Как работает электрохимическая активация (ЭХА)?

Электрохимическая активация — технология, которая выглядит сложной, но имеет крайне простые исходные ресурсы: соль, вода и электричество. Из этих трёх ресурсов производится мощный дезинфектант, и никакой другой химикат не требуется.

Базовый принцип: электролиз

В основе системы лежит электролизная ячейка. Через эту ячейку пропускается разбавленный солевой раствор (хлорид натрия). Когда к электродам внутри ячейки прикладывается электричество, молекулы воды и соли вступают в электрохимические реакции.

Хлорид-ионы в растворе окисляются на аноде и реагируют с водой, образуя хлорноватистую кислоту (HOCl). Результат — раствор с низкой концентрацией соли, но высокой обеззараживающей способностью.

Диафрагменные и бездиафрагменные ячейки

Ячейки ЭХА бывают двух основных типов:

• Бездиафрагменные (одна ячейка): анод и катод находятся в одной камере. Получаемый раствор — сбалансированный дезинфектант с почти нейтральным pH, в котором преобладает хлорноватистая кислота. Это самый распространённый тип для обеззараживания воды и поверхностей.
• Диафрагменные (мембранные): анод и катод разделены мембраной, что даёт два раствора: сильный окислитель (анолит) и щелочной восстановитель (католит). Применяются в специальных приложениях.

Для большинства применений обеззараживания воды и поверхностей предпочтительна схема, дающая раствор хлорноватистой кислоты с нейтральным pH, поскольку она обеспечивает одновременно и самую эффективную форму хлора, и щадящий для оборудования pH.

Производство по потребности

Важнейшая эксплуатационная особенность систем ЭХА — способность работать по потребности. Система автоматически запускает и останавливает производство на основе измерения свободного хлора на дозируемой линии. В результате:

• Перепроизводство и передозировка предотвращаются.
• Раствор всегда используется свежим, без проблемы срока хранения.
• Дозирование согласуется с реальной потребностью объекта в режиме реального времени.

Почему производство на месте?

В традиционном методе дезинфектант (например, гипохлорит натрия) покупается в бочках, перевозится и хранится. Эта цепочка порождает ряд проблем: требования к перевозке и хранению опасных грузов, потеря эффективности со временем и постоянная зависимость от поставок.

Производство на месте устраняет эту цепочку. Объект производит собственный дезинфектант, держа в запасе лишь соль наряду с электроэнергией. Это даёт явную разницу как для безопасности, так и для эксплуатационных затрат.

Где это применяется?

Технология ЭХА сегодня применяется в широком диапазоне — от сетей питьевой воды до плавательных бассейнов, от пищевых производств до медицинских учреждений, от сельскохозяйственного полива до животноводства. Общий знаменатель всегда один: потребность в безопасном, эффективном и непрерывном обеззараживании.

Что на самом деле определяет эффективность: редокс-потенциал

Силу раствора ЭХА обычно описывают одним числом — концентрацией свободного хлора. Измерения показывают, что картина сложнее.

Ким, Хун и Брэкетт разделили переменные, определяющие эффективность электролизной окислительной воды: pH, окислительно-восстановительный потенциал (ORP) и остаточный хлор. Сравнивая с химически модифицированными растворами, воспроизводящими свойства ЭО-воды, они оценили вклад каждой переменной в инактивацию по отдельности. Определяющей величиной оказался ORP.1

Для эксплуатации это значит: редокс-потенциал — не производный показатель свободного хлора, а самостоятельный параметр процесса, требующий контроля. Именно поэтому наши системы измеряют и передают ORP независимо.

Почему pH настолько важен

Какая доля образующегося на аноде хлора остаётся в активной форме хлорноватистой кислоты, определяется pH воды. Константа диссоциации, описывающая это равновесие, была измерена в 1948 году: pKa ≈ 7,5.3

Практическое следствие: при pH 6 в активной форме находится около 97 % свободного хлора; при pH 8 — 26 %, при pH 9 — 3 %. То, что бездиафрагменные ячейки работают вблизи нейтрального pH, не случайность, а прямое следствие этой кривой.

Измеренное действие на вирусы

Эффективность электролизной воды не ограничивается бактериями. Тамаки с соавторами испытали нейтральную электролизную воду против вирусов гриппа птиц.

Вывод: при содержании свободного хлора 43 ppm и выше титр высокопатогенного H5N1 и низкопатогенного H9N2 снижался более чем на 5 log за 1 минуту и необратимо. При концентрации свободного хлора ниже 17 ppm эффект отсутствовал; минимальный порог вирулицидного действия оценён примерно в 40 ppm.4

Примечательная деталь той же работы: из вируса, инактивированного нейтральным раствором, не удалось амплифицировать ни одного фрагмента вирусного гена — то есть речь идёт о структурном разрушении, а не о поверхностной потере активности.

Положение метода в промышленности

Промышленное применение электролизной воды обобщено в рецензируемой литературе. Обзор, посвящённый пищевой промышленности, фиксирует, что единственным химическим реагентом метода является соль, что производство возможно непосредственно на месте применения и что метод даёт экономические и экологические преимущества перед традиционными системами.2