Отримання активного хлору та гіпохлориту натрію в закритому електролізері

Анотація

Сьогодні умовах ведення війни постійно відбувається локальне забруднення довкілля внаслідок використання вибухових речовин, пожеж, розливу паливно-мастильних матеріалів тощо. Щодня, небезпека збільшується при пошкодженні систем водовідведення різноманітних підприємств, таких як видобувні  підприємства, об’єкти енергетики, металургії, хімічної, нафтохімічної промисловості, шламосховищ високотоксичних відходів. Поруч із цим існує і масштабується проблема високоефективного очищення води, насамперед питної. Внаслідок знищення Каховського водосховища у 2023 році різко загострилась проблема утилізації шахтних вод, які характеризуються високим рівнем мінералізації, значним вмістом заліза, марганцю та інших токсикантів. В даному випадку немає водних ресурсів для розведення шахтних вод перед їх скидом. Незважаючи на значну кількість розробок в галузі контролю якості води, технологій водоочищення, ряд проблем в даному напрямку залишаються невирішеними.  Існуючі технології неефективні  при перевищенні рівнів мінералізації та жорсткості води. Мова йде про південні області нашої країни та Донбас.  У Миколаєві після зниження агресором водозабору на Дніпрі, в централізованій системі водопостачання подають солонувату воду з лиману. Відомо, що концентровані сольові розчини, котрі утворюються і все таки присутні поруч із проблемами, описаними вище, практично не переробляються. Їх скидають у більшості випадків у поверхневі водойми навколишнього природнього середовища, що суттєво погіршує стан водних екосистем України. Ситуація погіршується тим, що значна частина шахтних вод придатних для використання, через проблему утилізації концентратів не використовується, а скидається у довкілля після розведення, або, навіть, без розведення та очищення, так як ресурсу на розведення просто немає в реаліях сьогодення. Саме тому, проблема переробки концентратів баромембранного очищення з отриманням вторинних корисних продуктів була метою досліджень даної роботи. Дефіцит ресурсів прісних вод в Україні останнім часом компенсується використанням артезіанських вод, поверхневих вод та шахтних вод із підвищеною мінералізацією. Використання таких вод в комунальних господарствах, промисловості можливе лише після її опріснення. Головним методом опріснення таких вод є зворотній осмос та нанофільтрування. Застосування баромембранних методів в значній мірі обмежується складністю переробки та утилізації концентратів, що утворюються при очищенні води. Враховуючи великі об’єми відходів розчинів хлориду натрію в Україні та дефіцит реагентів для знезараження води, дезінфекції інших середовищ, відбілювання целюлози, паперу, тканини, доцільним є використання даних відходів для отримання активного хлору, гіпохлориту натрію тощо. Здавалось би, це не складно. Адже, технології отримання активного хлору, інших окислених сполук хлору досконало відпрацьовано. Однак, при виробництві окислених сполук хлору використовуються насичені, чисті розчини хлориду натрію з концентрацією > 100 г/дм³. Більше того, при отриманні окислених сполук хлору не стоїть задача  повного вилучення хлоридів з води. Як правило процес ведуть з метою досягнення максимального виходу за струмом отриманого активного хлору або гіпохлориту натрію  з частковим вилученням хлоридів з води,   підтримуючи в електролізері концентрацію хлориду натрію на заданому рівні за рахунок розчинення сухого реагенту у реакційній суміші. При переробці відпрацьованих розчинів процесів знесолення води, насамперед, стоїть задача максимально повного вилучення хлориду натрію з води з отриманням корисних речовин і тому дотримуватись умов класичних процесів отримання сполук окисленого хлору просто неможливо. Крім того, при зниженні вмісту хлоридів у воді, вихід за струмом окислених сполук хлору суттєво знижується. Тому, нами були вивчені процеси окислення хлоридів у двокамерному електролізері з використанням дифузійної, аніонної (МА-41) та катіонної (МК-40) мембран. Для запобігання значним втратам хлору у вигляді Cl₂ та ClO₂ при дегазації використовували герметичний електролізер. З анодної камери відводили окислені сполуки хлору, з катодної камери відводили водень.  При використанні катіонітової мембрани паралельно із активним хлором в анодній камері отримували розчин лугу в катіонній камері.