Автоматика электролиза воды для гипохлорита

Электролизёр для получения гипохлорита натрия на месте (OSG — On-Site Generation) — современная альтернатива поставке жидкого гипохлорита в бочках. Из поваренной соли (NaCl) и воды при электролизе получается раствор гипохлорита натрия с концентрацией 0,5-1% активного хлора. Безопаснее транспортировки опасного жидкого хлора, экономичнее закупки готового гипохлорита.

Устройство электролизёра

• Солевой бак — сухая поваренная соль, вода насыщает её до рассола (26% NaCl)
• Умягчитель — удаление кальция и магния из воды (иначе кальций осаждается на электродах)
• Электролизная ячейка — титановые электроды с покрытием из иридия/рутения (DSA — Dimensionally Stable Anode)
• Выпрямитель — преобразование переменного тока в постоянный (напряжение 5-10 В, ток десятки-сотни А)
• Теплообменник — охлаждение (КПД электролиза ~50%, остальное — тепло)
• Бак готового продукта — хранение гипохлорита перед дозированием
• Система удаления водорода — побочный продукт электролиза, взрывоопасен в смеси с воздухом

Контуры автоматики

Контур приготовления рассола

• Датчик проводимости в баке насыщения — должен быть 26% NaCl (проводимость ~250 мСм/см при 25°C)
• Автоматический долив воды при падении уровня в солевом баке (срабатывает когда соль растворена)
• Насос рассола с частотным преобразователем — подача пропорциональна току электролизёра

Контур электролизёра

Главный параметр — ток электролизёра. Он прямо пропорционален производительности по гипохлориту (закон Фарадея: 1 А·час ~ 0,96 г хлора). Автоматика:

• Задание тока от 20% до 100% в зависимости от потребности
• Выпрямитель с управлением по 4-20 мА или Modbus RTU
• Контроль напряжения на ячейке — рост напряжения при постоянном токе означает загрязнение электродов (нужна кислотная промывка)

Контур охлаждения

Критичный. Перегрев электролита (>40°C) разрушает покрытие электродов и ускоряет их старение. Автоматика регулирует расход охлаждающей воды через трёхходовой клапан по датчику температуры на выходе электролизёра.

Контур концентрации готового продукта

Датчик концентрации гипохлорита (амперометрический, 0-2% активного хлора) в баке готового продукта. При падении концентрации ниже уставки — увеличение тока электролизёра. При превышении — снижение тока.

Контур удаления водорода

Самый критичный с точки зрения безопасности. Водород (H₂) выделяется на катоде, 1 м³ H₂ на 1 кг хлора. В смеси с воздухом 4-74% H₂ взрывоопасен (НКПР 4%). Автоматика:

• Вентилятор удаления H₂ из электролизёра и бака готового продукта (разбавление воздухом в 20-30 раз, концентрация падает до <0,2% — безопасно)
• Датчик H₂ в вытяжке — тревога при 10% НКПР (0,4% H₂)
• Автоматический останов электролиза при отказе вентиляции

Контур дозирования готового продукта

Из бака готового продукта через насосы-дозаторы Grundfos DME/DDA — в основной поток воды. Логика — такая же как при обычном хлорировании готовым гипохлоритом.

Типовые системы

• MIOX (США) — классика рынка
• ClorTec (США)
• ProMinent CHLORINSITU (Германия)
• Эргомер, Акваэнерго (РФ) — российские производители

Экономика

Себестоимость гипохлорита при OSG-производстве: 2-5 руб за 1 грамм активного хлора (vs 8-15 руб при покупке готового). Для водоканала 100 тыс. ЖКХ с расходом 50-100 кг Cl₂/сутки экономия 2-5 млн руб/год. Срок окупаемости установки OSG (10-20 млн руб с монтажом) — 3-7 лет.

Нормативная база

СП 31.13330, ПБ 09-594-03 (правила безопасности для производства гипохлорита натрия), ГОСТ 11086-76 (гипохлорит натрия).

Что даёт автоматика

• Безопасность — исключает ручную работу с жидким хлором (отменяется класс химической опасности помещения)
• Экономия 50-70% на хлор-реагенте по сравнению с закупкой готового гипохлорита
• Автоматический контроль H₂ — критически важен (без автоматики установка юридически не допускается к эксплуатации)
• Защита дорогих электродов (DSA-анод стоит 100-500 тыс. руб) от перегрева и загрязнения
• Интеграция с общей SCADA водоканала по Modbus TCP