Доклад на научно-технической конференции «Новые подходы по водоподготовке и очистке сточных вод: пути снижения эксплуатационных затрат при минимальных капитальных вложениях», Санкт-Петербург, 26-27 февраля 2009г.

 Н.П.Меткин, д.т.н., проф., генеральный директор Ассоциации предприятий РЭК С-Петербурга,

Г.Е.Иткин, к.т.н., генеральный директор НПК «Эколог»,

И.М.Лазер, к.т.н., советник генерального директора ОАО «Авангард»

  

Энергосберегающая экологически чистая технология водоподготовки и очистки сточных вод

 

Открытый М. Фарадеем основной закон электролиза постулировал линейную зависимость между массой превращенного вещества и затратами энергии (рис. 1).

Рис.1. Закон электролиза М.Фарадея

Свои опыты М. Фарадей ставил на электролизе раствора медного купороса CuSO4.5H2O. В этих экспериментах ионы превращенного вещества осаждались на катоде в виде меди.

Иной результат получается при электролизе раствора поваренной соли NaCl (рис. 2): соотношение массы превращенного вещества и затраченной энергии описывается экспоненциальной функцией.

                     

Рис.2. Закон электролиза поваренной соли

Исследования причин наблюдаемого явления за почти двухсотлетний период [1] не давали достоверного объяснения, оставляя для исследователей единственную возможность объяснения наблюдаемого явления необходимостью уточнения второго закона термодинамики [2, 3].

Особенности электролиза растворов поваренной соли определили границы его использования в промышленной практике.

Для получения 1 кг эквивалента активного хлора в гипохлорите натрия требуется не менее 4 кг сверхчистой соли и 5,5-6 кВт.ч электроэнергии, включая расходы на электролиз и опреснение воды для образование водного раствора соли. Концентрация соли в получаемом гипохлорите натрия достигает 8 г/л. Еще 20-25 лет назад эти показатели считались экономически невыгодными по сравнению с использованием активного хлора. С ужесточением требований к использованию хлора для обеззараживания питьевых и сточных вод технология электролизного получения гипохлорита натрия вместо хлора стала экономически и экологически востребованной.

В результате работ, проведенных НПК «Эколог» с 1997г, была создана принципиально новая технология электролиза раствора поваренной соли (патент РФ № 2125120 и евразийский патент № 001666). Особенность запатентованной технологии в том, что при ее использовании восстанавливается линейная зависимость между расходом электроэнергии и массой превращенного вещества. Достигаемый эффект оказывается вполне парадоксальным (рис.3). Если добавлять продукты электролиза в воду, то масса превращенного вещества и затраты энергии увеличиваются пропорционально подаваемому объему воды [4].

Рис.3. Линеаризация процесса электролиза поваренной соли

 

В 1999г. на основе созданной инновационной технологии (рис.4) были разработаны электролизные установки (патент РФ № 58539 ) и налажено их промышленное производство.

Рис.4.Схема электролизной технологии получения гипохлорита натрия

По оценке научно-технических советов водоканалов Верхневолжского региона, объединенных в Ассоциацию «Чистая вода», достигнутые технологические показатели за годы эксплуатации этих установок с 2002г. в Водоканалах г. Шарья, г. Иваново и ОАО «Ижорские заводы» превосходят показатели лучших зарубежных установок: расход соли не более 3,5 кг при расходе электроэнергии на электролиз 4 кВт.ч на 1 кг активного хлора в гипохлорите натрия при концентрации активного хлора 8-10 г/л. Установки работают на пищевой соли (для импортных установок необходима выпаренная соль) и не требуют опресненной воды для приготовления солевого раствора. В отличие от зарубежных установок электроды подлежат восстановлению. Затраты на установки с учетом монтажа и эксплуатации меньше, чем для аналогичных зарубежных не менее в 1,5-2 раза. Эти показатели не являются предельными.

По оценке Миннауки, проведенная нами работа имеет статус национальной безопасности. В такой оценке нет преувеличения, если учесть, что в системе Химпрома производство хлора для нужд Водоканалов, изготовление чистящих, моющих, дезинфицирующих и отбеливающих средств может быть уменьшено не менее чем на 30 %, а освободившиеся мощности могут быть использованы для производства ПВХ – наиболее дорогой составляющей рынка химической продукции, где в последнее время Россия стала сдавать позиции Китаю.

Если еще учесть, что применение гипохлорита натрия для обеззараживания воды и стоков сопровождается существенно меньшим образованием хлорорганических соединений, то станет ясной социальная значимость проекта. При значительных объемах производства гипохлорита натрия попутно производится промышленно значимое количество водорода. Окупаемость таких производств снижается по срокам до 2-3 лет.

Мировая значимость отечественной технологии подтверждается также тем, что с 1999г. сначала фирма «Трелигаз», а затем «Уоллес и Тирнан» (обе в настоящее время входят в группу «Сименс») заявляли свои претензии на запатентованный нами процесс. С 2006г. фирма «Уоллес и Тирнан» стала поставлять свои электролизные установки, в которых используется запатентованная нами технология, в Россию, пользуясь правовой неосведомлённостью некоторых руководителей. В конце концов в 2007г. ФГУ «Палата по патентным спорам» а затем и Арбитражный суд г. Москва подтвердили наш приоритет. Это пока не останавливает дальнейшие действия группы «Сименс» на российском и евразийском рынках.

Цена вопроса для «Сименс» становится очевидной, если сопоставить ее репутационные потери с юридически ничтожными доказательствами своего приоритета на оспариваемую технологию, которые были представлены в ФГУ «Палата по патентным спорам». В это трудно поверить, но вместо патентов, статей или иных общедоступных материалов, фирмой представлены свидетельские показания заинтересованных лиц, полученные к тому же спустя 10 лет после опубликования нашего патента. Если квалифицировать эти аргументы как попытки доказать право преждепользования, то последнее распространяется не далее границ предприятия, обладающего таким правом, но не имеет силы коммерческого использования.

В 2008г. Правительство Санкт-Петербурга наградило НПК «Эколог» третьей премией за особо значимые инновационные технологические достижения. ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» принято решение о внедрении отечественной технологии производства гипохлорита натрия на основе оборудования, производимого ОАО «Авангард». Мы выпускаем установки производительностью от 1,25 до 40 кг/час по активному хлору в гипохлорите натрия.

На рис. 5 показана сдвоенная установка электролиза гипохлорита натрия Э-10 производительностью 250 кг/сутки по активному хлору в гипохлорите натрия, эксплуатирующаяся в водоканале г. Тутаев.

 

Рис.5. Сдвоенная установка электролиза гипохлорита натрия Э-10

Кроме того, к настоящему времени инновационная технология внедрена в ОАО «Ижорские заводы» (2 установки Э-5) для обеззараживания промышленной оборотной воды, а также в «Водоканалах» г.Шарья (2 установки Э-5) и г. Иваново (2 установки Э-5), производится проектирование электролизной станции для «Приморского водоканала» (г. Владивосток), где будут размещены 2 установки Э-10.

 

Литература

1.Хомяков В.Г. Технология электрохимических производств. М. 1949г.,674 с.

2.Иткин Г.Е., Горшенин А.И. Чиркст Д.Э. Приложение второго начала термодинамики к электролизу раствора хлорида натрия. Записки Горного института, т. 165. С-Петербург, 2005г., стр. 88-90.

3.Иткин Г.Е. Эмпирические начала натуральной философии. С-Петербург, 2007г., 63с.

4.Видер Б.Л., Горшенин А.И., Иткин Г.Е. Новый способ получения и его применение. Водоснабжение и санитарная техника, №1, 2005г.