Обеззараживание воды прямым электролизом
Что такое прямой электролиз воды?
Прохождение электрического тока через обрабатываемую воду сопровождается серией электрохимических реакций, в результате которых в воде образуются новые вещества, и изменяется структура межмолекулярных взаимодействий. При прямом электролизе воды происходит синтез окислителей – кислорода, озона, перекиси водорода и др. Кроме этого в воде даже с очень низким содержанием хлоридов при прямом электролизе образуется остаточный хлор, что очень важно для пролонгированного эффекта обеззараживания воды.
Теория процесса электролиза воды
В упрощенном виде прямой электролиз воды состоит из нескольких процессов.
1) Электрохимический процесс.
В воде (H2O) расположены параллельно две пластины (электроды): анод и катод. Напряжение постоянного тока, подаваемое на электроды, приводит к электролизу воды.
На аноде производится кислород: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e− (вода подкисляется).
На катоде образуется водород: 2H2O + 2e− → H2 + 2OH− (вода подщелачивается).
Количество выделяющегося водорода незначительно и не является большой проблемой.
Использование специальных электродов позволяет производить из воды озон и перекись водорода.
На аноде производится озон: 3H2O → O3 + 6e− + 6H+ (вода подкисляется).
На катоде – перекись водорода: O2 + 2H2O + 2e− → H2O2 + 2OH− (вода подщелачивается).
Естественная пресная (не дистиллированная) вода всегда содержит минеральные соли – сульфаты, карбонаты, хлориды. В целях получения хлора для пролонгированного эффекта обеззараживания воды интересны только хлориды. В воде они представлены в основном хлоридом натрия (NaCl), хлоридом кальция (CaCl) и хлоридом калия (KCl).
На примере с хлоридом натрия реакция образования хлора электролизом будет следующей.
Соль, растворенная в воде: 2NaCl + H2O → 2Na+ +2Cl– + 2H2O
Во время электролиза на аноде формируется хлор: 2Cl– → Cl2+2e– (вода подкисляется).
А у катода образуется гидроокись натрия: Na+ + OH– → NaOH (вода подщелачивается).
Эта реакция является недолгой, поскольку любой хлор, произведенный у анода, быстро потребляется для формирования гипохлорита натрия: Cl2 + 2NaOH → H2 + 2NaOCl.
Подобные реакции электролиза происходят и с хлоридами кальция и калия.
Таким образом, в результате электролиза пресной воды генерируется смесь сильных окислителей: кислород + озон + перекись водорода + гипохлорит натрия.
2) Электромагнитный процесс.
Молекула воды представляет собой маленький диполь, содержащий положительный (со стороны водорода) и отрицательный (со стороны кислорода) заряды на полюсах. В электромагнитном поле водородная часть молекулы воды притягивается к катоду, а кислородная часть к аноду. Это приводит к ослаблению и даже разрыву водородных связей в молекуле воды. Ослабление водородных связей способствует образованию атомарного кислорода. Наличие в воде атомарного кислорода способствует уменьшению жесткости воды. В обычной воде всегда присутствует кальций. Ионы Са+ окисляются атомарным кислородом: Са+ + О → СаО. Окись кальция, соединяясь с водой, образует гидрат окиси кальция: СаО + Н2О → Са(ОН)2. Гидрат окиси кальция – сильное основание, хорошо растворимое в воде. Аналогичные процессы происходят и с другими элементами жесткости воды.
3) Процессы кавитации.
В результате электрохимического и электромагнитного процесса происходит образование микроскопических газовых пузырьков кислорода и водорода. Вблизи поверхности электродов появляется белесое облачко, состоящее из возникших пузырьков. Увлекаемые потоком воды, пузырьки смещаются в область, где скорость потока меньше, а давление выше, и происходит их схлопывание с большой скоростью.
Мгновенное схлопывание пузырька высвобождает огромную энергию, которая разрушает водную стенку пузырька, т.е. молекулы воды. Следствием разрушения молекулы воды является образование ионов водорода и кислорода, атомарных частиц водорода и кислорода, молекул водорода и кислорода, гидроксилов и других веществ.
Перечисленные процессы способствуют образованию основного окислителя – атомарного кислорода.
В чём уникальность прямого электролиза воды?
Обеззараживание воды прямым электролизом является разновидностью окислительной обработки воды, но кардинально отличается от распространенных методов обеззараживания тем, что окислители производятся из самой воды, а не вносятся извне и, выполнив свою функцию, переходят в прежнее состояние. Эффективность обеззараживания воды прямым электролизом в несколько раз выше по сравнению с химическими методами. Прямой электролиз воды способствует удалению цветности, сероводорода, аммония исходной воды. Для прямого электролиза не требуются дозирующие насосы и использование реагентов.
Хлор, необходимый для предотвращения вторичного бактериального загрязнения воды в распределительных сетях, активируется из естественных минеральных солей в воде, проходящей через электролизёр, и моментально растворяется в ней. Прямой электролиз разрушает хлорамины, преобразуя их в азот и соль.
