроактиватора. При последовательном соединении удается получить более высокие значения рН, ОВП, концентрации активного хлора раствора. В проточном электролизере в качестве катода и анода использовали параллельные пластины. В некоторых случаях были использованы блочные или биполярные электроды.

Своеобразный реактор описан в работе [31]. Электролизер состоит из двух колонок, заполненных зернами магнетита или графита, каждая из которых может фактически рассматриваться как биполярный электрод. Электроактивация в таком устройстве уничтожает в воде даже вирусные агенты, не смотря на то, что они резистентнее к электролизу, чем кишечная палочка.

Химическая стойкость электродов важна для получения растворов высокого качества и определяет срок службы реакторов. Наиболее стойкими должны быть аноды. Для их изготовления были использованы платина, платина с добавлением оксидов иридия и родия, платинированный титан, титан, покрытый активным слоем RuO₂, титан, покрытый Fe₃O₄ и графит. Титан, платина или графит используются в качестве катодов. Композитный материал, представляющий собой случайно-ориентированный в эпоксидной матрице графит, также использовался для изготовления обоих электродов [12]. Химически достаточно инертный графит обладает некоторыми недостатками — он пористый и крошится. В порах скапливаются водород и кислород, уменьшая, таким образом, активную поверхность электродов.

Электрохимическая активация водных растворов производилась как в непроточных, так и в проточных реакторах с пористой неселективной мембраной, так и без нее [56]. Мембраны позволяют производить электроактивированные растворы с заданными функциональными свойствами, такими как кислые (анолит), щелочные (католит) или практически нейтральные растворы. Последний может быть получен путем контролируемого смешивания анолита и католита, или последовательным проходом раствора сначала через анодную часть камеры, затем через катодную.

Основные требования, предъявляемые к мембранам — высокая пористость, гидрофильность и низкое электрическое сопротивление. Высококачественная керамическая мембрана использована в [36]. Электропроводящие катионитные мембраны из Нафион-450 и патентованные ионообменные мембран были применены в [37] наряду с низкопористыми полиэстереновыми и полиэтиленовыми мембранами [61].

Минерализация водных растворов, подвергающихся электроактивации, варьируют в зависимости от содержания в них NaCl, концентрация которого варьирует от 0, 1 до 120 г/л [63]. Производимый электроактивированный анолит имеет pH в диапазоне 2, 3−6, 5, положительный окислительно-восстановительный потенциал (1000−1200 мВ), и примерно 30−300 мг/л растворенного хлора [33].

В то же время католит, получаемый путем электроактивации дистиллированной воды, имеет рН 6, 2 и отрицательный окислительно-восстановительный потенциал -329 мВ. Электролиз раствора хлористого натрия концентрации 10^-4 М дает католит с рН 8, 8 отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом -390 мВ [5, 24, 25].