CC BY
129
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 621.357:541.13:577.3
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОАКТИВАЦИИ ВОДЫ
В.Г. Абезин, доктор технических наук, профессор
Волгоградский государственный аграрный университет
С.Я. Семененко, директор, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий
г. Волгоград
Разработана технологическая схема и конструкция установки для электроактивации оросительной воды, позволяющая получать электроактивированные растворы, используемые в бытовых условиях и для орошения сельскохозяйственных культур, что обеспечивает повышение урожайности на 16,6.. .24,3 % и снижение экономических затрат на приобретение удобрений.
Ключевые слова: электроактивация воды, окислительно-восстановительный потенциал, анодная камера.
Электроактивация позволяет без применения химических реагентов направленно изменять в широких пределах кислотно-основные, окислительно-восстановительные и каталитические свойства разбавленных водных растворов, а также воды и использовать такие метастабильные жидкости вместо традиционных растворов химических реагентов в различных технологических процессах с целью экономии энергии, времени, материалов и затрат труда.
Воздействие на воду постоянного электрического тока вызывает поступление электронов в воду у катода и удаление электронов из воды у анода, что сопровождается серией электрохимических реакций на поверхности катода и анода, в результате которых образуются новые вещества, изменяется система межмолекулярных взаимодействий и структура воды как растворителя.
При катодной обработке вода приобретает щелочную реакцию за счет превращения некоторой части растворенных солей в гидроксиды. Понижается окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) воды, уменьшается поверхностное натяжение, снижается содержание растворенных кислорода, азота, уменьшается электропроводность, изменяется структура гидратных оболочек и свободного объема воды, увеличивается концентрация водорода.
При анодной обработке воды увеличивается кислотность, электропроводность, содержание растворенных хлора и кислорода, ОВП, уменьшается поверхностное натяжение, концентрация водорода, азота, изменяется структура воды.
Количественной характеристикой кислотности или щелочности воды является водородный показатель рН, который определяется активностью ионов водорода, то есть соотношением концентрации ионов гидроксония Н30+ и гидроокисла ОН-. При рН=7 вода нейтральная, это способствует равенству концентраций этих ионов.
Основными процессами, обеспечивающими жизнедеятельность любого организма, являются окислительно-восстановительные реакции, то есть реакции, связанные с передачей или присоединением электронов. Энергия, выделяемая в ходе этих реакций, расходуется на поддержание и регенерацию клеток организма - обеспечение процесса жизнедеятельности. Если поступающая в организм вода имеет ОВП, близкий к
89
значению ОВП внутренней среды организма, то электрическая энергия (жизненная энергия организма) не расходуется на коррекцию активности электронов воды и вода быстро усваивается, так как обладает биологической совместимостью по этому параметру [1].
Изменение окислительно-восстановительного потенциала обеспечивается с помощью установки для электроактивации [4], которая состоит (а) из напорного источника 1 обрабатываемой воды, из электролитического элемента модульного типа 2, выполненного в виде диафрагменного цилиндрического электролизера, перед входными патрубками 3, 4 которого установлены манометр 5 и вентиль 6, а выходные патрубки 7, 8 оборудованы вентилями 9, 10 и расходомерами 11, 12, из источника тока 13, соединенного с анодом 14 и катодом 15 через узел коммутации, включающий разделительный трансформатор 16, регулятор напряжения 17, диодный мост 18, вольтметр 19, амперметр 20.
Основным конструктивным узлом установки для получения электрохимически активированной питьевой и оросительной воды является диафрагменный электролизёр 2 с вертикально установленными цилиндрическими электродами: трубчатым катодом 15 и стержневым анодом 14, выполненных из нержавеющей стали пищевого назначения, между которыми размещена тонкостенная трубчатая пористая диафрагма 21, выполненная, например, из недефицитного и недорогостоящего экологически совершенного материала - трубчатого полипропилена, по внешней поверхности которого просверлены радиальные отверстия диаметром от 1 до 8мм с шагом: для отверстий диаметром 4...8 мм - 15 мм; для отверстий диаметром 2...4 мм - 8 мм; для отверстий диаметром 1.2 мм - 6 мм, причем по внешней поверхности диафрагма покрыта плотно натянутым нетканым полотном по ТУ 17 РСФСР 62-11262-86 (состав, мас. %: полипропилен 70, полиэфир 30) или другим экологически приемлемым водостойким материалом, разделяющая межэлектродное пространство на две электродные камеры -анодную 22 и катодную 23.
Рисунок 1
Электроды 14, 15 и диафрагма 21 закреплены взаимно неподвижно, герметично и строго коаксиально при помощи втулок 24 из диэлектрического материала и эластичных уплотнительных колец 25, 26, 27. Все уплотнения в диафрагменном электролизёре герметизируются при стягивании электродов 14 и 15, диафрагмы 21, втулок 24 и головок 28 при помощи гаек 29 с шайбами на резьбовых (концевых) частях анода 14. Каждая втулка снабжена патрубками для гидравлического сообщения с соответствующей электродной камерой: через патрубки 3, 7 обеспечивается проток воды в катодной камере 23, через патрубки 4, 8 - в анодной камере 22. На клеммах анода 14 и катода 15 имеются гайки 31 с шайбами 32 для обеспечения электрического контакта.
Внутренний диаметр полого цилиндрического катода 15 и диаметр стержневого анода 14 устанавливают из следующих зависимостей:
Бк = 0,6 • к 4 02/ Н (1 -11,5-10 Ь • к,)/А3ТД (1)
и
Ба = Бк - 2 (А1+ А2 + 5), (2)
а величину скорости движения воды в катодной камере 23 - из выражения
V =—1270— (3)
где Dк - внутренний диаметр полого цилиндрического катода, мм; k - коэффициент
— 1 1 соответствия размерностям, м12 • с2; к - коэффициент пропорциональности, м ; Q -
максимальная производительность установки, м/с; Н0 - напор воды перед входом в катодную камеру, м; L - длина катодной камеры, м; А1 < 0,004 - зазор между внутренней поверхностью полого цилиндрического катода и диафрагмой, м; А2 < 0,004 - зазор между поверхностью анода и внутренней поверхностью диафрагмы, м; 5 - толщина диафрагмы, м; Vк - скорость движения воды в катодной камере, м/с; Dd = - 2А1)
- внешний диаметр диафрагмы, м. (4)
Входной патрубок катодной камеры выполнен в виде полого цилиндра, длину которого определяют из зависимости /1вх > 3ё1вх , а его внутренний диаметр -
ё!вх = 0,908 Dк , (5)
где /1вх - длина входного цилиндрического патрубка катодной камеры, м; ё1вх - внутренний диаметр входного цилиндрического патрубка катодной камеры, м; Dк - внутренний диаметр полого цилиндрического катода, м.
Выходной патрубок катодной камеры выполнен в виде усеченного полого конуса, длину которого устанавливают из зависимости /2вых > 3ё2вых, а диаметры конуса
¿1Вых = 0,454 Dк (6) и ё2Вых = 0,908 DIЬ (7)
где /2вых - длина выходного патрубка катодной камеры, м; ё1вых - наименьший внутренний диаметр выходного конически сходящегося патрубка катодной камеры, м; ё2вых
- наибольший внутренний диаметр выходного конически сходящегося патрубка катодной камеры, м; Dк - внутренний диаметр полого цилиндрического катода установки, м.
Длину входного цилиндрического патрубка анодной камеры принимают из соотношения
/звх = 3ёзвХ , (8)
а его внутренний диаметр устанавливается из соотношения
ёзвх = 0,68 Dк , (9)
где /3вх - длина входного патрубка анодной камеры, м; ё3вх - внутренний диаметр входного цилиндрического патрубка анодной камеры, м; Dк - внутренний диаметр цилиндрического катода, м.
Выходной цилиндрический патрубок анодной камеры имеет длину
/4вых > 3ё4вых (10) с внутренним диаметром ё4вых = 0,454 Dк , (11)
где /4вых - длина выходного патрубка анодной камеры установки, м; ё4вх - внутренний диаметр выходного цилиндрического патрубка анодной камеры установки, м; Dк -внутренний диаметр цилиндрического катода, м.
Установка для электрохимической активации питьевой и оросительной воды работает следующим образом.
Обрабатываемая вода из напорного источника 1 под рабочим давлением от 0,2 МПа до 0,8 МПа подается через патрубки 3 и 4 в катодную 23 и анодную 22 камеры. При подаче потенциала напряжением 24В на анод 14 и катод 15 в камерах 22 и 23 начинается процесс электролиза воды. Под действием электрического тока на аноде 14 происходит разряд молекул воды с образованием Н+ и газообразного кислорода. На катоде 15 происходит разряд молекул воды с образованием ионов ОН- и газообразного водорода. Вследствие этого, в анодной камере 22 получают анолит с рН 2,7...4,5 и окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП), равным +400.1100 МВ, а в катодной камере 23 - католит с рН 10,9.11,8 и ОВП в пределах -150.-1050 МВ.
Исследованиями, проведенными в полевых условиях на землях крестьянско-фермерского хозяйства И. Гордеевой, за 3 года установлено повышение средней урожайности томатов при использовании католита -200мВ и -500мВ на 16,6 и 24,3 % соответственно. При этом период вегетации томатов уменьшился в среднем на 9-10 дней [2, 3].
Библиографический список
1. Прилуцкий, В.И. Электрохимически активированная вода: аномальные свойства, механизм биологического действия [Текст]/ В.И. Прилуцкий, В.М. Бахир. - М.: ВНИИИМТ, 1997. - 228 с.: ил.
2. Семененко, С.Я. Оросительные системы с модулем активации воды [Текст]/ С.Я. Семененко, В.Г. Абезин // Научная жизнь. - 2012. - № 3. - С. 126-132.
3. Совершенствование технологии и технических средств орошения сельскохозяйственных культур дождеванием [Текст]/ С.Я. Семененко, В.Г. Абезин, А.Л. Сальников, А.Н. Руденко// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2013. - № 1 (29). - С. 169-174.
4. Установка для электрохимической активации питьевой и оросительной воды [Текст] : патент 2252920 С1 Российская Федерация C 02 F 1/46. /В.В. Карпунин, А.Г. Алимов, В.В. Карпунин, А.Н. Лагутин, А.А. Алимов, А.М. Салдаев, В.Г. Абезин // Заявл. 28.06.2004, опубл. 27.05.2005. Бюл. № 15.
E-mail: pniiemt@yandex.ru
