ChSTU repository

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________  
          «Допущено до захисту» 
     Завідувач кафедри  д.т.н., 
професор 
    _________Геннадій СТОЛЯРЕНКО 
                                                                       «____»  _________________2022р. 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
на тему 
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД 
ПІДПРИЄМСТВА. СТАДІЯ ЕЛЕКТРОАКТИВАЦІЇ. 
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
Науковий керівник Виконавець роботи 
д.т.н., професор магістрант 
  
___________Геннадій СТОЛЯРЕНКО __________ Андрій МОРОЗОВ  
 
  
  
  
  
      Нормоконтроль                         Наталія ФОМІНА 
  
 
 
Черкаси 2022 
 
ВСТУП 
 
 
Актуальність теми. Одним із найбільш цінних скарбів, якими 
забезпечила нас природа, є вода. Без води неможливе життя. Вода – 
будівельний матеріал клітин, розчинник, який надає потрібні поживні 
речовини організмам і виводить відходи життєдіяльності із організмів. Вода 
незамінна в господарчій, промисловій та сільськогосподарській діяльності 
людини.  
Стічні води дуже забруднені. В них накопичуються речовини 
органічного і мінерального походження а також важкі метали, видалення 
яких з кожним днем стає все складніше і дорожче. Тому любі дослідження, 
що направлені на скорочення токсичних і хімічно – шкідливих інгредієнтів в 
промислових стоках і в природній воді є дуже актуальними і виправдовують 
свої затрати.  
Серед багатьох методів обробки води важливе місце займають 
електрохімічні методи. Використання їх для очистки природних і стічних вод 
дозволяє відмовитися від використання хімічних реагентів, виключити ріст 
водної фази, отримати необхідні реагенти безпосередньо з води, що 
обробляється. Особливо ефективне використання цих методів при створені 
безвідходних і маловідходних технологій в замкнутих системах водного 
господарства, де введення любої речовини обов’язково приводить до її 
накопичення.  
В останні роки в технології електрохімічної очистки вод основне 
значення в розвитку отримали методи бездіафрагменного електролізу з 
розчинними електродами, які забезпечують генерацію твердої фази 
гідроксидів металу, і які мають підвищені адгезійні властивості, а також 
властивості сорбції.  
Окисно – відновні процеси на електродах і в об’ємі електроліту, 
утворення газової фази, вплив напруги електричного поля приводять до 
перетворення домішок води, їх ефективному виділенню з водної фази. 
З недавніх пір увагу дослідників привертає активована вода, яку 
отримують шляхом електроактивації водопровідної або дуже мінералізованої 
води. Метод активації розроблений співробітниками Середньоазіатського 
НДІ природного газу і в основі його покладений давно відомий хімічний 
процес, який проходить при пропусканні струму через розчин електроліту - 
електроліз. Новизна дослідного способу активації полягає в виключенні 
перемішування електроліту після відключення електричного струму. При 
електричному способі активації води різко змінюються її властивості ( 
електропровідність, поверхневий натяг, густина, окисно – відновний 
потенціал, рН, діелектрична проникність). Змінити ці властивості можна 
цілеспрямовано: так величину рН можна змінювати в межах 2-12, отримуючи 
таким чином середовище яке сприяє для позитивного кінця процесу обробки 
тканин, який використовують в легкій промисловості. 
Активована вода використовується також в медицині, для очистки 
стічних вод, у виноробстві, в гірськозбагачувальній промисловості, 
нафтовидобувній промисловості та інших. 
Мета і задачі дослідження. Метою роботи являється вибір та 
обґрунтування ефективної  технології очищення стічних вод для зниження 
вмісту солей твердості, важких металів та інших мікроелементів і 
бактеріальних домішок мінерального, органічного та бактеріального 
походження  для покращення показників якості водних об’єктів та 
зменшення впливу цих речовин на навколишнє середовище. 
Реалізація поставленої мети передбачає вирішення таких задач: 
- дослідити та оцінити хімічний склад стічних вод; 
- проаналізувати стічні води на відповідність їх вимогам можливих 
споживачів; 
- провести аналіз ефективності існуючих методів очищення; 
Об’єкт дослідження – стічні води хімічних підприємств. 
Предмети дослідження - взаємозв’язок концентрації солей твердості у 
воді з такими факторами, як сила струму, напруга та час електроактивації. 
Методи дослідження. Дослідження були проведені в лабораторних 
умовах на експериментальних установках. На установці електрохімічної 
демінералізації води дослідження проводилися за допомогою електродів що 
були поміщені в оболонки з напівпроникних мембран. На кондуктометрі 
МР521 лабораторному для вимірювання pH (±0.01) та електропровідності 
(±1.0%), проводили вимірювання електропровідності для визачення 
загального солевмісту в розчинах електроліту з анодного та катодного 
просторів, та змішаного розчину з двох просторів. 
Наукова новизна одержаних результатів: 
- теоретично обґрунтовано та експериментальним шляхом 
підтверджено доцільність використання в процесах очистки стічної води 
електрохімічного активатора з напівпроникною мембраною; 
- теоретично розроблено проект електрохімічного реактора для 
демініралізації стічних вод хімічних підприємств. 
Практичне значення отриманих результатів: розроблено технологію 
інтенсифікації процесів доочищення стічних вод за допомогою 
електрохімічного реактору для демінералізації з напівпроникною 
мембраною, а також методику інженерних розрахунків для визначення 
необхідних параметрів ефективнох роботи данної установки. Це дало 
можливість істотно збільшити ефективність очистки стічних вод та 
забезпечити покращення якості очищеної води до потрібних показників. 
Особистий внесок здобувача: аналіз літературних джерел про методи 
електрохімічної очистки стічних вод і конструкції відповідних апаратів, 
обґрунтування шляхів інтенсифікації роботи установки для електрохімічної 
активації стічних вод, розробка конструкції лабораторної установки, 
методики експериментальних досліджень і проведення лабораторних 
досліджень стічної води та обробка отриманих результатів, теоретичне 
обґрунтування розробленої технології очистки стічних вод. 
Публікації. За матеріалами кваліфікаційної роботи магістра 
опубліковано статті в наукових журналах. 
  
1 АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ОБ'ЄКТУ ДОСЛІДЖЕННЯ 
 
 
В наш час існують три основних напрямки промислового застосування 
електрохімічних методів очищення вод, що містять розчинні домішки: 
- видалення розчинених неорганічних сполук - солей з одночасною 
утилізацією концентрованих продуктів; 
- видалення розчинених органічних домішок у результаті їхнього 
анодного окиснення або катодного відновлення; 
- видалення завислих органічних і неорганічних домішок шляхом 
електрокоагуляції з використанням розчинних сталевих або алюмінієвих 
анодів. 
 Процеси демінералізації під впливом електричного поля на 
водяні розчини можна класифікувати в такий спосіб: 
 1. Електрофорез. 
 2. Електрохімічна активація. 
 3. Електродіаліз. 
 4. Електрохімічна коагуляція.  
Перший вплив включає застосування електричне поля для мало 
концентрованих суспензій, частки яких при накладенні цього поля 
поводяться як вільно заряджені а, отже, піддаються керуванню полів. Третій і 
четвертий вплив використовують в основному полі як генератор що утворює 
коагулюючих і знезаражуючих іонів і коагулянту, відповідно. Найбільш 
повно використовуються ефекти, що виникають у дисперсії при накладенні 
електричного поля, другий напрямок - електрокоагуляція. 
Перший, третій і четвертий напрямки можуть бути використані в 
технології очищення водяних розчинів як методи зниження мутності, 
кольоровості й знезаражування, а також зниження вмісту органічних сполук. 
Електродіалізний метод. Електродіаліз - це спрямований перенос іонів 
через розміщену в розчині електроліту іоноселективну мембрану під дією 
електричного поля. У його основі лежать процеси, кількісно описані 
законами електрохімії, гідродинаміки, масообміну. 
В електричному полі постійного струму катіони в розчині 
переміщуються в напрямку негативно зарядженого катода, а аніони в 
протилежному напрямку, до позитивно зарядженого анода. Електролітичний 
перенос іонів через мембрани супроводжується процесами діалізу, осмосу й 
електроосмосу, що знижують ефективність електродіалізу із причин які 
лежать у суті цих самих процесів.  
Діаліз це дифузійний процес переносу розчиненої речовини через 
мембрану за рахунок різниці активності розчинених речовин з обох сторін 
мембрани. Активність розчинених речовин в камерах концентрування вище, 
ніж в камерах деіонізації, тому потік розчинених речовин через мембрани 
спрямований протилежно потоку мігруючих іонів. Це знижує масопереніс й 
ефективність електролізу. 
Електродіаліз широко використовується, як при опрісненні 
мінералізованих вод, так й у технологічних процесах очищення, що говорить 
про перспективність цього методу. 
Великі успіхи досягнуті при використанні електродіалізу для 
концентрування, контролю й модифікації неорганічних розчинів, що містять 
солі калію й натрію, для знезаражування рідких радіоактивних стічних вод, 
видалення з допомогою електродіалізу радіоактивних іонів із стічних 
розчинів ядерних реакторів, а також електролітичне відновлення стічних вод 
у процесі гальванопокриття. За допомогою електродіалізу із стічних вод 
виділяються іони важких металів. Метод електродіалізу застосовується для 
одержання колоїдних розчинів Аl, Cr, Мn тощо.  
В основі електродіалізу лежить здатність мембран, виготовлених з 
іонообмінного матеріалу, вибірково пропускати тільки катіони (К-мембрани) 
або аніони (А-мембрани). 
В електродіалізному процесі велике значення мають ефективність й 
якість мембран. Ефективність застосування мембран знижується 
концентраційною поляризацією, що супроводжується утворенням осадів у 
діалізних камерах, а також отруєнням.  
Інтенсивність переносу іонів через мембрани визначається величиною 
густини струму й перебуває в прямій залежності від неї. Однак можливість 
збільшення густини струму обмежена граничними значеннями, при яких 
внаслідок розходження чисел переносу в мембранах і розчині на границі 
розподілу фаз виникає явище концентраційної поляризації. Воно приводить 
до зниження концентрації в прилягаючому до мембрани шарі діалізованого 
розчину, знижує коефіцієнт виходу по струму через небажаний перенос через 
мембрани іонів водню й гідроксилу, сприяє випаданню на поверхню 
мембрани осадів, наприклад, у вигляді важкорозчинних гідроксидів і 
карбонатів іонів твердості при опрісненні солоної води. 
Застосування такого процесу дає можливість не тільки знизити 
солевміст у воді, але й провести знезаражування води, що спрощує 
технологію водо підготовки. На процес знезаражування позитивний вплив 
робить вміст у розчині хлоридів натрію. 
Електрохімічний метод очищення, є універсальним методом, що 
ефективно використовує ряд явищ. 
Переваги методу - можливість роботи в присутності органічних сполук, 
заміна напівпроникних перегородок на проникні, простота конструкції, 
головне, можливість удосконалення конструкції, за рахунок цього, 
мінімізація витрат, а також видалення солей у вигляді осаду. 
Для нашого випадку становлять інтерес процеси опріснення води з 
використанням електроактивації.  
 
 
 
 
 
 
1.1 Фізико-хімічні основи процесу 
 
 
Чиста вода погано проводить електричний струм, але все ж таки має 
властивості електропровідності, яка пояснюється невеликою дисоціаціє води 
на іони водню і гідроксид – іони: 
 
H O H  OH 
                                                2                                         (1.1) 
 
За величиною електропровідності чистої води можна обчислити 
концентрацію іонів водню та гідроксид – іонів у воді. При 250С вона 
дорівнює 10-7 моль/л.  
Рівняння константи дисоціації води має такий вигляд: 
 
  
K  H   OH 
H O
                                                    2  ,                                    (1.2) 
 
де К – константа дисоціації води; 
[Н+] – концентрація іонів водню, моль/л; 
[ОН-] – концентрація гідроксид – іонів, моль/л; 
[Н2О] – концентрація води, моль/л. 
Або: 
 
H    OH    H OK
                                            2                                       (1.3) 
Оскільки ступінь дисоціації води дуже мала, то концентрація 
недисоційованих молекул Н2О в воді практично рівна загальній концентрації 
води, тобто 55 моль/л. В розбавлених водних розчинах концентрацію води 
можна рахувати такою самою. Тому, замінивши в рівнянні (1.3) похідну 
H2OK   константою КН2О , будемо мати: 
H    OH    K
                                                        H2O ,                                (1.4) 
 
Отримане рівняння показує, що для води і розбавлених водних 
розчинів при незмінній температурі похідна концентрації іонів водню і 
гідроксид – іонів є величина постійна. Ця величина називається іонною 
похідною води.  
Числове значення цієї величини можна отримати підставивши в 
рівняння (1.4) концентрації іонів водню і гідроксид - іонів. В чистій воді при 
H 
   OH   1107
250С моль/л. Тому для вказаної температури: 
 
K 107 107 1014
                                             H2O                                     (1.5) 
 
Розчини, в яких концентрації іонів водню і гідроксид - іонів однакові, 
називають нейтральними розчинами.  
В кислих розчинах більша концентрація іонів водню, в лужних - 
концентрація гідроксид - іонів. При цьому концентрація іонів водню і іонів 
гідроксид - іонів залишається постійною. 
Якщо, наприклад, до чистої води додати стільки кислоти, щоб 
концентрація іонів водню підвищилась до 10-3 моль/л, то концентрація 
H    OH  
гідроксид - іонів знизиться так, що константа     залишиться рівною 
10-14. Отже, в цьому розчині концентрація гідроксид - іонів буде: 
 
 1014
OH   1011
  3
                                           10 моль/л.                             (1.6) 
 
І навпаки, якщо додати до води луг і тим самим підвищити 
концентрацію гідроксид – іонів, наприклад, до 10 -5 моль/л, то концентрація 
іонів водню буде становити: 
 
1014
H
   109
5
                                                 10 моль/л                           (1.7) 
 
Ці приклади показують, що якщо концентрація іонів водню в водному 
розчині відома, то можна визначити концентрацію і гідроксид - іонів. Тому 
ступінь кислотності і ступінь лужності розчину можна охарактеризувати 
концентрацією іонів водню: 
H  
нейтральний розчин             = 10-7 моль/л; 
H  
кислий розчин                       > 10 -7 моль/л; 
H  
лужний розчин                       < 10-7 моль/л. 
Кислотність або лужність розчину можна виразити іншим, більш 
простим способом: замість концентрації іонів водню вказують її десятковий 
логарифм, який взято з протилежним знаком. Остання величина називається 
водневим показником і позначається через рН: 
 

                                                   pH   lg[H ]                                            (1.8) 
 
В нейтральному розчині рН = 7. В кислих розчинах рН < 7 і тим менше 
чим кисліший розчин. І навпаки, в лужних розчинах рН > 7 і тим більша, чим 
більша лужність розчину. 
Процес електрохімічної активації розчинів, залежно від потужності  
струму що подається , електронапруги поля можна розглядати як варіант 
процесу електрокоагуляції. При малих енергетичних величинах з погляду 
демінералізації основним процесом є вплив синтезованих іонів гідроксилу в 
катодній області, що приводить до осадження ряду іонів у вигляді 
гідроксидів. Основні розробки стосуються електродіалізу мінералізованих 
природних, а також оборотних і стічних вод ряду виробництв. Відзначається 
можливість попутного видалення зі стічних вод органічних сполук. 
Електрохімічна активація води, це короткочасний її стан, коли катодні 
й анодні процеси електролізу не встигли нейтралізуватися в об'ємі 
електроліту. На катоді при цьому спостерігається градієнт концентрації 
гідроксильних іонів, що виникає під впливом розряду:  
 
2H O  2e  2OH   H
                                 2 2                                              (1.9) 
 
Надлишок іонів гідроксилу за рахунок високої їх дифузійної здатності 
може бути нейтралізований біля поверхні анода: 
 
4OH   4e  2H O O
                                   2 2                                          (1.10) 
OH   H   H O
                                       2                                                (1.11) 
 
Поділ католіту й аноліту приводить до затиснення останнього: 
 
                              2�� �� − 4��− → 2��+
2 + 2��2                                      (1.12) 
 
Так можна в загальному трактувати процес електрохімічної активації 
води. Набагато складніший хімізм процесів, які протікають при 
електрохімічній активації розчинів. Води природних джерел мають ряд 
найбільш розповсюджених катіонів й аніонів: Са2+, Mg2+, Na+, К+, А13+, 
СІ-,SO42- НСО3-, N03- тощо. 
Під впливом вільних гідроксильних іонів можливо протікання 
декількох конкуруючих з реакціій: 
 
Ca2  2OH  Ca(OH )
                                   2                                          (1.13) 
2Ca2  2OH   SO 2 Ca(OH ) SO
                           4 2 4                                (1.14) 
OH   HCO  CO 2  H O
                                3 3 2                                       (1.15) 
Ca2 CO 2 CaCO
                                     3 3                                            (1.16) 
Mg 2  2OH   Mg(OH )
                                  2                                         (1.17)  
Fe3 3OH   Fe(OH )
                                    3                                          (1.18) 
 
Присутність іона приводить до утворення ряду іонів типу по 
наступному механізму електродних реакцій біля анода: 
 
2Cl  2e  H O  2ClO  2H 
                              2                                    (1.19)  
6Cl  6OH  6e  2ClO 
3  4Cl 3H O
                        2                            (1.20) 
 
Реакція (1.14) може бути здійснена при рості дифузійних процесів і 
міграції іонів з катодного простору. 
Падіння вмісту органічних сполук пов'язують із співосадженням на 
колоїдних частках у катодній області й частковому окисненні розчинених 
органічних речовин в анода.  
рН та Еh – найважливіші показники властивостей природних і стічних 
вод. Ці величини дозволяють оцінити окисно - відновний режим води у 
водоймищах, забруднення її продуктами розпаду органічних сполук, стоками 
промислових підприємств, станами рідкої і твердої фаз на очисних спорудах.  
При підвищені значення рН для природних вод характерний великий 
вміст карбонатів.  
Величини рН та Еh впливають різні фізико - хімічні та біохімічні 
процеси, які відбуваються при видаленні з води складових, що забруднюють 
її. 
Так в процесі окиснення, відновлення, дисоціації або 
комплексоутворення регулюванням рН та Еh можна змінити потенціал, 
напрямок та швидкість хімічних реакцій, окисно - відновну активність 
речовини в розчині, міцність комплексних сполук, при біохімічній очистці 
води - гальмувати чи прискорювати життєдіяльність бактерій, змінювати 
каталітичну активність ферментів мікробної клітини. Приклад цього 
наведено на рисунку 1.1. 
 
Рисунок 1.1 – Орієнтовні значення рН та Еh деяких природних середовищ 
 
В об’ємі електроліту під дією електричного струму протікають складні 
фізико – хімічні процеси, в результаті яких відбуваються такі процеси, як 
коагуляція і флотація частинок, зміна валентності при окисно - відновних 
реакціях за участю домішок води, формування твердої, газової та рідкої фаз, 
деструкція складних органічних сполук, і т.д. 
В свою чергу зміни в об’ємі електроліту впливають на електродні 
реакції, особливо в розбавлених системах. Фізико – хімічний стан 
електроліту визначають продукти електродних реакцій. У таблиці 1.1 
наведені деякі з можливих електрохімічних реакцій при обробці води в 
електрохімічних системах. 
 
 
Таблиця 1.1- Деякі хімічні реакції, можливі при електрохімічній 
обробці води 
Анодні реакції Катодні реакції 
1 2 
2H2O - 4e → 4H++ O2 2Н2O+ 2е → Н2+ 2OН - 
2H2O - 2е → 2H+ + H2O2 O2 + е → O2 - 
O2+ H2O - 2e → Oз+ 2H+ O2+ Н2O+ 2е →  НO2 - + ОН - 
ОН - - е → НО • НO2 - + Н2O+ е → НО • + 2OН - 
ЗН2O - 6е → Оз+ 6H+ O2+ 2 H+ + 2е → Н2O2 
O2+ 2OН - -Зе → Оз+ Н2O cathode + H2O → aq 
Н2O - е → НО • + Н+ H+ + aq → Н • 
Н2O2 - е → НO2 • + Н+ H2O+ aq → Н • + ОН - 
ЗОН - - 2е → НO2- + Н2O СОз2-+ 6H+ + 4е →НСНО+ H2O 
H2O - 2е → 2H+ + О • СОз2-+ 8H+ + 6е → СНзОН+ 2Н2O 
H2O - е → H+ + ОН • 2СОз2-+ 4Н+ + 2е → C2O42-+ 2Н2O 
ЗОН - - 2е→НO2-+ Н2О 2CO2+ 2H+ + 2e → H2C2O4 
2CI - - 2е → Cl2 СO2+ 2H+ + 2е →  НСООН 
Сl -+ Н2О -2e→HCIO+ H+ СОз2-+ 2 H2O+ 2е → НСO2 -+ ЗОН - 
Сl -+ 2 Н2O - 4е →HCIO2+ ЗН+ 2SO4 2- + 5Н2O+ 8е → S2Oз2- + 10 OН 
HCI+ 2Н2O - 5е → СlO2+ 5Н+ 2SO42- + 4Н+ + 2е-  → S2O62-+ 2H2O 
Сl -+ 40Н - - 4е →СlOз -+ 2 Н2O SO4 2- + 4Н2O+ 2е → S0з2- + 2OН - 
Сl - + 40Н - - 5е → • ClO2 + 2 Н2O SO42-+ 4 H+ + 2е → Н2SOз+ H2O 
Сl - + 2OН - - 2е → СlO -+ Н2O NOз- + 5Н2O+ 6е → NH2OH+ 70Н - 
Сl - + 2Н2O - 5е →ClO2+ 4 Н+ 2NOз- + 2Н2O+ 4е → N2O42- + 4OН - 
2SO42- - 2е →. S2O82- N2 + 5H+ + 4е → N2H5+ 
2Н2СОз2- - 2е → C2O62- + 4Н+ Fe2+ + 2e → Fe 
 
При міграції продуктів в глибину розчину відбувається їх хімічна 
взаємодія з домішками або водою. Це змінює окисно – відновні і 
протолітичні реакції. Які приводять до змін рН та Еh розчину що 
обробляють. 
При електроактивації утворюються розчинні продукти, а також газова і 
тверда фаза. Утворення рідкої фази відбувається рідко і тільки в відповідних 
умовах. Розчинні продукти електролізу змінюють протолітичні і окисно - 
відновні властивості розчину, газова і тверда фаза забезпечує такі зміни в 
значно меншій мірі. 
При електроактивації утворюються розчинні продукти, а також газова і 
тверда фаза. Утворення рідкої фази відбувається рідко і тільки в відповідних 
умовах. Розчинні продукти електролізу змінюють протолітичні і окисно - 
відновні властивості розчину, газова і тверда фаза забезпечує такі зміни в 
значно меншій мірі.  
 
Рисунок 1.2 - Основні процеси, що обумовлюють зміну рН та Еh в 
електрохімічних реакторах 
 
Зміни рН обумовлено в основному розрядом молекул води на 
електродах, Еh – розрядом іонів, що присутні в воді або за рахунок продуктів 
розчинення анодів. Особливість і переваги електрохімічних процесів при 
зміні рН та Еh – можливість створення цих процесів як на границі розчин - 
електрод (катод, анод), так і в об’ємі електроліту за рахунок утворення 
продуктів електроактивації. При цьому можна досягнути високої 
вибірковості процесу розділенням продуктів електродних реакцій або в 
об’ємі води, що обробляється. Використовуючи приведену класифікацію 
основних процесів, що про протікають в електрохімічних реакторах, неважко 
виділити основні з них, що визначають зміну рН та Еh (рисунок 1.2). 
Напрямок протікання цих процесів визначається електрохімічними 
параметрами електроактивації, конструкцією електроактиватора, матеріалом 
електродів і т. д. 
Електродні процеси, що проходять в водному середовищі при дії 
електричного струму наступні: 
а) розряд на катоді водневих іонів в кислому середовищі: 
 

                                               2H  2e  H2  ;                                         (1.21) 
 
б) молекул води в нейтральному і кислому середовищі: 
 

                                           2H2O  2e  2OH  H2  ;                                (1.22) 
 
Перенапруга таких реакцій досить низька на залізі, сталі, нікелю, 
кобальті, міді і висока на цинку, свинці, ртуті. 
На катоді можливий розряд іонів цинку, міді, нікелю, та інших важких 
металів: 
 
n 0
                                                   Me  ne  Me ;                                      (1.23) 
Розряд на аноді гідроксильних іонів в лужному середовищі: 
 

                                           4OH O2  2H2O  4e ;                                 (1.24) 
 
і молекул води в нейтральному і кислому середовищі: 
 

                                            2H2O O2  4H  4e ;                                  (1.25) 
 
При електроактивації розчинів які містять хлориди, на аноді може 
протікати реакція виділення газоподібного хлору: 
 
2Cl 2e Cl 
                                                2 ;                                   (1.26) 
 
Оскільки , незважаючи на те, що стандартний електродний потенціал 
хлору більш електронегативний ніж кисню, перенапруга хлору на платині і 
графіті менша перенапруги кисню. 
Електрична міграція іонів обумовлює перенесення катіонів в 
прикатодний ,  аніонів в прианодний  простір під дією електричного струму. 
Цей процес може визначити зміну рН та Еh не тільки в приелектродних 
шарах а і в об’ємі католіта і аноліта.  
Іони Н+ і ОН- характеризуються аномально високою рухливістю. Але 
через невелику концентрацію цих іонів в нейтральних водних розчинах 
перенесення струму відбувається за допомогою іонів Na+ , K+ , SO42- та 
інших, без участі в електродних реакціях на межі “електрод - електроліт”. 
Числа перенесення, що характеризують долю участі даного виду іонів в 
переносі електричного струму через розчин, визначаються: 
 
²
n  ³
i
                                                    ² 0 ;                                                 (1.27) 
 
де Іі – струм, що проходить через розчин, А; 
І0 – початковий струм, А. 
Числа перенесення залежать від складу електроліта, його концентрації, 
температури. Як правило, числа перенесення іонів в розчині при накладенні 
електричного поля не залишаються постійними, а безперервно змінюються в 
процесі електроактивації через перерозподілення іонів в міжелектродному 
об’ємі за рахунок їх міграції. 
Щоб визначити числа перенесення іонів в багатокомпонентному 
розчині доцільно використовувати залежність числа перенесення від 
кількості електричного струму на одиницю об’єму розчину (витрати струму): 
 
n  f ( Äò )
                                                   i ,                                           (1.28) 
 
де Дт – витрати струму. 
 
Зміну концентрації речовини в об’ємі за рахунок міграції обчислюється 
за формулою: 
 
1 Д
C   n dДт
F i
                                                0 ,                                       (1.29) 
 
де nі – числа перенесення; 
dДт – зміни витрат струму; 
F – постійна площа поверхні, м2.  
В результаті електричної міграції іонів в об’ємі електроліту виникає 
градієнт концентрації, а в протилежному напрямку – дифузія, що вирівнює 
концентрацію іонів. 
Зміна концентрації іонів за рахунок дифузії, що розраховується за 
законом Фіка: 
 
dCi 1 dC
 Äi
                                                  dt V dX ;                                      (1.30) 
 
де Ді - коефіцієнт молекулярної дифузії, м2/сек.; 
V – об’єм електроліту, м3; 
dC/dx – градієнт концентрації речовини, що продифундувала за час t. 
Або при лінійному градієнті концентрацій: 
 
dCi 1 Ce Cp
 Äi
                                               dt V                                     (1.31) 
 
Конвективна міграція відбувається при перемішуванні електроліту під 
дією гравітаційних сил, теплової і механічної енергії. Інтенсивність 
конвективної міграції іонів підсилюється виділенням газів.  
Конвективне перенесення передбачає вирівнювання концентрації всіх 
іонів в об’ємі електроліту незалежно від заряду, рухливості, концентрації. 
Якщо розряд іонів на електролітах і їх перенесення приводить до зміни рН та 
Еh, дифузія та конвекція гальмують даний процес. Тому краще подавити ці 
явища вибором оптимального гідродинамічного режиму в між електродному 
просторі розділенням католіта та аноліта, тобто отримати активовану воду. 
При змішуванні продуктів електродних реакцій зміна рН та Еh визначається 
відношенням продуктів, що виділилися на електродах і їх хімічною 
активністю. Розділення продуктів катодної і анодної реакцій дозволяє 
цілеспрямовано змінювати властивості розчинів.  
Розчинення продуктів електродних реакцій визначається законами 
хімічної рівноваги і кінетики хімічних реакцій. До високо розчинних 
продуктів електроактивації належить хлор, залізо Fe2+, що утворюється при 
розчиненні стальних анодів. 
В меншій мірі розчинний водень, кисень, алюміній і залізо Fe3+. 
Розчинність цих речовин залежить від рН розчину і температури. Швидкість 
розчинення визначається умовами перемішування розчину в між 
електродному просторі.  
Але навіть незначна кількість розчиненої речовини може визвати 
суттєві зміни рН та Еh. Це обумовлено енергетичними властивостями 
речовини, що розчиняє, буферністю розчину та іншими факторами. 
Фазово – дисперсні перетворення речовин приводять до зв’язування 
іонів Н+ та ОН- , окислювачів, відновників, що гальмує зміни рН та Еh 
водного середовища. Хімічні перетворення характеризуються константами 
дисоціації, гідролізу, нестійкості. Так, при зміні рН , введення іонів Fe2+ та 
Fe3+ гальмує процес накопичення іонів ОН- із утворення сполук Fe(ОН)2 та 
Fe(ОН)3 в відповідності з умовами похідної розчинності. 
 
 
1.2 Патентний пошук 
 
1.2.1 Установка для електрохімічної активації води 
 
 
Опис 
Винахід відноситься до технічних засобів для електрохімічної активації 
води каркасі. Частина осередків каркаса скріплена контактним зварюванням 
в рівномірно розподілених по його поверхні точках, причому торці каркаса 
закріплені в електроізоляційних кільцях, що дозволило отримати 
тонкостінний сітчастий несучий елемент, здатний чинити опір трьом видам 
навантажень, крученню, розтягуванню та стиску. розміщення його середньої 
частини між електроізоляційними кільцями дозволило знизити зазор між 
стрижневим електродом Технічний та пористий результат діафрагмою. 
Зниження енерговитрат процесу електрохімічної активації води [1]. 
 
 
1. стержневой электрод; 2. цилиндрический электрод; 3. трубчатая 
диафрагма; 4, 5 - электродные камеры; 6, 7 - патрубки для подвода воды; 8, 9 
- патрубки для отвода воды; 10, 11 – втулки; 12 - металлический сетчатый 
каркас; 13 – ячейки; 14, 15 - электроизоляционные кольца; 16 - средняя часть 
стержневого электрода; 17, 18 – торцевой зазаор; 19 – концевые части 
стержневого электрода; 20, 21 - радиальный зазор стержневого электрода; 14, 
15 - электроизоляционные кольца; 22, 23, 24 - уплотнительные кольца 
электродных камер. 
 
Рисунок 1.3 – установка для электрохимической активации воды 
 
Формула винаходу 
Установка для електрохімічної активації води, що містить вертикально 
розташовані стрижневий і циліндричний електроди, між якими розміщена 
трубчаста пориста діафрагма, що розділяє міжелектродний простір на дві 
електродні камери, забезпечені патрубками для роздільного підведення і 
відведення води, джерело струму, з'єднаний з електродами, взаємно 
нерухомо, герметично і коаксіально за допомогою втулок з діелектричного 
матеріалу, що відрізняється тим, що трубчаста діафрагма виконана з 
еластичного матеріалу, що являє собою неткане полотно, що складається з 
70% поліпропілену і 30% поліефіру, і закріплена на металевому сітчастому 
каркасі якого укріплені електроізоляційні кільця з ущільнювальним 
елементом на зовнішній поверхні, причому частина осередків сітчастого 
каркаса скріплена контактним зварюванням в рівномірно розподілених по 
його поверхні точках, при цьому стрижневий електрод виготовлений течії, 
середня частина якого розташована з торцевим зазором, а кінцеві частини - з 
радіальним зазором щодо електроізоляційних кілець [1]. 
Винахід пояснюється кресленням, що показано на малюнку 1.3. 
 
 
1.2.2 Спосіб та пристрій для електрохімічної обробки промислових 
стічних вод та питної води 
 
 
Опис 
Винахід відноситься до способу та пристрою для обробки промислових 
стічних вод та/або питної води за допомогою електрохімічних способів та 
процесів додаткового окислення. Після підготовчої фази гравітаційного 
осадження слід основна обробка, що складається з електрокоагуляції, 
електроокислення та електрофлотації за рахунок дії металевих наборів 
електродів, виготовлених з нержавіючої сталі, сталі та алюмінію відповідно з 
одночасною дезінфекцією/окисленням озоном, УФ-випромінюванням та 
ультразвуковою обробкою, а також електромагнітне поле. Після закінчення 
основної обробки суміш флокул і води піддають коагуляції/флокуляції під 
дією електрохімічно утворених із сталі та алюмінію флокул при повільному 
введенні озону. Наступна фаза є відділення осаду від чистої води, яку 
вивантажують у збірний резервуар через пісочний фільтр і фільтр з 
активованого вугілля для видалення легких плавучих флокул. При 
необхідності воду піддають окисленню при одночасному впливі УФ-
випромінювання та озону для остаточного розкладання органічних речовин 
та аміаку, а також можливих залишків мікробіологічного забруднення. 
Винахід забезпечує установку для обробки промислових стічних вод, у якій 
використовують електрохімічні способи [2]. 
 
Короткий опис креслень 
Зазначені характеристики, аспекти та переваги цього винаходу 
представлені у відповідності з патентними вимогами з описом, що додається, 
і поясненнями, представленими на кресленнях, короткий опис яких 
представлений нижче: 
На фіг. 1 представлена схема процесу електрохімічної обробки 
промислової стічної води та питної води. 
На фіг. 2 представлена схема пристрою для електрохімічної обробки 
промислової стічної води та питної води. 
На фіг. 3 представлена механічна структура електродних пластин з 
нержавіючої сталі, сталі та алюмінію, що використовуються для 
електрохімічної обробки стічної води; 
На фіг. 4 представлена блок-схема підключень електричних 
виконавчих елементів (А - схема підключень виконавчих елементів; - схема 
підключення насоса; С - схема підключення електромагнітного клапана; D - 
схема підключення генератора озону) [2]. 
 
 
 
 
 
1.2.3 Спосіб і апаратура приготування електролізної води 
 
 
Короткий зміст винаходу 
Ізоляційний торцевий ковпачок для електролізера циліндричного типу, 
який містить щонайменше два трубчастих електроди з циліндричною 
мембраною, розташованою коаксіально між ними, містить першу кільцеву 
секцію з першим і другим осьовими кінцями, що мають на своєму першому 
осьовому кінці круглий посадочне місце або один кінець зовнішнього 
циліндричного електрода, а на його другому кінці круглий отвір, меншого 
діаметру, ніж кругле посадочне місце, і коаксіальний з ним, для розміщення 
одного кінця мембрани. Друга кільцева секція торцевої кришки роз'ємно 
прикріплена до першої та має центральний круглий отвір меншого діаметру, 
ніж центральний отвір першої секції та коаксіальний з ним, для розміщення 
одного кінця внутрішнього циліндричного електрода. Конструкція торцевої 
кришки з двох частин полегшує збірку комірки та зменшує ймовірність 
поломки крихкої керамічної мембрани [3]. 
 
Короткий опис креслень 
Подальші цілі та переваги винаходу стануть очевидними з наступного 
докладного опису, якщо його прочитати з посиланням на супровідні 
креслення, які ілюструють його кращі варіанти здійснення. На кресленнях: 
ФІГ. 1 - вид збоку електролітичної комірки, що має пару кількох торцевих 
заглушок згідно з цим винаходом; ФІГ. 2 - поперечний переріз по лінії II-II на 
фіг. 1; ФІГ.2а - збільшена деталь частини ФІГ. 2; ФІГ.3 - вид у плані знизу з 
частковим розрізом комірки на ФІГ. 1: ФІГ. 4 - вид у плані з частковим 
розрізом першої секції однієї з торцевих кришок комірки на ФІГ. 1; ФІГ. 5 - 
поперечний переріз по лінії V-V на ФІГ. 4; ФІГ. 6 - вид у плані з частковим 
розрізом другої секції модифікації однієї з торцевих кришок комірки на ФІГ. 
1: ФІГ. 7 - поперечний переріз по лінії VII-VII фіг. 6; і ФІГ. 8 є схематичною 
технологічною схемою електролітичного процесу з використанням елементів 
згідно з цим винаходом [3]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.2.4 Установка для електрохімічної активації води 
 
 
Опис 
Винахід відноситься до галузі фізичної хімії та електрохімії, а саме до 
технічних засобів для електрохімічної активації води з метою надання їй 
окисно-відновних властивостей. Установка для електрохімічної активації 
води містить вертикально розташовані стрижневий і циліндричний 
електроди, пористу трубчасту діафрагму, встановлену нерухомо і 
коаксіально за допомогою втулок з діелектричного матеріалу, при цьому 
трубчаста діафрагма виконана з еластичного ультрафільтраційного матеріалу 
і закріплена на циліндричному каркасі з наскрізними. зовнішньої поверхні 
укріплені електроізоляційні кільця. Каркас виконаний з металу з 
електроізоляційним покриттям або зі склопластику, а конструктивні 
параметри прорізів і каркасу задовольняють наступним залежностям: 
Α=D·(π/n-0,1), B=(0,5-0,6)·D, C =0,1 D, Δ≥0,03 D, a n≥6, де А, В - довжина по 
колу і ширина прорізів, С - відстань між прорізами, Δ - товщина стінки 
каркаса, n - число прорізів по колу, D – зовнішній діаметр каркаса. Технічний 
результат полягає у зниженні енерговитрат процесу електрохімічної 
активації та підвищенні окисно-відновних властивостей обробленої води [4]. 
 
формула винаходу 
Установка для електрохімічної активації води, що містить вертикально 
розташовані стрижневий і циліндричний електроди, між якими розміщена 
трубчаста пориста діафрагма, розділяє міжелектродний простір на дві 
електродні камери, забезпечені патрубками для роздільного підведення і 
відведення води, причому електроди і діафрагми допомоги втулок з 
діелектричного матеріалу, що відрізняється тим, що трубчаста діафрагма 
виконана з еластичного ультрафільтраційного матеріалу і закріплена на 
циліндричному каркасі з наскрізними прорізами, по торцях якого на 
зовнішній поверхні укріплені електроізоляційні кільця, причому каркас 
виконаний з металу з електроізоляційним покриттям або зі склопластику 
параметри прорізів і каркаса задовольняють наступним залежностям: 
A=D·(π/n-0,1), В=(0,5…0,6)D, С=0,1·D, Δ≥0,03·D , а n≥6 де А, В - довжина по 
колу і ширина прорізів, С - відстань між прорізами, Δ - то лщина стінки 
каркаса, n - число прорізів по колу, D - зовнішній діаметр каркасу [4]. 
 
 
 
1.2.5 Промислове встановлення для електрохімічної активації води 
 
 
Опис 
Винахід відноситься до пристроїв для активації рідких водних 
середовищ електрохімічним способом та призначене для приготування у 
виробничих умовах двох типів води: лужної та кислої. Промислова установка 
електрохімічної обробки води має кілька реакторів, розділених по парах. 
Кожна пара реакторів має шафу керування та силове електричне обладнання, 
систему подачі води, збірні ємності для активованої води, насосне 
обладнання для її транспортування та систему вентиляції. Кожен реактор 
об'ємом 200 л виконаний з діелектричного матеріалу, анодна і катодна 
камери з електродами розділені іонопроникною діафрагмою, електрод 
анодної камери виконаний з листа титану, згорнутого у вигляді розрізаного 
циліндра висотою 850 мм і діаметром 175-180мм, електрод розрізаного 
циліндра висотою 850 мм і діаметром 275-280 мм, а іонопроникна діафрагма 
- з бавовняної фільтрувальної тканини. При цьому реактори в парі включені 
між собою з можливістю по черзі - один у режимі виробництва 
електрохімічної активованої води, а інший - у режимі підготовки. Технічний 
результат - підвищення ефективності роботи установки та отримання у 
промислових обсягах активованої води [5]. 
 
формула винаходу 
Промислова установка для електрохімічної активації води, що 
складається з реактора, виконаного з діелектричного корпусу, розділеного 
іонопроникною діафрагмою на анодну і катодну камери з електродами, і 
блоку живлення, що відрізняється тим, що має кілька реакторів, розділених 
по парах, кожна пара реакторів має шафу управління і силове електричне 
обладнання, систему подачі води, збірні ємності для активованої води, 
насосне обладнання для її транспортування та систему вентиляції, 
діелектричний корпус реактора має об'єм 200 л, при цьому електрод анодної 
камери виконаний з листа титану, згорнутого у вигляді циліндра, що 
розрізає, висотою 850 мм і діаметром 175-180 мм, електрод катодної камери 
виконаний з листа нержавіючої сталі, згорнутого у вигляді розрізаного 
циліндра висотою 850 мм і діаметром 275-280 мм, а іонопроникна діафрагма 
- з бавовняної фільтрувальної тканини, причому реактори в черги - один у 
реж має виробництво електрохімічної активованої води, а інший - у режимі 
підготовки [5]. 
p  
 
 
 
1.2.6 Модуль електрохімічної активації води 
 
 
Опис 
Винахід відноситься до технічних засобів для електрохімічної активації 
води Сутність винаходу полягає в тому, що модуль електрохімічної активації 
води містить вертикально розташовані стрижневий і циліндричний 
електроди, між якими розміщена трубчаста, пориста діафрагма, що розділяє 
міжелектродний простір на дві електродні камери, забезпечені патрубками 
для роздільного підведення та відведення води, джерело струму, з'єднаний , 
закріпленими взаємно нерухомо, герметично та коаксіально за допомогою 
втулок з діелектричного матеріалу. При цьому трубчаста діафрагма виконана 
з еластичного матеріалу і закріплена між двох вставок, розташованих між 
втулками і стрижневим електродом, причому вставки виготовлені з 
діелектричного матеріалу з поздовжніми отворами, а між однією зі вставок і 
стрижневим електродом встановлена пружина. Технічний результат полягає 
у підвищенні ефективності електрохімічної активації води, що полягає у 
зміні окисно-відновних властивостей води [6]. 
 
формула винаходу 
Модуль електрохімічної активації води, що містить вертикально 
розташовані стрижневий і циліндричний електроди, між якими розміщена 
трубчаста, пориста діафрагма, що розділяє міжелектродний простір на дві 
електродні камери, забезпечені патрубками для роздільного підведення і 
відведення води, джерело струму, з'єднаний з електродами, і коаксіально за 
допомогою втулок з діелектричного матеріалу, який відрізняється тим, що 
трубчаста діафрагма виконана з еластичного матеріалу і закріплена між двох 
вставок, розташованих між втулками і стрижневим електродом, причому 
вставки виготовлені з діелектричного матеріалу з поздовжніми отворами, а 
між однією з вставок і стрижневим електродом встановлена пружина. 2. 
Модуль за п.1, який відрізняється тим, що між стрижневим електродом і 
діафрагмою розміщений спіральний каркас, який виконаний з еластичної 
діелектричної трубки із зовнішнім діаметром більше величини зазору між 
внутрішнім діаметром діафрагми і стрижневим електродом на величину 
δ=2t·[ε], де t - товщина стінки еластичної трубки, [ε] - відносне стиск 
еластичної трубки, причому всередині еластичної трубки розміщена металева 
спіраль. 3. Модуль за п.1 і 2, який відрізняється тим, що металева спіраль 
виконана з кроком, що визначається за формулою: 
 
, 
 
де Dd  та Dc – відповідно, внутрішній діаметр діафрагми та діаметр 
стрижневого електрода, d – зовнішній діаметр еластичної трубки [6]. 
 
 
 
 
 
1.2.7 Опис технологічної схеми електролізера колонного типу 
 
 
Опис 
Винахід відноситься до технології електрохімічних виробництв, 
зокрема до конструкцій електролізерів колонного типу для синтезу 
органічних дисульфідів шляхом окислення меркаптанів. Електролізер 
містить корпус, теплообмінник, стійкі в умовах синтезу металеві електроди, 
між якими встановлені ізолятори, розташований у нижній частині корпусу 
вхідний штуцер для введення реакційного розчину, тангенціально 
розташований у верхній частині корпусу патрубок для виведення суспензії, 
що містить цільовий продукт, двоярусну підживлення реакційного розчину 
витраченим реагентом і стійкою в робочих умовах мембраною відділення 
згаданого відсіку від основного обсягу електролізера. Забезпечується 
підвищення чистоти цільового продукту, спрощення стадії відмивання 
цільового продукту від 2-меркаптобензтіазолу [7]. 
 
Винахід пояснюється кресленням. 
Пропонований електролізер колонного типу складається з корпусу 1, 
теплообмінника 2 і стійких в умовах синтезу металевих (наприклад, 
платинових) електродів 3, у вигляді дротяних спіралей, між якими 
встановлюються ізолятори 4. Корпус виготовлений з нержавіючої сталі. Для 
усунення струмів витоку внутрішня поверхня корпусу електролізера покрита 
гумою. У нижній частині електролізера є вхідний штуцер 5 для реакційного 
введення розчину, а у верхній частині тангенціально розташований патрубок 
6 для виведення суспензії, що містить цільовий продукт. Електролізер 
забезпечений двоярусною мішалкою. Нижній ярус 7 служить для 
перемішування електроліту в зоні електродів; верхній ярус 8 - для 
полегшення видалення суспензії, що містить цільовий продукт, з 
електролізера через верхній патрубок 6. У зоні електродів розташований 
спеціальний відсік 9 для підживлення реакційного розчину 2-меркапто-
бензтіазолом, 2-меркаптобензтіазол подається в відсік 0 9 відокремлюється 
від основного обсягу електролізера стійкою в робочих умовах мембраною, 
закріпленої на ребрах жорсткості 11, що перешкоджає проникненню 
твердого реагенту (наприклад, 2-меркаптобензтіазолу) реакційний розчин. 
Контроль температури реакційного розчину здійснюється термопарою, яка 
вводиться в апарат через штуцер 12 [7]. 
 
 
 
1. корпус; 2. Теплообменник; 3. электроды; 4. изоляторы; 5. входной штуцер; 
6. патрубок; 7. нижний ярус; 8. верхний ярус; 9. отсек для подпитки 
реакционного раствора; 10. загрузочный люк; 11. мембрана; 12. штуцер. 
 
Рисунок 4.3 – электролизер колонного типа. 
1.2.8 Процес виробництва дезінфікуючого засобу шляхом 
електрохімічної активації (ЕХА) води 
 
 
Опис 
Винахід відноситься до способу виробництва дезінфікуючого засобу 
шляхом електрохімічної активації (ЕХА) води, за якого розчин електроліту, 
зокрема розчин хлориду натрію та/або калію, додають до води та води, до 
якої розчин електроліту був застосований у формі розбавленого водно-
електролітного розчину електролізний реактор з принаймні одним катодним 
відділенням з катодом і з принаймні одним анодним відділенням, просторово 
відокремленим від катодного відділення, зокрема за допомогою діафрагми 
або мембрани, з анодом шляхом подачі постійної напруги на електроди 
електричним струмом подається розбавлений розчин води/електроліту в 
метастабільному стані, придатному для дезінфекції [8]. 
 
Винахід показано на кресленні. 
Заявлений спосіб заснований на зразкових варіантах здійснення 
способу. Очищення та знезараження питної води пояснюється більш 
детально з посиланням на креслення. Слід зазначити, що виробництво 
електрохімічно активованого, анодного, розбавленого водно-електролітного 
розчину в чистому або іншим чином розведеному вигляді може відбуватися в 
ідентичному електролізному реакторі. На малюнках показують: 
1 показана схематична діаграма першого варіанта здійснення способу 
згідно з винаходом для дезінфекції води за допомогою електрохімічної 
активації (ECA); 
Фіг.2 показує детальний вид у розрізі електролізного реактора 
відповідно до Фіг.1; 
На фіг.3 показаний детальний вид у розрізі змішувача згідно з фіг.1, і 
4 показана схематична діаграма другого варіанта здійснення способу 
згідно з винаходом для дезінфекції води за допомогою електрохімічної 
активації (ECA), який відрізняється від варіанту здійснення відповідно до 
фіг. 
 
 
 
 
 
 
 
1.2.9 Бездіафрагмовий електролізер для активації продуктів та 
середовищ та пристрій, що включає електролізер 
 
 
Опис 
Винахід відноситься до електрохімічної активації рідин, а також 
натуральних і штучно одержуваних продуктів різної щільності та 
консистенції, що містять воду як обов'язковий інгредієнт, і може бути 
використане в харчовій, фармацевтичній та парфумерно-косметичній 
промисловості, для виробництва засобів гігієнічного призначення. Активація 
здійснюється контактно шляхом введення електродів у безпосередній 
контакт з продуктом, що активується. Електролізер містить як мінімум одну 
ємність із розташованими в ній електродами - як мінімум одним анодом і як 
мінімум одним катодом, джерело живлення постійного струму у вигляді 
регульованого джерела напруги. В електролізері як мінімум один анод або 
один катод, або як мінімум один катод і один анод виконані з поверхнею у 
вигляді 
текстури з просторових пірамід, кожна з яких – з гострою вершиною та 
гострими ребрами. Пристрої побутового призначення являють собою 
ємності, що заповнюються продуктами, що активуються, виконані у вигляді 
електрочайника, кружки, каструлі, кулера, ванни, в яких встановлюється 
електролізер і виробляється електрохімічна активація продуктів. Технічний 
результат контактна електрохімічна активація натуральних та штучно 
одержуваних водомістких продуктів різної щільності та консистенції з 
використанням пристроїв побутового призначення [9]. 
 
Короткий опис креслень 
Бездіафрагмовий електролізер для електрохімічної активації виконаний 
у вигляді кулера та призначений для постачання холодної та гарячої води, а 
також водою кімнатної температури та виконано з трьома ємностями, дно 
яких покрито турмаліново-керамічною пластиною, і з яких кожна ємність 
призначена для активації води відповідно по одній із температурних 
характеристик, причому в днищах кожної з ємностей вмонтовані за набором 
електродів - анода та катодів, а джерела постійного та змінного струму 
вмонтовані у днище корпусу кулера. 
На фіг.1 представлений загальний вигляд електролізера для контактної 
бездіафрагмової активації з поверхнями електродів - анода і катода, 
виконаними у вигляді текстури з просторових пірамід, з гострими 
вершинами пірамід, спрямованими один до одного. 
На фіг.2 представлений загальний вигляд електролізера для контактної 
бездіафрагмової активації з поверхнями електродів - анода і катода, 
виконаними у вигляді текстури з просторових пірамід з гострими вершинами 
пірамід на поверхні катода, спрямованими до анода зі зміщенням щодо 
вершин пірамід на поверхні анода на величину 2 кроки. 
На фіг.3 представлено пристрій - типу «чайник» (для гарячих напоїв 
вода, 
кава, чай) з вбудованим електролізером для контактної бездіафрагмової 
активації. 
На фіг.4 (А, Б), представлено пристрій типу «кухоль» (для холодних 
напоїв - вода, соки, напої на основі соків) з вбудованим пристроєм для 
контактної бездіафрагмової активації (варіант А - з розміщенням електродів у 
днищі, варіант Б - з розміщенням електродів у кришці). 
На фіг.5 представлено пристрій типу «каструля» для контактної 
бездіафрагмової активації рідких або консистентних продуктів, що 
розігріваються (бульйони, гарячі соуси і т.п.). 
На фіг.6 представлено пристрій типу «міксер» для подрібнення та 
перемішування продуктів харчування з наступною бездіяльною контактною 
активацією. 
На фіг.7 (А, Б) представлено пристрій у формі подовженої рукоятки 
для контактної бездіафрагмової активації охолоджених продуктів харчування 
різної щільності та консистенції (соків, фруктових, овочевих, ягідних та 
інших пюре і т.п.). 
На фіг.8 (А, Б) представлено пристрій для контактної бездіафрагмової 
активації косметичних або гігієнічних засобів. 
На фіг.9 (А, Б) представлений пристрій виконано у вигляді подовжених 
клиноподібних плоских голок, закріплених у рукоятці, для контактної 
бездіафрагмової активації твердих харчових продуктів (фрукти, овочі). 
На фіг.10 представлено пристрій для контактної активації великих 
обсягів рідини (ванна, бак, бочка тощо) з плоскими електродами. 
На фіг.11 (А, Б) представлено пристрій для контактної активації 
великих обсягів рідини (ванна, бак, бочка тощо) з електродами у формі 
конусів. 
На фіг.12 представлений прилад типу "кулер" для контактної активації 
питної води. 
Електролізер для контактної бездіафрагмової активації 1.1 (фіг.1, фіг.2) 
містить ємність 1.2 для продукту, що активується, з розташованими в ній 
електродами - як мінімум одним анодом 1.3 і як мінімум одним катодом 1.4. 
Електроди розташовані на турмаліново-керамічній основі 1.5. Поверхні 
електродів - анода 1.3 і катода 1.4 виконані у вигляді текстури з просторових 
пірамід 1.6, кожна з гострими ребрами 1.7 і гострими вершинами 1.8, 
причому просторові піраміди на катоді і аноді гострими вершинами звернені 
один до одного. Електроди підключені до джерела постійного струму 1.9 у 
вигляді регульованого джерела напруги. 
Електролізер 1.1 (Фіг.2), в якому просторові піраміди 1.6 на катоді 1.4 
та аноді 1.3 гострими вершинами 1.7 звернені один до одного так, що 
вершини пірамід на поверхні катода 1.4 зміщені щодо вершин пірамід на 
поверхні анода 13. 
Пристрій (фіг.3) для контактної бездіафрагмової активації напоїв 
виконано у вигляді електрочайника 3.1, що заповнюється активованою 
рідиною з розміщеними в його днищі 3.2 з нагрівачем середовища, 
джерелами струму - постійного 3.3 та змінного 3.4. Катод 3.5 в чайнику 
становить його дно, що герметично примикає до корпусу чайника по його 
периметру. Одночасно той же катод 3.5 служить як підігрівна пластина, під 
яким знаходиться нагрівач, ізольований від катода 3.5. Проведення 
постійного електричного струму з метою активації та підігріву ізольованим 
нагріву гелем відбувайся одночасно. Анод 3.6 є ізольованою по периметру 
пластиною у вигляді горизонтальної спіралі, розміщеної над катодом 3.5 і з 
опорою на керамічний штифт з турмаліну 3.7. Така конструкція анода 3.6 
дозволяє циркулювати рідини між електродами. 
Пристрій (фіг.4) (А, Б) для контактної активації виконано у вигляді 
кружки 4.1 з кришкою 4.2 (або без кришки), що заповнюється активованою 
середовищем з розміщеним у її днищі 4.3 джерелом постійного струму 4.4, а 
електроди аноди 4.5 і катоди 4. в кухоль 4.1 і закріплені або в її днище 4.3 (А) 
на турмаліновій керамічній основі 4.7, або всі кришці 4.2 (Б), причому 
просторові піраміди (по фіг.1,2) на катоді 4.6 і аноді 4.5 гострими вершинами 
звернені другові. 
Пристрій (фіг.5) для контактної активації виконано у вигляді каструлі 
5.1 з кришкою 5.2, заповнюваної рідиною, що активується, з розміщеними в 
її днищі 5.3 джерелами струму - постійного 5.4 і змінного 5.5 і нагрівачем 5.6 
середовища, поміщеної в каструлю , а електро. і катоди 5.8 поміщені в 
каструлю і закріплені в її кришці 20 на турмалін - керамічній пластині 5.9, 
причому просторові піраміди (але фіг.1, 2) на катоді 4 і аноді 3 гострими 
вершинами 7 звернені один до одного, при цьому підведення постійного 
струму кришці 5.2 виконаний гнучким дротом 5.10. 
Пристрій (фіг.6) виконано у вигляді міксера 6.1 для подрібнення та 
перемішування різних продуктів (приготування соків, фруктових, овочевих, 
ягідних та інших пюре тощо) з подальшою їх активацією та забезпечене 
розміщеними в його днищі 6.2 джерелами постійного струму 6.3 та змінного 
струму 6.4. а також змінною кришкою 6.5 з ножем-подрібнювачем 6.6 з 
електродвигуном і проводом 6.7 для підведення електроенергії і змінною 
кришкою 6.8 із закріпленими в ній електродами - анодом 6.9 і катодами 6.10 з 
проставкою з турмаліну 6.11, причому простран на катоді та аноді гострими 
вершинами звернені один до одного, при цьому підведення постійного 
струму до кришки 6.8 виконано гнучким дротом 6.12. 
Пристрій (фіг.7) виконано у формі подовженої рукоятки 7.1 та 
призначений для активації різних продуктів (соків, фруктових, овочевих, 
ягідних та інших пюре, шампунів, гелів тощо) у невеликих обсягах, а 
електроди - анод 7.2 та катоди 7.3 закріплені на одному кінці рукоятки 7.4, 
що складається з турмалінової кераміки, а на іншому кінці розміщений 
провід 7.5 для підключення до джерела постійного струму (по фиг.8А), 
причому просторові піраміди (по фіг.1, 2) на катодах та аноді гострими 
вершинами звернені один до одного. 
Пристрій (фіг.8А - загальний вигляд, 8Б - фрагмент по фиг.8А) для 
контактної активації косметичних або гігієнічних засобів виконано з двох 
частин - основи 8.1 і кришки 8.2, при цьому одна або декількох ємностей-
поглиблень 8.3, наприклад, сферичної форми для розміщення в них 
косметичних чи гігієнічних засобів розташовані на поверхні основи 8.1; 
джерело постійного струму 8.4 розміщено в нижній частині основи; на 
нижній поверхні кришки виконані виступи 8.5 у вигляді напівсфер, 
розташованих над ємностями поглибленнями 8.3, їх внутрішня поверхня 
служить як катоди 8.6, в центрі ємностей-поглиблень закріплені 
турмалиново-керамічні проставки 8.7; напівсферичні виступи 8.5 служать як 
аноди 8.8, причому текстура поверхні електродів - анодів і катодів виконана 
у вигляді просторових пірамід (по фіг.1, 2), звернених гострими вершинами 
один до одного; на нижній поверхні кришки 8.2 виконані упори 8.9, що 
визначають взаємне розташування виступів і поглиблень відносно один 
одного і обмежують кількість середовищ, що активуються, в ємностях-
поглибленнях 8.3. В основі 8.1 виконано гніздо для підключення дроту 
живлення 7.5 рукоятки 7.1 (Фіг.7) до джерела постійного струму 8.4. 
Пристрій (фіг 9А - загальний вигляд, фиг.9Б - вид збоку) для 
контактної активації твердих продуктів харчування (фруктів, овочів та ін) 
виконано у вигляді подовжених клиноподібних плоских голок 9.1, 
закріплених у рукоятці 9.2 і службовців анодом 9.3 і катодом 9. просторові 
піраміди (по фіг.1, 2) на катоді та аноді гострими вершинами звернені один 
до одного, а вістрями клиноподібних плоских голок 9.1 впроваджуються в 
тканину продуктів, що активуються, при цьому приєднання до джерела 
постійного струму 9.5 виконано гнучким проводом 9.6. 
Пристрій (фіг.10) для контактної активації великих об'ємів рідини (ванна, 
бак, бочка тощо) виконано у вигляді комплекту плоских електродів - анода 
10.1 і катодів 10.2, закріплених на турмалиново-керамічній основі 10.3, 
поверхні яких виконані у вигляді текстури з просторових пірамід з гострими 
вершинами пірамід на поверхні катодів, спрямованими до анода зі 
зміщенням щодо вершин пірамід (за фіг.2); трубка 10.4 і поплавець 10.5 
служать для регулювання глибини занурення електродів активовану рідину 
при переміщенні і закріпленні поплавця на трубці. 
Пристрій (фіг.11А, Б) для контактної активації великих обсягів рідини 
(ванна, бак, бочка тощо), в якому електроди виконані у вигляді конусів - 
анода 11.1 та катода 11.2, закріплених на турмаліново-керамічній основі 11.3. 
Поверхні анода і катода виконані у формі зовнішнього та внутрішнього 
конусів у вигляді текстури з просторових пірамід ( фіг.1, 2) з гострими 
вершинами пірамід, спрямованими один до одного. Анод 11.1 виконаний у 
вигляді конуса (Фіг.11Б) з отворами у вигляді вікон 11.4 через які в процесі 
активації відводяться гази. Пристрій забезпечений трубкою 11.5 для 
підведення електроживлення до анода і катода, поплавком 11.6 для 
регулювання глибини занурення електродів активовану рідину. 
Пристрій (фіг.12), виконаний у вигляді диспенсера для води (кулера) 
12.1. призначене для постачання холодної, гарячої води, а також водою 
кімнатної температури, що поєднує в собі функції нагрівання та охолодження 
води. Пристрій складається з трьох ємностей 12.2, 12.3, 12.4, кожна з яких 
призначена для активації води відповідно за однією з перерахованих вище 
температурних характеристик. У днищі кожної ємності, що складається з 
турмалінової кераміки 12.5, 12.6, 12.7, вмонтовані по набору електродів - 
анода 12.8 і катодів 12.9, поверхні яких виконані у вигляді текстури з 
просторових пірамід, гострими вершинами звернених одиниць. Є крани (поз. 
на фіг не вказані) для відбору води, приєднані до кожної з ємностей. 
Нагрівально-охолоджувальний елемент 12.10 розміщений між ємностями 
12.2 та 12.3. Джерела постійного та змінного струму (позиції не вказані) 
вмонтовані у днище корпусу кулера 12.1. Пристрій може бути виконаний як 
для підключення до водопровідної системи, так і для можливості автономної 
подачі води [9]. 
 
 
 
 
 
 
 
  
2. ВИБІР І ОБҐРУНТУВАННЯ МЕТОДІВ І МЕТОДИК ВДОСКОНАЛЕННЯ 
ОБ'ЄКТУ ДОСЛІДЖЕННЯ 
 
2.1 Визначення загального солевмісту розчинів 
 
 
Загальний солевміст в розчинах визначається кондуктометричним 
методом. Цей електрохімічний метод аналізу, заснований на вимірюванні 
електричної провідності розчинів. Він є неселективним кількісним методом 
аналізу. Для кондуктометрії характерні широкий частотний діапазон 
зондуючого електромагнітного поля, робота в широкому інтервалі 
температур, великий діапазон вимірюваної УЕП. Ці властивості дозволяють 
широко використовувати кондуктометричний метод в задачах контролю 
речовин, матеріалів і виробів. 
При розчиненні в воді електроліту він дисоціює з утворенням іонів, 
отже, концентрація носіїв зарядів у воді збільшується, що призводить до 
зменшення її електричного опору і збільшення УЕП. Звідси випливають два 
обмеження кондуктометричного методу - аналіз тільки розчинів електролітів 
і невибірковість методу. Хоча, наприклад, при контролі забруднення стічних 
вод цей недолік перетворюється на перевагу. 
У кондуктометричних методах аналізу параметрами, що вимірюються, 
є питома електрична провідність (χ, хі) або електрична провідність (W), 
виміряна при незмінній константі електролітичної комірки (l/S), які залежить 
тільки від складу розчину електроліту. Аналітичний сигнал кондуктометрії 
(W або χ) є одномірним і неселективним, його величина залежить від 
природи і концентрації всіх іонів, які знаходяться в розчині. Тому якісний 
аналіз цим методом проводити не можна [20].  
Електрична провідність вимірюється як сила струму, яка проходить 
через розчин в розрахунку на одиницю прикладеної до електродів напруги: 
 
��
�� = ,                                                     (2.1) 
��
 
де W – електрична провідність, См;  
І – сила струму, А;  
U – напруга, В.  
Одиницею електричної провідності є Сіменс (См) – це провiднiсть 
провiдника опором 1 Ом.  
Електрична провідність обернено пропорційна опору:  
 
1
�� =                                                       (2.2) 
��
 
Електрична провідність розчинів електролітів залежить від розмірів і 
розташування електродів, температури, природи розчинника, властивостей 
іонів, їх концентрації. Вона прямопропорційна площі електродів (S) і 
обернено пропорційна відстані між електродами (l): 
 
��
�� = ��                                                     (2.3) 
��
 
Коефіцієнт пропорційності χ називається питомою електричною 
провідністю і дорівнює електричній провідності 1 см3 розчину при 
вимірюванні з допомогою електродів площею 1 см2 кожен, які розташовані 
паралельно на відстані 1 см один від одного:  
 
��∙��
�� =                                                     (2.4) 
��
 
Питома провідність вимірюється в См∙см-1 (См/см) або См∙м-1. 
Відношення l/S називають константою електролітичної комірки. Питома 
електрична провідність, віднесена до числа молів еквівалентів іонів в 1 см3 
розчину, називається еквівалентною електричною провідністю або 
рухливістю (λ):  
 
��∙1000
�� = = ����,                                          (2.5) 
��
 
де С – молярна концентрація еквівалентів чи нормальна концентрація, 
моль/л, моль-еквівалентів/л,  
V – розведення –об’єм розчину в см3, який при відстані між 
електродами 1 см містить 1 моль еквівалентів іонів.  
Використовують молярну електричну провідність  
 
��∙1000
���� = = ����,                                          (2.6) 
��
 
де С – молярна концентрація йонів, моль/л  
Вимiрюються молярна і еквівалентна електропровiдності у См∙см2 
/моль. 
При використанні значень λm важливо зазначити, молярну 
концентрацію яких частинок використовували. Наприклад, концентрацію 
сульфатної кислоти можна виразити через концентрацію іонів гідроксонію 
[H2SO4 ]=1/2[H3O
+ ].  
Між еквівалентної електропровідністю і концентрацією існує лінійна 
залежність., що дозволяє використовувати кондуктометричний метод в якості 
прямого методу фізико-хімічного аналізу – за значенням електропровідності 
можна визначити концентрацію аналізованого розчину.  
Питома та еквівалентна електрична провідності розчинів залежать від 
природи іонів та їх концентрації, температури і розчинника.  
Іони з різними розмірами і зарядами рухаються в електричному полі з 
різними швидкостями. Для дисоціації AB ↔ An+ + Bn-:  
 
�� = ������(��+��+ + ��−��−),                                   (2.7) 
 
де α – ступінь дисоцації електроліта. Для сильних електролітів α ~ 1,  
С – молярна концентрація електроліта,  
F – число Фарадея,  
n+, n- – заряд катіона та аніона,  
u+, u- – швидкість руху катіона та аніона при напруженості 
електричного поля 1 В/см.  
В ідеальних розчинах сильних електролітів немає міжіонної взаємодії, 
а рухливості іонів досягають максимального значення [20]. 
 
 
2.2 Робота на приладі 
 
 
Загальний солевміст в розчинах визначався на кондуктометрі 
лабораторному MP 521, ULAB для електрохімічних вимірювань, його 
зображено на рисунку 2.1. Він найбільше підходить до використання в 
лабораторіях для вимірювання рН водних розчинів, і також може тестувати 
електродний потенціал з різноманітних іоноселективних електродів. 
 
 
Рисунок 2.1 – Кондуктометр МР521 лабораторний для вимірювання pH 
(±0.01) та електропровідності (±1.0%) 
 
Вимірювання електропровідності за допомогою приладу проводиться 
наступним чином: 
1. Увімкнути до мережі та натиснути клавішу ON/OFF, прилад покаже 
режим; 
2. Натиснути клавішу UNIT для вибору RES (опірність) → TDS 
(загальний вміст розчинених речовин) → SAL (солоність) → COND 
(провідність); 
3. Встановити електродний тримач та налаштувати його властивості; 
4. Під’єднати пластиковий електрод 2301-М до вимірювача; 
5. Калібрування електроду: 
Натиснути клавішу CAL, “CAL” замиготить на екрані, вказуючи вхід у 
режим калібрування, промити електрод калібрування та висушити, занурити 
його у калібрувальний розчин 1413 μS/см, струснути ти зачекати, доки не 
з’явиться іконка «» і знову натиснути CAL – дисплей покаже миготливе 
«1.413 μS/см», за декілька секунд з’явиться іконка «ЕND» і відбудеться 
повернення у режим вимірювання, у цей час дисплей покаже стабільне 
значення 1.413 μS/см і іконку калібрування «М» - калібрування завершене. 
Якщо значення вимірювання нестабільне після цього, необхідно провести 
повторне калібрування.  
Примітка: вимірювач може проходити калібрування лише у режимі 
COND, і не може в режимах RES, TDS і SAL. Необхідно повернутись до 
режиму COND, і після калібрування знову повернутись до потрібного 
режиму. 
6 Занурити електрод у досліджуваний розчин, так, щоб електрод не 
торкався дна та стінок ємності. Дочекатися появи іконки «» на екрані 
приладу та записати результат. 
7. Після вимірювання промити електрод дистильованою водою та 
повторити дії з пункту 6 для вимірювання наступного досліджуваного 
розчину. 
8. Після завершення роботи на приладі потрібно промити та просушити 
електрод, надіти захисний ковпачок та вимкнути прилад натисканням кавіші 
ON/OFF [20]. 
 
 
2.3 Конструкція та вибір апарату 
 
 
Класифікація (рисунок 2.2) охоплює більшість відмітних рис 
електрохімічних пристроїв.  
Дискретний принцип впливу, коли порція рідини обробляється до 
досягнення заданих параметрів і властивостей, після чого використовується 
за своїм призначенням, реалізується в основному в лабораторних установках. 
Найчастіше такі установки виконуються у вигляді комірок. 
Побутові прилади можуть бути як дискретного, так і проточного типу 
малої продуктивності. Вони в більшості випадків служать для очищення й 
пом'якшення питної води, і тому технологічно виконуються без розділення 
продуктів реакцій. 
Проточні електроактиватори безперервної дії раціонально 
використовувати при обробці великої кількості рідкого середовища й при 
необхідності вбудовування електродного блоку у вже діючий технологічний 
процес. Занурені електроактиваційні установки також можуть бути 
використані в безперервному циклі одержання активованих рідин при 
невеликих конструктивних змінах технологічної схеми прив'язки установки у 
виробничому циклі [11]. 
При електроактивації розчинів для використання їхньої каталітичної 
активності, приготування біологічно активних систем й у технологічних 
процесах з переривним циклом роботи краще використовувати занурені 
електроактиваційні установки дискретної (періодичної) дії. 
За технологічним призначенням рідини, що отримують активатори 
поділяють на установки для одержання переважно аноліта або католіта. 
Однак варто помітити, що цей розподіл трохи умовний. Від одного типу 
установки до іншого можна перейти зміною полярності електродів, якщо це 
дозволяє зробити матеріал електродів. Так, наприклад, електрод зі сталі буде 
стійкий при катодній поляризації, у той час як при анодній поляризації він 
може руйнуватися [12], чого не можна допустити при обробці харчових 
рідин. У цьому випадку вирішити проблему можна передбачивши запасний 
комплект електродів. 
При одержанні розчинів з високо водневим (рН) і окисно-відновним 
потенціалом (ОВП) в електродних блоках активаторів нерідко виходять із 
ладу діафрагми, пори яких засмічуються продуктами хімічних реакцій. У 
цьому випадку більш ефективно використовувати бездіафрагмені 
електрохімічні установки. Ці установки використовуються також для 
обробки гетерогенних систем, що найбільш часто зустрічаються в харчовій 
промисловості. 
Якість обробки рідкої системи, її втрати й економічність процесу в 
значній мірі залежать від часу обробки й кількості рідини, що протікає у 
порожнину допоміжного електрода через діафрагму. Регулювати кількість 
рідини, що протікає залежно від витрат покликані електроактиватори з 
регульованою пропускною здатністю. Ці установки мають переваги, коли 
потрібно одержати активований розчин з точними й постійними рН й ОВП 
при коливаннях витрат вихідної рідини. Для регулювання перетоку рідини в 
таких установках використовують багатошарові діафрагми з губчатим шаром 
[11]. 
Установки з регульованим міжелектродним зазором робочої камери 
необхідні для ЕХА рідких систем з більшим діапазоном мінералізації. 
Основними елементами електроактиваторів є електроди (анод і катод) і 
поділяючий елемент (діафрагма або мембрана), розташований між 
електродами для поділу аноліта й католіта та запобігання протікання 
побічних реакцій при обробці рідких середовищ. 
 
 
Рисунок 2.2 - Систематизація установок для електрохімічної активації 
рідин 
Класифікація електродів (рисунок 2.3) досить складна й об'ємна, і є 
частиною класифікації установок для електрохімічної активації. 
До матеріалу електрода, незалежно від його конструкції, висувається 
ряд загальних вимог [12, 13]: 
- матеріал для виготовлення електрода повинен мати гарну 
електропровідність, високу каталітичну активність та селективність стосовно 
цільової електрохімічної реакції; 
- матеріал електрода повинен мати достатню механічну міцність, 
зберігати свої первісні властивості при тривалій експлуатації; 
- мати найбільш низьку вартість, бути недефіцитним; 
- розташування й форма електродів повинні забезпечувати рівномірний 
розподіл густини струму. 
 
При використанні електроактиватора в харчовій промисловості, 
висувається додаткова вимога: основний електрод повинен бути інертним, 
тобто нерозчинним у продукті при підведення до нього напруги. У 
противному випадку окисли важких металів й їхні солі можуть виявитися в 
продукті. До того ж матеріал основного електрода повинен бути допущений 
міністерством охорони здоров'я України до застосування в харчовій 
промисловості. 
Перегородки, що розділяють порожнину електроактиватора на анодну 
й катодну зону, розділяються на діафрагми, мембрани й об’ємно –проникний 
елемент (рисунок 2.4). 
 
Рисунок 2.3 - Класифікація електродів 
Найбільш часто в процесах уніполярної обробки рідин використовують 
діафрагми, які можуть бути зануреними й фільтруючими. 
Занурені діафрагми діють без спрямованого через них потоку 
електроліту й призначені для запобігання змішування розчинів з різних 
електродних зон. Для виготовлення таких діафрагм можуть 
використовуватися кераміка (порцеляна, фаянс); брезентова, капронова, 
хлоринова, полівінілхлоридна , політетрафторетиленова тканини; вініпор; 
тощо [14, 16]. 
Фільтруючі діафрагми призначені для запобігання переносу іонів під 
дією електричного струму.  
Мембрани, на відміну від діафрагм, розділяючи дві частини системи, 
пропускають одні компоненти й затримують інші. В основному мембрани 
використовують в молочній промисловості для розкислення молока, 
одержання лактулози. У цих процесах використовується така властивість 
мембран як селективність - здатність мембрани вибірково пропускати іони, 
що мають один знак заряду, і перешкоджати проходженню протилежно 
заряджених іонів [13, 16]. 
За своєю структурою мембрани підрозділяються на гомогенні й 
гетерогенні. Гомогенна мембрана складається з одного матеріалу (як 
правило, полімеру) і не має сторонніх домішок. Гетерогенна мембрана являє 
собою суміш двох і більше компонентів.  
 
 
 
Рисунок 2.4 - Види розподільчих перегородок, які використовуються 
при ЕХА 
 
  
3 РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ АНАЛІЗ 
 
3.1 Вхідний контроль 
 
 
Перед початком проведення вхідного контролю профільтрували 15 л 
вихідної стічних вод крізь паперовий фільтр «біла стрічка» для зменшення 
кількості завислих речовин. 
Провели вхідний контроль вихідної стічної води шляхом проведення 
наступних аналізів: 
Визначення вмісту хлорид-іонів.  
Vпроби = 5 мл; 
VАgNО3(1) = 8,4; 
VАgNО3(2) = 8,5; 
VАgNО3хол. = 0,1; 
х1 = 2938 мг/дм3; 
х2 = 2977,8 мг/дм3; 
хсер. = 2958 мг/дм3. 
Визначення твердості води. 
Vпроби = 50 мл; 
VТрилону Б1 = 43,9; 
VТрилону Б2 = 43,7; 
Т1 = 43,9 мг/дм3; 
Т2 = 43,7 мг/дм3; 
Тсер. = 43,8 мг/дм3. 
Визначення вмісту сульфат-іонів. 
Vпроби = 1 мл; 
D1 = 0,142; 
D2 = 0,142; 
СSО42- = 450 мг/дм3. 
Визначення сухого залишку.  
m2 чашка з осадом = 56,69440 г;           m2ʹ чашка з осадом = 66,55597 г; 
m1 порожня чашка = 55,71400 г;           m1ʹ порожня чашка = 65,57515 г; 
m3 осаду = 0,98040 г;                              m3ʹ осаду = 0,98082 г; 
х1 = 9804 мг/дм3;                                     х2 = 9808 мг/дм3; 
хсер. = 9806 мг/дм3. 
 
Кліматичні умови проведення випробувань: температура кімнатна, 
тиск атмосферний. 
Отриманні результати досліджень зведенні в таблицю 3.1. 
 
Таблиця 3.1 – Результати вхідного контролю вихідної шахтної води 
Температура 
Найменування Атмосферний 
Результати проведення 
показника якості тиск 
дослідження аналізів 
води Р, мм.рт.ст. 
t, °С 
Хлориди, мг/дм3 2958 
Сульфати, мг/дм3 450 
Загальна твердість, 
43,8 
мг/дм3 кімнатна атмосферний 
Сухий залишок, 
9806 
мг/дм3 
рН 7-8 
 
 
 
 
 
3.2 Додавання флокулянту марки HENGELOC61414 до вихідної 
стічних вод 
 
 
До попередньо профільтрованої стічних вод додали флокулянт марки 
HENGELOC61414, який був попередньо приготовлений. Для його 
приготування було відібрано 1 см3 флокулянту в мірну колбу ємністю 100 
см3, після чого довели об’єм до мітки дистильованою водою. Таким чином, 
отримали розчин – флокулянт: Н2О = 1 : 100. Через 1 добу у воді утворилися 
рихлі пластівці, так звані флокули. Вони видалилися шляхом відстоювання і 
фільтрування. Після фільтрування були проведенні наступні аналізи води:  
Визначення вмісту хлорид-іонів.  
Vпроби = 5 мл; 
VАgNО3(1) = 5,9; 
VАgNО3(2) = 5,8; 
VАgNО3хол. = 0,1; 
х1 = 2056,1 мг/дм3; 
х2 = 2020,7 мг/дм3; 
хсер. = 2038 мг/дм3. 
Визначення твердості води. 
Vпроби = 50 мл; 
VТрилону Б1 = 29,2; 
VТрилону Б2 = 29; 
Т1 = 29,2 мг/дм3; 
Т2 = 29 мг/дм3; 
Тсер. = 29,1 мг/дм3. 
Визначення вмісту сульфат-іонів. 
Vпроби = 1 мл; 
D1 = 0,12; 
D2 = 0,12; 
С1SО42- = 352 мг/дм3; 
С2SО42- = 352 мг/дм3; 
Ссер. SО42- = 352 мг/дм3. 
Визначення сухого залишку.  
m2 чашка з осадом = 56,74443 г;           m2ʹ чашка з осадом = 66,37767 г; 
m1 порожня чашка = 55,96320 г;           m1ʹ порожня чашка = 65,59622 г; 
m3 осаду = 0,78123 г;                              m3ʹ осаду = 0,78145 г; 
х1 = 7812,3 мг/дм3;                                  х2 = 7814,5 мг/дм3; 
хсер. = 7813 мг/дм3. 
Отриманні результати досліджень зведенні в таблицю 3.2 
 
Таблиця 3.2 – Результати аналізу стічних вод після додавання 
флокулянту HENGELOC61414 
Результати дослідження 
Найменування 
показника якості Вихідна Після  Ступінь 
води стічна додавання очистки
вода флокулянту , % 
Сухий залишок, 
9806 7813 20,3 
мг/дм3 
Сульфати, 
450 352 21,8 
мг/дм3 
Хлориди, мг/дм3 2958 2038 31,1 
Загальна 
43,8 29,1 33,6 
твердість, мг/дм3 
 
 
 
 
 
3.3 Проведення хімічної електроактивації підготовленої стічних вод 
 
 
Процес хімічної електроактивації проводився в електроактиваторі, 
схема якого зображена на рисунку 4.1 при силі струму 6 А та напрузі 12 В; 
температура проведення досліду 21 °С; атмосферний тиск 754 мм.рт.ст.; 
вимірювання рН середовища проводилось через кожні 5 хв. Значення рН 
католіту та аноліту зведені у таблицю 3.3. 
 
Таблиця 3.3 – Залежність рН від часу електроактивації 
Час Т, Показник рН 
хв. Католіт Аноліт 
0 7-8 7-8 
5 8-9 2-3 
10 9-10 2-3 
15 11-12 2 
 
Після проведення процесу хімічної електроактивації отримали 9,8 дм3 
лужної води та 1,5 дм3 кислої води. Були проведенні наступні аналізи лужної 
води, яка була попередньо профільтрована:  
Визначення вмісту хлорид-іонів.  
Vпроби = 5 мл; 
VАgNО3(1) = 2,1; 
VАgNО3(2) = 2,05; 
VАgNО3хол. = 0,1; 
х1 = 709 мг/дм3; 
х2 = 691,3 мг/дм3; 
хсер. = 700 мг/дм3. 
Визначення твердості води. 
Vпроби = 50 мл; 
VТрилону Б1 = 20,4; 
VТрилону Б2 = 20,5; 
Т1 = 20,4 мг/дм3; 
Т2 = 20,5 мг/дм3; 
Тсер. = 20,45 мг/дм3. 
Визначення вмісту сульфат-іонів. 
Vпроби = 1 мл; 
D1 = 0,1; 
D2 = 0,085; 
С1SО42- = 250 мг/дм3; 
С2SО42- = 290 мг/дм3; 
Ссер. SО42- = 270 мг/дм3. 
Визначення сухого залишку.  
m2 чашка з осадом = 56,18315 г;           m2ʹ чашка з осадом = 66,04102 г; 
m1 порожня чашка = 55,71742 г;           m1ʹ порожня чашка = 65,57380 г; 
m3 осаду = 0,46573 г;                              m3ʹ осаду = 0,46722 г; 
х1 = 4657,3 мг/дм3;                                  х2 = 4672,2 мг/дм3; 
хсер. = 4665 мг/дм3. 
Отриманні результати досліджень зведенні в таблицю 3.4. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 3.4 – Результати аналізу шахтної води після проведення 
хімічної електроактивації. 
Результати дослідження 
Найменування 
показника якості Вихідна Після очищення 
Ступінь 
води стічна методом 
очистки, % 
вода електроактивації 
1 2 3 4 
Сухий залишок, 
9806 4665 52,4 
мг/дм3 
Сульфати, мг/дм3 450 270 40 
Хлориди, мг/дм3 2958 700 76,3 
Загальна 
43,8 20,5 53,2 
твердість, мг/дм3 
 
В процесі хімічної електроактивації ми змінювали різні параметри: 
силу струму, напругу, час, об’єм відбору кислої води а також відстань між 
електродами. Результати аналізів зведені в таблицю 3.5. 
 
Таблиця 3.5 – Показники ступеня очищення стічних вод в процесі 
хімічної електроактивації при різних значеннях параметрів  
№ 
Концентрація солей Ступінь очищення 
Відбору Сила струму І, А 
твердості с, мг/дм3 стічних вод, % 
проби 
1 2 3 4 
1 6 31,9 27 
2 11 30,3 30,9 
3 16 27,9 36,2 
Продовження таблиці 3.5 
1 2 3 4 
4 21 26,3 40 
5 26 24,0 45,3 
Концентрація солей Ступінь очищення 
ІІ Напруга U, В 
твердості с, мг/дм3 стічних вод, % 
1 10 28,9 30,8 
2 12 26,3 39,9 
3 14 24,5 44,1 
4 16 21,7 50,5 
5 18 20,5 53,2 
Час електроактивації Концентрація солей Ступінь очищення 
ІІІ 
t, сек твердості с, мг/дм3 стічних вод, % 
1 600 39,7 9,4 
2 800 38,2 12,8 
3 1000 37,0 15,5 
4 1200 35,9 18 
5 1400 32 26,9 
Об’єм відбору кислої Концентрація солей Ступінь очищення 
ІV 
води V, дм3 твердості с, мг/дм3 стічних вод, % 
1 1 32,1 26,6 
2 1,2 31,2 28,8 
3 1,4 29,9 31,7 
4 1,6 29,3 33,2 
5 1,8 28,1 35,8 
 
 
 
Кінець таблиці 3.5 
1 2 3 4 
Відстань між Концентрація солей Ступінь очищення 
V 
електродами L, мм твердості с, мг/дм3 стічних вод, % 
1 50 24,3 44,5 
2 70 26,5 39,5 
3 90 28,1 35,8 
4 110 29,2 33,3 
5 130 31,4 28,3 
 
За даними таблиці 3.5 побудували графіки залежності ступеня 
очищення від різних параметрів.  
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Відстань між електродами, мм
 
 
Ступінь очищення шахтної води, %
Рисунок 3.1 – Графік залежності ступеня очищення стічних вод від відстані 
між електродами. 
 
60
50
40
30
20
10
0
0 5 10 15 20
Напруга на електродах, В
 
 
Рисунок 3.2 – Графік залежності ступеня очищення стічних вод від значення 
напруги. 
 
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 0,5 1 1,5 2
Об'єм відбору кислої води, дм куб.
 
Ступінь очищення шахтної води, % Ступінь очищення шахтної 
води, %
 
Рисунок 3.3 – Графік залежності ступеня очищення стічних вод від об’єму 
відбору кислої води. 
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30
Сила струму, А
 
 
Рисунок 3.4 – Графік залежності ступеня очищення стічних вод від сили 
струму. 
 
30
25
20
15
10
5
0
0 500 1000 1500
Час електроактивації, сек
 
Ступінь очищення шахтних Ступінь очищення шахтних вод,%
вод, %
 
Рисунок 3.5 – Графік залежності ступеня очищення стічних вод від часу 
проведення хімічної електроактивації. 
 
Проведення аналізу цих графіків показало, що найбільший вплив на 
показник ступеня очищення чинить підвищення значення параметру напруги, 
чим більше напруга, тим більше досягається значення ступеня очищення. 
Найменший вплив чинить показник часу проведення електроактивації. Отже, 
можна зробити висновок, що збільшення або зменшення часу проведення 
електроактивації майже не впливає на ступінь очищення шахтної води. 
 
 
3.4 Планування експерименту 
 
 
Розглядається випадок демінералізації стічних вод методом 
електроактивації. Параметром оптимізації взята концентрація солей 
твердості. 
В експерименті використовувалась профільтрована стічна вода 
кількістю 15 л. Для зменшення впливу випадкових помилок робота 
виконувалась в один час діб та одним дослідником. Хімічна електроактивація 
проводилась на лабораторному електроактиваторі. 
Число повторних дослідів – 2. 
Експеримент проводився в один етап – етап проведення повного 
факторного експерименту. 
Повний факторний експеримент. 
Проводився експеримент типу 23, де число факторів k = 3, число рівнів 
р = 2, число дослідів N = 6, число повторних дослідів n = 2. 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 3.7 – Результати проведення дослідів. 
Матриця планування Робоча матриця 
х0 х1 х2 х3 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 
3,6 
1 + + + - + - - - 16 15 900 3,74 
3,87 
7,25 
2 + - + - - + - + 6 15 900 7,55 
7,84 
11,4 
3 + - - - - - + + 16 12 900 11,18 
10,95 
5,9 
4 + - - - + + + - 6 12 1500 6,09 
6,27 
1,45 
5 + + + + + + + + 16 15 1500 1,37 
1,28 
5,6 
6 + - - + + - - + 6 15 1500 5,28 
4,98 
 
Після проведення дослідів виконана статистична обробка результатів. 
Спочатку визначали помилки повторних дослідів. Середньоквадратичне 
відхилення визначаємо за формулою: 
 
n 2
(yi  y)
S 2
i  1
                                        n 1 ,                                            (3.1) 
Номер досліду 
х1х2 
х1х3 
х2х3 
х1х2х3 
Сила 
струму,А 
Напруга, В 
Час 
електроактива
ції, сек. 
Результати 
паралельних 
досліджень yiu, 
мг- екв/дм3 
Середнєyu, мг- 
екв/дм3 
 
де у  - середнє арифметичне значення параметру оптимізації з двох 
повторних дослідів. 
Дані розрахунків зведені в таблицю 3.8. 
 
 
Таблиця 3.8 – Результати розрахунків середньоквадратичного 
відхилення. 
Номер 1 2 3 4 5 6 
досліду 
Sі2 0,037 0,1013 0,1741 0,1924 0,0145 0,0685 
Sі 0,1924 0,3183 0,4173 0,4386 0,1204 0,2617 
 
Для визначення браку використовуємо критерій Стьюдента: 
 
y  y
 t
                                                 S                                                      
(3.2) 
або  
t  t
                                                роз. табл. ,                                                   (3.3) 
 
де t – критерій Стьюдента, його значення для двох повторних дослідів 
та довірчої ймовірності 0,95 дорівнює 12,71. 
Наприклад для четвертого досліду уmin = 5,9; уmах = 6,27; у = 6,09. 
Тоді: 
 
6,09  5,9
 0,43
0,4386  
6,27  6,09
 0,41
0,4386  
 
t
Умова роз.  tтабл.  не виконується, тому результати повторних 
експериментів не можна вважати неправильним. 
Дисперсія відтворюваності розраховується за формулою: 
 
N n N
 (y 2 2
i  y) S i
S 2 1 1 1
y  
                                      N (n 1) N                                  (3.4) 
2 0,037  0,1013 0,1741 0,1924  0,0145 0,0685
Sy   0,098
6  
Перевірку однорідності дисперсій виконуємо по критерію Фішера: 
 
S 2
Fроз. 
max
S 2
                                                     min                                              (3.5) 
S 2
4 0,1924
Fроз.   13,27
S 2 0,0145
5  
 
При числах ступенів свободи: 
f4 = f5 = n – 1 = 2 -1 = 1. 
Fтабл. = 161,4 [14, додаток 3]. 
Fроз. < Fтабл. – дисперсії однорідні. 
Рівняння математичної моделі з врахуванням парних взаємодій має 
вигляд: 
 
у̂ = ��0 + ��1х1 + ��2х2 + ��3х3 + ��12х1х2 + ��13х1х3 + ��23х2х3 + ��123х1х2х3 (3.6) 
 
Коефіцієнти регресії при повному факторному експерименті 
визначають по виразам: 
 
N
 yˆu
b  1
0
                                                 N                                                   (3.7) 
N
 x yˆiu u
b 1
i 
                                               N                                                  (3.8) 
N
 x ˆ
iu x ju yu
b  1
ij ;i  j
                                            N                                        (3.9) 
N
 x ˆ
iu x ju xku yu
bijk 
1 ;i  j  k
                                     N                                   (3.10) 
 
Коефіцієнти регресії, які розраховані по вище приведеним виразам, 
дорівнюють: 
 
b0 = 5,868;                                         b12 = -2,25; 
b1 = -24,99;                                        b13 = -5,19; 
b2 = -9,89;                                          b23 = 2,07; 
b3 = -21,91;                                        b123 = 15,55. 
 
З урахуванням значення дисперсії відтворюваності S2{y} = 0,098 з 
довірчою ймовірністю а = 0,95 знаходимо границі довірчих інтервалів для 
коефіцієнтів регресії: 
 
t  Sy
bi  
                                               N                                               (3.11) 
12,710,313
bi    1,624
6  
 
Порівнюючи значення коефіцієнтів регресії з межами довірчих 
інтервалів бачимо, що коефіцієнти b1, b2, b3, b12 та b13 незначущі. Тепер 
рівняння математичної моделі має вигляд: 
 
                                 уˆ  5,868 2,07х2х3 15,55х1х2х3                                 (3.12) 
 
Перевіряємо адекватність отриманого рівняння. 
Обчислюємо теоретичні значення параметру оптимізації у̂ , величину 
помилки у  у  уˆ , результати зведені в таблицю 3.9. 
 
 
 
 
Таблиця 3.9 – Теоретичні значення параметру оптимізації у̂ та 
ˆ
величини помилки у  у  у . 
Номер 
1 2 3 4 5 6 
досліду 
у̂  -11,752 19,348 23,488 -7,612 23,488 19,348 
у  15,492 -11,798 -12,308 13,702 -22,118 -14,068 
у 2
 240 139,2 151,5 187,7 489,2 198 
 
Розрахуємо дисперсію адекватності: 
 
N N
(y  yˆ)2 y 2
i
S 2
ад. 
1  1
                                         f f ,                                (3.13) 
 
де f = N – (k + 1) – число ступенів свободи. 
 
2 1450,6
Sад.   725,3
6  (31)  
 
Адекватність математичної моделі визначаємо за критерієм Фішера: 
 
S 2
ад. 725,3
Fроз.    7401,02
S 2
  0,098
у  
Fтабл. = 161,4 
 
Fроз. > Fтабл., отже модель неадекватна. 
Неадекватність моделі пояснюється тим, що параметр оптимізації 
приймає мінімальні значення, тобто чим менше стає параметр оптимізації, 
тим кращий вважається результат досліду. Методика розрахунку та аналізу 
результатів розрахована на те, що параметр оптимізації повинен приймати 
максимальні значення, отже ми можемо зробити висновок, що наша модель є 
адекватною. 
Пояснимо фізичну сутність отриманої математичної моделі. Отримане 
співвідношення показує взаємозв’язок концентрації солей твердості у воді з 
такими факторами, як сила струму, напруга та час електроактивації. На 
параметр оптимізації перераховані фактори впливають пропорційно, на що 
вказують лінійні ефекти. Зі збільшенням значень факторів концентрація 
солей твердості у воді повинна зменшуватись. Найбільший вплив чинить 
напруга та парна взаємодія сили струму та напруги. Найменший вплив 
чинить час проведення електроактивації. Це пояснюється тим, що час 
проведення електроактивації не впливає на величину електродної 
поляризації, яка є важливим показником впливу проведення 
електроактивації. 
Максимальне видалення солей твердості з води досягнуто при силі 
струму 16 А, напрузі 15 В та часу електроактивації 1500 сек. 
  
4 ОПИС ЛАБОРАТОРНИХ ТА ТЕХНОЛОГІЧНИХ СХЕМ І УСТАНОВОК 
 
4.1 Опис лабораторної установки електроактивації 
 
 
Електроактиваторна установка для демінералізації стічних вод 
зображена на рисунку 4.1. Складається з корпусу 1, який являється катодом і 
виконаний зі сталі Х18Н10Т; електродів 2, 3, які є анодами і виконані із 
заліза; брезентових мішків 4, 5, в які занурені електроди; ємкості для аноліту 
6; кранів для відбору аноліту після електроактиваторної установки 7, 8, 9, 10; 
випрямлювача 11 для підтримання постійного струму; патрубків для відбору 
аноліту 12, 13, 14, 15. 
 
1 – корпус електроактиватору (катод); 2, 3 – електроди (аноди); 4,5 – 
брезентові мішки для електродів; 6 – ємкість для аноліту; 7, 8, 9, 10 – крани 
для відбору аноліту; 11 – випрямлювач; 12, 13, 14, 15 – патрубки для відбору 
аноліту. 
 
Рисунок 4.1 – Схема лабораторної установки для демінералізації 
стічних вод методом хімічної електроактивації. 
Для очищення методом електроактивації пробу попередньо очистили 
від завислих речовин методом фільтрування. Відфільтровану стічну воду 
помістили в реактор-електроактиватор. 
Випрямлювач 11 працює від мережі змінного струму напругою 220 В. 
На панелі є амперметр, вольтметр, регулятор для керування електричними 
параметрами, які подаються на електроди електроактиватору.  
В процесі хімічної електроактивації в корпусі установки утворюється 
католіт (лужна вода), в просторі між анодом і напівпроникної мембраною 
утворюється аноліт (кисла вода). Аноліт відбирається через патрубки 12, 13, 
14, 15 в ємкість 6. Відбирання аноліту регулюється кранами 7, 8, 9, 10. 
Католіт зливається в окрему ємкість. 
Монтаж апарату необхідно розпочинати з горизонтально 
установленого корпусу електроактиватору. В корпус апарату вставляються 
електроди, які занурені у брезентові мішки. Перед початком монтажу корпус 
та електроди ретельно промивається дистильованою водою та вихідним 
розчином. Корпус апарату приєднується до катоду, електроди - до аноду. 
Переконавшись у правильності монтажу установки, подаємо напругу 
на апарат U = 12 В. Установлюємо струм І = 6 А. 
Через кожні 5 хвилин заміряємо рН середовища в катодному та 
анодному просторі універсальним індикаторним папером до значень рН: в 
катодному просторі – 12, в анодному – 2. Електричний струм приймається 
робочим і підтримується на протязі всього досліду. 
Вода, яка подається на очищення попередньо аналізується на вміст 
солей. Аналогічним дослідженням піддається знесолена (демінералізована) 
вода. Потім стічна вода подається на другу ступінь очищення в 
електродіалізну установку. 
 
 
 
 
4.2 Опис промислової установки для електроактивації 
 
 
Електрохімічний реактор який показано на рисунку 4.2 представляє 
собою ємність з конічним днищем, корпус (1) якого виготовлено із сталі Ст-
50. Корпус встановлено на стальній опорі (4), яка виготовлена із сталі Ст-3 і 
зміцнена ребрами жорсткості (2). 
На боковій частині апарата знаходиться штуцер для подачі води (3). 
Вода, яка подається на демінералізацію надходить в штуцер, а звідти в 
електродний простір електроактиватору. Електродний простір 
електроактиватору складається з пакету анодів (5) та катодів (6), які 
затиснені між керамічними пластинами, які слугують ізолюючим матеріалом 
(8). Електроди занурені у брезентові мішки (13), які попередньо натягуються 
на пластиковий каркас (12). Пластиковий каркас має отвори, крізь які вода 
потрапляє в електродний простір. Анод виготовлений з графіту, катод із сталі 
марки Х18Н10Т. Напруга подається безпосередньо на електроди за 
допомогою струмопровідних пристроїв (9). Також у верхній частині апарату 
є два штуцера для відведення анодних газів (14) та два штуцера для 
відведення катодних газів (15). В процесі проведення електроактивації 
анодна суспензія відводиться крізь анодний штуцер (16), катодна – через 
катодний штуцер (17). Пластиковий каркас та керамічні пластини кріпляться 
до кришки (18) за допомого зтяжних болтів (10). Кришка виготовлена зі сталі 
Х18Н10Т. Між верхньою та нижньою кришками прокладена паронітова 
прокладка (11), яка слугує для ізоляції та герметизації апарату. В нижній 
частині апарату розміщується піддон електроактиватору (7), в якому 
знаходяться штуцери для виходу суспензій католіта та аноліта. 
 
 
1 – корпус; 2 – ребра жорсткості; 3 – штуцер для подачі вихідної шахтної 
води; 4 – рама опорна; 5 – аноди; 6 – катоди; 7 – піддон електроактиватора; 8 
– керамічні пластини; 9 – підведення електроенергії; 10 – зтяжні болти; 11 – 
паронітова прокладка; 12 – пластиковий каркас; 13 – брезентовий мішок, 14 – 
штуцер для відведення анодних газів; 15 – штуцер для відведення катодних 
газів; 16 – штуцер для відведення анодної суспензії; 17 – штуцер для 
відведення катодної суспензії; 18 – сталева кришка. 
 
Рисунок 4.2 – Будова електрохімічного активатору 
 
Порівняльні характеристики реагентного і електрохімічного методів 
наведено в таблиці 4.1. 
 
 
 
Таблиця 4.1 - Порівняльні характеристики реагентного і 
електрохімічного методів. 
Переваги Недоліки 
1 2 
Реагентний метод 
Стабільна робота при обробці Накопичення солей, ускладнення 
концентрованих вод іонно - молекулярного складу води 
Надійність регулювання при Використання цінних товарних 
коливаннях концентрацій і витрат продуктів (кислот, лугів, солей і т.д.) 
води 
Простота технологічних операцій Збільшення об’єму осаду, що 
утворюється, проблеми з утилізацією 
Низькі затрати електроенергії Використання великих промислових 
територій 
 Трудомісткість обслуговування 
Електрохімічний метод 
Виключення підвищення загальної Недостатня ефективність при обробці 
мінералізації води води з граничним значенням рН 
Запобігання ускладнень іонно- Нестійка робота при коливаннях 
молекулярного складу водної фази забруднень і витрат води 
Зменшення або виключення витрат Виділення вибухових газів 
хімічних реагентів 
Зниження об’єму осаду, що Відносно великі витрати 
утворюється електроенергії 
Компактність апаратів, що  
використовуються 
Зниження трудомісткості  
обслуговування 
Використання спеціального впливу  
електричного струму 
(знезаражування, коагулювання і т.д.) 
 
  
6 ОРГАНІЗАЦІЙНО – ЕКОНОМІЧНИЙ АНАЛІЗ 
 
6.1 Розрахунок собівартості очищеної води в лабораторних умовах 
 
 
Таблиця 6.1 - Вартість та кількість реактивів, що витрачено під час 
проведення дослідів. 
Кількість витраченого 
Назва Ціна, грн 
реагенту 
1 2 3 
AgNO3 0,1 н 813 грн/50 мл 1,4 мл 
K2����O4 5 % 62,80 грн/100 мл 4 мл 
Трилон Б 59,24грн/100 мл 9,3 мл 
Аміачно – буферний 
40 грн/20 мл 20 мл 
розчин 
Фільтр «Синя стрічка» 120 грн/уп. 0,04 уп. 
HCl 130 грн/л 0,4 мл 
Гліколевий реагент 130,80/100 мл 40 мл 
K2Cr2O7 0,1 н 216,27 грн/100 мл 20 мл 
H2SO4 (конц.) 130 грн/л 60 мл 
Дистильована вода 20 грн/л 200 мл 
Розчин солі Мора 0,1 н 83,50 грн/100мг 26,25 мл 
 
 
6.1.1 Вартість реактивів на визначення хлорид – іонів 
 
 
Для визначення хлорид – іонів у воді використовувалися такі реактиви: 
розчин хромату калію K2����O4 5 % та 0,1 н розчин нітрату срібла AgNO3 .  
За даними таблиці розраховую ціну реагентів, що пішли на даний 
дослід: 
 
813 ∙ 1,4
��AgNO = = 22,8 грн; 
3 50
 
62,80 ∙ 4
��K ����O = = 2,51 грн. 
2 4 100
 
 
6.1.2 Вартість реактивів для визначення твердості води 
 
 
Для визначення твердості води були використані такі реактиви: аміачно 
буферний розчин (рН = 10) та 0,1 н розчин трилону Б. 
За даними таблиці розраховую ціну реагентів, що пішли на даний 
дослід: 
 
59,24 ∙ 9,3
��Трилону Б = = 5, 5 грн; 
100
 
6.1.3 Вартість реактивів для визначення сульфат – іонів у воді 
 
 
Для визначення сульфат – іонів у воді в ході досліду було використано 
такі реактиви: фільтр синя стрічка, соляна кислота HCl та гліколевий реагент. 
За даними таблиці розраховую ціну реагентів, що були використані: 
 
120 ∙ 0,04
��фільтру = = 0,05 грн; 
100
130 ∙ 0,4
�������� = = 0,052 грн; 
1000
130,80 ∙ 40
��гліколев.реаг. = = 52,32 грн. 
100
6.1.4 Вартість реактивів для визначення ХПК 
 
 
Для визначення ХПК у воді буди використані такі реактиви: 0,1 н 
розчин K2Cr2O7, концентрована сірчана кислота ��2����4, 0,1 н розчин солі 
Мора та дистильована вода. 
За даними таблиці розраховую ціну реактивів на проведення даного 
досліду: 
 
216,27 ∙ 20
��K Cr O = = 43,25 грн; 
2 2 7 100
 
130 ∙ 60
��H SO = = 7,8 грн; 
2 4 (конц.) 1000
 
20 ∙ 200
��води = = 4 грн; 
1000
 
83,50 ∙ 26,25
��роз−н солі Мора = = 24,4 грн. 
100
 
 
6.1.5 Вартість електроенергії, що пішла на електровактивацію води 
 
 
На один проведений дослід було витрачено 3 л води. Так як було 
опрацьовано 4 паралелі, загалом було витрачено 12 л води, тобто 0,012 м3. 
На 1 м3 води витрачається 3,01 кВт ∙ год електроенергії. 
Визначаю кількість електроенергії, що витрачається на 0,012 м3води: 
0,012 ∙ 3,01 = 0,3612 кВт ∙ год. 
 
Враховуючи що 1 кВт електроенергії рівний 1,44 грн., визначаю 
загальну кількість електроенергії, що була використана під час проведення 
дослідів:  
 
0,3612 ∙ 1,44 = 0,52 грн. 
 
Отримані дані зводжу в таблицю 6.2. 
 
Таблиця 6.2 – Собівартість очищеної води в лабораторних умовах 
Назва Ціна, грн 
1 2 
AgNO3 0,1 н 22,8 
K2����O4 5 % 2,51 
Трилон Б 5,5 
Аміачно – буферний розчин 40 
Фільтр «Синя стрічка» 0,05 
HCl 0,052 
Гліколевий реагент 52,32 
K2Cr2O7 0,1 н 43,25 
1 2 
H2SO4 (конц.) 7,8 
Дистильована вода 4 
Розчин солі Мора 0,1 н 24,4 
Електроенергія 0,52 
Всього 203,2