способ активного контроля параметров электрохимического процесса обработки жидкости

Формула изобретения

Способ контроля параметров электрохимического процесса обработки жидкости ионами металла, включающий измерение, результаты которого используют для управления процессом обработки жидкости и обеспечения стабильности заданной концентрации ионов металла, отличающийся тем, что до начала обработки осуществляют первоначальный выбор времени и тока обработки жидкости, а в процессе обработки производят измерение скорости изменения напряжения на электродах и в зависимости от ее величины и знака осуществляют корректировку тока и/или времени обработки.

Описание изобретения к патенту

Способ относится к области химической технологии и, в частности, к электрохимической обработке жидкости, например воды, ионами металла, преимущественно серебра.

Известен способ обеззараживания и консервации воды [А.с. 16768770 СССР, C 02 F 1/32, 1/50, опубл. 23.09.91, Бюл.35] за счет УФ-облучения и введения антимикробного агента в виде ионов меди в количестве 0,75-1,0 мг/дм³ . Недостатки способа состоят в том, что использование в качестве антимикробного агента ионов меди ухудшает вкусовые свойства воды, которая в случае длительного применения может оказывать вредное воздействие на организма человека, а обеспечение требуемой точности получения задаваемых доз ионов меди не представляется возможным из-за отсутствия контроля параметров обрабатываемой воды.

Известен способ обеззараживания и консервации воды [Патент №2145941 РФ, C 02 F 1/467, опубл. 27.02.2000, Бюл.6], включающий процесс введения антимикробного агента в виде ионов серебра за счет постоянного тока с неравномерным распределением плотности этого тока по поверхности электродов. Недостаток способа - отсутствие контроля параметров обрабатываемой воды, что является причиной нестабильности (значительной погрешности) получения заданных значений концентрации ионов серебра.

Известен способ обеззараживания и консервации воды ионами серебра с контролем параметров обрабатываемой воды, реализованный в ионаторе серебра [Свидетельство на полезную модель №12825 РФ, C 02 F 1/46, опубл. 10.02.2000, Бюл.4]. Недостаток способа состоит в том, что при осуществлении процесса обработки контролируют только нахождение уровня напряжения на электродах в пределах заданных границ. При выходе напряжения за пределы заданных границ ионатор отключают и тем самым исключают обработку воды, имеющей недопустимую степень засоленности. Такой контроль не обеспечивает стабильности получения заданных значений концентрации ионов серебра.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому способу является способ активного контроля параметров исходной воды с управлением процессом ее обработки ионами серебра по результатам выполняемых измерений, который реализован в установке [Патент №2143406 РФ, C 02 F 1/46, опубл. 27.12.99] и выбран в качестве прототипа. В способе-прототипе активный контроль осуществляют за счет применения датчиков, с помощью которых измеряют такие параметры воды как водородный показатель рН, температуру, содержание хлоридов, сульфатов и других солей, вызывающих изменение электропроводности воды, а с помощью ионоселективного датчика измеряют уровень фактической концентрации ионов серебра в обработанной воде. По результатам измерений, выполняемых указанными датчиками, через компенсатор, а от ионоселективного датчика - через иономер-корректор регулируют ток электролизера и тем самым обеспечивают стабильность получаемого уровня концентрации ионов серебра в воде.

Недостаток прототипа - сложность реализации процесса контроля, требующего для измерения у обрабатываемой воды водородного показателя рН, температуры, содержания хлоридов, сульфатов и других солей применения ряда датчиков, а для измерения концентрации ионов серебра в обработанной воде - ионоселективного датчика, который необходимо подвергать регулярной калибровке и обслуживанию с обязательным восстановлением расходуемого вещества датчика.

Достигаемый технический результат - упрощение процесса контроля путем исключения перечисленных датчиков и соответственно операций регулярной калибровки и обслуживания ионоселективного датчика, но при условии обеспечения стабильности получаемого значения концентрации ионов металла (серебра) в воде.

Указанный технический результат достигается следующим образом. В известном способе активного контроля параметров воды, включающем измерение, результаты которого используют для управления процессом обработки жидкости и обеспечения стабильности заданной концентрации ионов металла, по отношению к прототипу, до начала обработки осуществляют первоначальный выбор времени и тока обработки жидкости, а в процессе обработки производят измерение скорости изменения напряжения на электродах и в зависимости от ее величины и знака осуществляют корректировку тока и/или времени обработки.

Указанная совокупность существенных признаков, заключающаяся в том, что до начала обработки осуществляют первоначальный выбор времени и тока обработки жидкости, а в процессе обработки производят измерение скорости изменения напряжения на электродах и в зависимости от ее величины и знака осуществляют корректировку тока и/или времени обработки, - является новой и в полном объеме не использовавшейся, что позволяет считать предлагаемый способ соответствующим критерию охраноспособности "мировая новизна".

Кроме того, совокупность указанных признаков позволяет получить новый результат, заключающийся в существенном упрощении способа активного контроля за счет исключения датчиков каждого параметра воды и необходимости регулярной калибровки и сложного обслуживания ионоселективного датчика, что позволяет считать этот способ соответствующим критерию охраноспособности - "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ активного контроля параметров электрохимического процесса обработки жидкости, например воды, ионами металла, преимущественно серебра, реализуется в электролизере. Термин "активный контроль" отражает не только сам факт нахождения измеренной величины контролируемого параметра в области допустимых значений, но и управление процессом обработки воды с учетом результатов выполненного измерения. В электролизере находится вода, подлежащая электрохимической обработке, и в нее опущены электроды, изготовленные из серебра. С помощью электродов через воду пропускают ток, имеющий, как правило, стабильное значение и являющийся причиной появления напряжения на электродах, определяемого сопротивлением воды между ними. Под действием тока с активной поверхности анода металл переходит в воду с образованием ионов, перемещающихся к катоду. Ионы серебра обладают высокой антимикробной активностью с сохранением бактерицидного действия в течение довольно длительного промежутка времени, то есть они позволяют осуществлять как обеззараживание, так и консервацию воды.

В соответствии с законом Фарадея концентрация ионов серебра в обработанной воде определяется током электролизера и временем обработки. Но она также существенно зависит от параметров исходной воды - температуры, водородного показателя рН, количественного содержания хлоридов, сульфатов, гидрокарбонатов и других солей. Для получения точного значения требуемой концентрации ионов серебра следует компенсировать негативное влияние на нее указанных параметров воды. Для этого измеряют перечисленные параметры и с учетом их значений управляют процессом обработки воды ионами металла, изменяя величину тока электролизера и/или время обработки, то есть осуществляют активный контроль параметров процесса обработки жидкости. Поскольку в этом случае требуются датчики для измерения каждого из перечисленных параметров, то процесс усложняется с увеличением количества контролируемых параметров. Указанные параметры определяют начальную величину электропроводности воды, а вводимые в нее ионы серебра вызывают изменение этой величины. Изменение электропроводности воды и изменение напряжения на электродах взаимосвязаны. Следовательно, при постоянном токе электролизера по результатам измерения приращения напряжения на электродах за определенный интервал времени, то есть скорости изменения этого напряжения, связанной с производительностью электролизера по массе растворенного в воде серебра, можно прогнозировать значение получаемой концентрации.

Предлагаемый способ активного контроля базируется на первоначальном выборе времени и тока обработки воды в соответствии с законом Фарадея. После начала процесса обработки производят измерение скорости изменения напряжения на электродах и в зависимости от ее величины и знака осуществляют корректировку тока электролизера. Скорость изменения напряжения на электродах является комплексным показателем, который отражает изменение электропроводности воды между электродами при ее обработке ионами серебра. Он зависит от параметров обрабатываемой воды и пропорционален производительности электролизера в единицу времени. Для определения величины корректирующей поправки электродную пару с электролизером первоначально калибруют. Калибровка состоит из двух частей. Первая связана с определением зависимости выхода серебра по току от скорости изменения напряжения на электродах при некотором совокупном значении параметров воды. Во второй части определяют отклонение скорости изменения напряжения, связанное с отклонением параметров воды от прежних значений, с последующим переходом от выхода серебра по току к корректирующим поправкам тока, необходимым для компенсации влияния указанных отклонений параметров воды на значение концентрации ионов серебра. Калибровку осуществляют один раз, если эффективная площадь электродов в паре не изменяется при их замене. Такая реализация активного контроля исключает необходимость в специальных датчиках для измерения каждого параметра воды. В качестве датчика комплексного параметра воды в предлагаемом способе используется электродная пара электролизера. Информация о реальной производительности электролизера и получаемой концентрации ионов серебра содержится в скорости изменения электропроводности воды или в скорости изменения напряжения на электродах электролизера. Все отклонения от требуемого выхода серебра по току компенсируются коррекцией тока обработки, выполняемой по результатам проведенных измерений скорости изменения напряжения на электродах, что обеспечивает стабильность концентрации ионов серебра в воде при различных значениях ее параметров.

Таким образом, в предлагаемом способе активного контроля параметров электрохимического процесса обработки жидкости, например воды, ионами металла, преимущественно серебра, достигнуто следующее. Упрощен процесс контроля за счет исключения датчиков параметров воды (используется в качестве датчика электродная пара), сокращено число измеряемых параметров (определяется скорость изменения напряжения на электродах как комплексный показатель), исключены сложные операции по обслуживанию и регулярным калибровкам ионоселективного датчика (необходима только однократная калибровка электродной пары). Как следствие, повышается надежность проводимого контроля за счет сокращения аппаратных средств измерения. При реализации предлагаемого способа активного контроля с корректировкой выбранного режима управления процессом обработки жидкости по результатам выполненного измерения скорости изменения напряжения на электродах обеспечивается стабильность заданной концентрации ионов металла. Проведенная экспериментальная проверка показала, что погрешность получения заданной концентрации ионов серебра до применения предложенного способа активного контроля составляла до 50, а иногда - до 87%. После применения способа контроля она снижена до 15...20%. Этот способ может применяться при подготовке питьевой воды, воды для бассейнов, при обработке жидкостей содержащих алкоголь, для консервации соков и т.п.