Спосіб електрохімічної активації питної води

Реферат: Винахід належить до технології обробки води електрохімічною активацією й може бути використаний для одержання питної води високої якості, як у побуті, так й у промисловості. В основу пропонованого винаходу поставлено задачу створення способу електрохімічної активації питної води, що за допомогою вибору найбільш оптимальних параметрів імпульсів пульсацій, які використовуються при формуванні схрещених під прямим кутом електричного й магнітного полів, дозволить впливати на воду таким чином, щоб підвищити ефективність її обробки, при цьому зменшити витрати споживаної електричної енергії. Поставлена винаходом задача вирішується тим, що по способу електрохімічної активації питної води, що здійснює вплив на воду пульсуючим електричним полем, що прикладають до електрохімічної комірки діафрагмового електролізера за допомогою аноду й катода, при одночасному накладанні на зону електролізу за допомогою котушок індуктивності пульсуючого магнітного поля, схрещеного під прямим кутом до електричного поля, за даним способом, розподіл енергії усередині імпульсів пульсацій, які формують схрещені під прямим кутом електричне й магнітне поля, здійснюють за допомогою імпульсної послідовності, сформованої відповідно до закону 0,1,1,2,3,5,8,13 перших членів ряду чисел Фібоначчі, причому, при формуванні імпульсів пульсацій схрещених під прямим кутом електричного й магнітного полів за допомогою імпульсної послідовності відповідно до закону перших членів ряду чисел Фібоначчі, використовують таку частоту, яка викликає резонанс напруг в електрохімічної комірці електролізера. UA 100595 C2 (12) UA 100595 C2 Крім того, імпульси пульсацій обох схрещених під прямим кутом полів зсувають по фазі по відношенню один до одного на кут 65-75° (при періоді рівному 180°), з випереджальною фазою магнітного поля, а частоту проходження імпульсів пульсацій схрещених під прямим кутом магнітного й електричного полів вибирають обернено пропорційно електропровідності води в комірці електролізера. UA 100595 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до технології обробки води електрохімічною активацією й може бути використаний для одержання питної води високої якості як у побуті, так й у промисловості. Відомі способи електрохімічної активації води, які ведуть обробку води в діафрагмових електролізерах з анодними й катодними камерами за допомогою постійного електричного поля з використанням при цьому магнітного поля. Наприклад, в [1] електрохімічне очищення води здійснюють у багатомембранному трикамерному електролізері, причому воду подають у середню камеру, а після електрохімічної активації на воду впливають магнітним полем, світловим променем й електромагнітним випромінюванням. При всій своїй складності, відомий спосіб не має оптимальних можливостей для досягнення високих результатів електрохімічної активації, при цьому він вимагає значних витрат електричної енергії. В інших випадках, наприклад в [2], обробку води здійснюють спочатку у вузлі попереднього очищення, а потім воду піддають магнітній обробці й подають у діафрагмовий електролізер для одержання в анодній камері аноліта, а в катодній - католіта. Вплив на воду магнітним полем не в зоні електролізу не дозволяє, за відомим способом, ефективно вести електрохімічну активацію води, тому що відсутній комплексний вплив магнітного й електричного полів на оброблювану воду. В [3 й 4] електроліз води здійснюють із одночасним накладанням на зону електролізу магнітного поля, причому напрямок вектора магнітної індукції вибирають перпендикулярно напрямку вектора електричного поля. При цьому в [3] магнітне поле створюють за допомогою постійного струму двома однаковими коаксіальними котушками, а в [4] магнітне поле створюють за допомогою постійних магнітів, розподілених таким чином, що вони створюють магнітні зони, що чергуються з немагнітними. Використання постійного магнітного поля в зоні електролізу [3] активізує процес електрохімічної активації, однак відсутність динамічного впливу на воду, при постійному магнітному полі в зоні електролізу, не дозволяє одержувати необхідну активність процесу електролізу, а виходить, для досягнення необхідних параметрів води необхідно прибігати до підвищення витрат електричної енергії. Використання поліградієнтного магнітного поля в зоні електролізу [4] створює макро- й мікровихрові конвекційні потоки уздовж електродів і підвищує інтенсивність протікання окислювально-відновних реакцій у зоні електролізу, однак, при накладанні поліградієнтного магнітного поля, у зоні електролізу будуть існувати "мертві" зони, де магнітна індукція буде мінімальною або нульовою. Це знижує можливості інтенсивної обробки води. В [5] електрохімічну обробку води здійснюють з використанням енергії імпульсів, період яких складається з тривалості змінної складової й тривалості постійної складової, накладеною на змінну. При цьому енергію, необхідну для електролізу води, дозують зміною шпаруватості таких імпульсів. Використання імпульсного електричного поля створює умови динамічного впливу на воду при електролізі, що підвищує інтенсивність процесу її обробки, однак ефект такої обробки не високий, тому що "відгук" водного середовища на такий вплив буде слабким, тому що структура води, яка містить різні позитивні й негативні іони, диполі молекул води, а також кластерні й сольватні утворення, що несуть на собі електричні заряди, не може створювати вихрові конвекційні потоки, тому що у зоні електролізу відсутнє магнітне поле. Крім того, структура самої молекули води має свої особливості, які полягають у відповідності її будови "золотому перетину", тому вплив на таку структуру повинен бути відповідним (див., наприклад, Белянин В. и Романова Е. Жизнь, молекула воды и золотая пропорция. Ж. Наука и жизнь, № 10, 2004). Враховуючи викладене, ефективність обробки відомого способу буде не висока. Найбільш близьким до пропонованого способу є спосіб активації води, у якому використовують у електрохімічній комірці електролізера як електричне, так й магнітне поля. Причому напруженість електричного поля динамічно змінюється від анода до катода й має локалізований в об'ємі діафрагми стрибок напруженості, при цьому одночасно на зону електролізу накладається постійне магнітне поле. (див. Еремин С.М., Марков И.Α., Тен Ю.А. Способ активации воды. Заявка на винахід RU 2008123246 А, МПК C02F 1/46, 27.12.2009). Недоліком відомого способу є його низька ефективність, обумовлена тим, що при обробці води динамічно змінним електричним й постійним магнітним полями неможливо досягти такої активності процесу електролізу, який би забезпечував високі параметри обробки води і при цьому витрачав би не багато енергії. Особливо це проявляється при обробці води з підвищеним солевмістом, де ефективність обробки зменшується, а витрати електричної енергії зростають із підвищенням солевмісту у воді. В основу пропонованого винаходу поставлена задача створення способу електрохімічної активації питної води, що за допомогою вибору найбільш оптимальних параметрів імпульсів пульсацій, які використовуються при формуванні схрещених під прямим кутом електричного й магнітного полів, дозволить впливати на воду таким чином, щоб підвищити ефективність її обробки, при цьому зменшити витрати споживаної електричної енергії. 1 UA 100595 C2 5 10 15 20 25 30 Поставлена винаходом задача вирішується тим, що по способу електрохімічної активації питної води, що здійснює вплив на воду пульсуючим електричним полем, що прикладають до електрохімічної комірки діафрагмового електролізера за допомогою анода й катода, при одночасному накладанні на зону електролізу за допомогою котушок індуктивності пульсуючого магнітного поля, схрещеного під прямим кутом до електричного поля, за даним способом, розподіл енергії усередині імпульсів пульсацій, які формують схрещені під прямим кутом електричне й магнітне поля, здійснюють за допомогою імпульсної послідовності, сформованої відповідно до закону 0,1,1,2,3,5,8,13 перших членів ряду чисел Фібоначчі, причому, при формуванні імпульсів пульсацій схрещених під прямим кутом електричного й магнітного полів за допомогою імпульсної послідовності відповідно до закону перших членів ряду чисел Фібоначчі, використовують таку частоту, яка викликає резонанс напруг в електрохімічної комірці електролізера. Крім того, імпульси пульсацій обох схрещених під прямим кутом полів зсувають по фазі по відношенню один до одного на кут 65-75° (при періоді рівному 180°), з випереджальною фазою магнітного поля, а частоту проходження імпульсів пульсацій схрещених під прямим кутом магнітного й електричного полів вибирають обернено пропорційно електропровідності води в комірці електролізера. Здійснення впливу на воду в пропонованому способі електрохімічної активації питної води схрещеними пульсуючими магнітним і електричним полями дозволяє створити динамічний вплив на водне середовище. У якому, при проходженні електролізу, присутні різні позитивні й негативні іони, диполі молекул води, а також кластерні й сольватні утворення, що несуть на собі електричні заряди. Накладення на них схрещених пульсуючих магнітних й електричних полів створює умови для виникнення сили Лоренца (див., наприклад, Лоренца сила. Естественно научные эффекы. www.maxrain.info/effects/catalog).    Fл  q  E  q V  B , де q - заряд частки;  E - вектор напруженості електричного поля;  B - вектор магнітної індукції;  V - вектор швидкості зарядженої частки. Перший член у правій частині рівняння - сила, що діє на заряджену частку в електричному  полі FE  q  E ,   а другий член - сила, що діє на частку в магнітному полі Fм  q  V  B . У скалярній формі останнє вираження має вигляд: FM=q·V·В·Sinα, де α - кут між векторами швидкості й магнітної індукції. Таким чином, магнітна частина сили Лоренца максимальна, якщо напрямок руху частки перпендикулярний магнітному полю (α=π/2) і дорівнює нулю, якщо частка рухається уздовж  напрямку поля B  0  . Тому напрямок вектора магнітної індукції вибирають перпендикулярним напрямку вектора електричного поля. При Ε=0 й α=π/2,заряджені частки рухаються в однорідному магнітному полі по колу. При Е=0 й α≠π/2, заряджені частки рухаються в однорідному магнітному полі по гвинтовій лінії. При Е≠0 й α=π/2, рух заряджених часток в однорідних електричному й магнітному полях являє собою дрейф по циклоїді зі швидкістю Vd=Е/В (див., наприклад, Феймановский курс лекций по физике, www. AllPhysics.ru). При схрещених пульсуючих електричному і магнітному полях (Е≠0 й В≠0), напрямок дрейфу   визначається векторним добутком E  B , тому що молекула води являє собою диполь, що має на своїх кінцях протилежні заряди й різні маси, а також те, що у складі молекул води є ортомолекули, ядерні спіни протонів яких паралельні й пара-молекули, ядерні спіни протонів яких антипаралельні. Співвідношення орто- й пара-молекул 3:1, при цьому орто-молекули мають магнітні моменти. Тому дія зовнішнього магнітного поля буде змушувати ці магнітні моменти (спини) прецесувати навколо напрямку зовнішнього магнітного поля, а при підвищені напруженості цього поля прецесія перетворюється у вихор. Рух позитивних і негативних іонів у схрещених магнітному й електричному полях, а також диполів молекул води й інших утворень зі складною структурою, що несуть на собі електричні заряди, являють собою складні процеси з     35 40 45   50 55 2 UA 100595 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 утворенням мікро- й макровихрів (див., наприклад, П.Н. Манташьян. Вихри - от молекулы до галактики. - Ж.: Наука и жизнь, № 2, 2008). Вибір розподілу енергії усередині імпульсів пульсацій, які формують схрещені під прямим кутом електричне й магнітне поля за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі, що є близькими до "золотого перетину", дозволяє найбільш оптимально впливати на молекули води, структурний склад яких також є близьким до "золотого перетину". Аналогія, яка виникає від зовнішнього впливу магнітних й електричних полів на воду, а також на біооб'єкти, визначається саме водою, оскільки вона є основною речовиною у будові живої природи. Тому закон, по якому необхідно здійснювати такий вплив, повинен відповідати "золотому перетину", властивому живим об'єктам й, звичайно ж, воді (див., наприклад, Белянин В. и Романова Е. Жизнь, молекула воды и золотая пропорция. - Ж.: Наука и жизнь, № 10, 2004). Вибір саме перших членів ряду чисел Фібоначчі обумовлений тим, що відношення сусідніх "молодших" членів ряду має більший розкид значень цих відношень, ніж у відношеннях з більш "старших" членів ряду, а значить енергія, відповідна цим значенням, буде більш відрізнятися (більший "стрибок" енергії), тобто буде більш жорсткий вплив енергії імпульсів пульсацій на молекули води. Крім того, розподіл енергії усередині імпульсів пульсацій при формуванні схрещених під прямим кутом пульсуючих магнітних й електричних полів за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі, створює умови для появи у водному середовищі магнітного й електричного полів з нерівномірною щільністю, тобто із градієнтом щільності енергії, змінюваної також за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі. Це змушує воду резонувати на молекулярному рівні, створюючи у водному середовищі мікровихри, у яких закручуються іони, диполі молекул води й інші утворення зі складною структурою, що несуть на собі електричні заряди. А вибір частоти, при формуванні імпульсної послідовності, за допомогою якої формують імпульси пульсацій у схрещених під прямим кутом електричному й магнітному полях такою, яка викликає резонанс напруг в електрохімічній комірці електролізера, змушує воду резонувати на рівні електрохімічної комірки електролізера, створюючи у водному середовищі макровихри, у яких закручується весь об'єм води у електролізері. Поява мікро- й макровихрів робить оброблюване водне середовище неоднорідним, у якому утворюються градієнти тиску. Градієнти тиску породжують у водному середовищі умови для появи газових і парових включень (пухирців), що є джерелами "ядер кавітації" (див., наприклад, Митрофанов В.В., Герасимов В.М. Вода в магнитном поле, www. metodolog.ru). Таким чином, розподіл енергії усередині імпульсів пульсацій при формуванні схрещених під прямим кутом пульсуючих магнітних й електричних полів за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі, створює умови для виникнення ефекту кавітації й сонолюмінесценції, що різко активізує процес електролізу й значно підвищує ефективність обробки води й знижує витрати споживаної електричної енергії. Свій внесок у створення умов для виникнення ефекту кавітації й сонолюмінесценції вносить також зсув фаз магнітного й електричного полів по відношенню один до одного. Діапазон зміни кута зсуву фаз магнітного й електричного полів по відношенню один до одного вибирають у межах 65-75° (при періоді рівному 180°). Вибір кута зсуву фаз заснований на тому, що реакція ("відгук") водного середовища на дію магнітного поля здійснюється не миттєво, а має запізнювання, обумовлене витратою часу на зміну стану водного середовища як на мікрорівні, так й на макрорівні. Зміна стану водного середовища на мікрорівні здійснюється під дією магнітного поля на різні позитивні й негативні іони, укриті гідратними оболонками, які руйнуються, звільняючи ці іони, а ті, у свою чергу, підвищують електропровідність води. Магнітне поле діє також на молекули води. Дія зовнішнього магнітного поля на молекули води, спіни протонів яких паралельні (орто-молекули) й, які мають магнітні моменти, змушує ці магнітні моменти (спини) прецесувати навколо напрямку зовнішнього магнітного поля, а при підвищені напруженості цих полів прецесія перетворюється у вихор. Зовнішнє магнітне поле підсилює поляризацію спинів протонів молекул води, що збільшує магнітну проникність води. Значення магнітної проникності має екстремум на частоті біля 35 кГц, при цьому час збудженого стану протона приблизно 20-40 мкс. Причому основний внесок у зростання магнітної проникності вносять саме молекули орто-води (див. наприклад, Семихина Л.П. Определение магнитных и диэлектрических свойств связанной воды с помощью индуктивных L-ячеек. Научное приборостроение, 2006, том 16, № 1,стр. 47-52). Зміна стану водного середовища на макрорівні здійснюється під впливом магнітного поля на різні кластери утворення, надмолекулярні комплекси з розмірами 1-100 мкм. Така полідисперсна структура надмолекулярних комплексів у воді призводить до різних "відгуків" на 3 UA 100595 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дію зовнішнього магнітного поля. Ці комплекси руйнуються, структура води змінюється, змінюючи фізичні параметри води (див. наприклад, Смирнов А.Н. Структурные превращения воды и внешние факторы. IX Международная крымская конференция "КОСМОС И БИОСФЕРА", 2011). Вплив на водне середовище імпульсів пульсацій магнітного поля за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі є підготовчою операцією перед впливом на це середовище імпульсів пульсацій електричного поля. При цьому "відгук" водного середовища на вплив магнітного поля, зростаючи за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі, зсувається у часі й досягає найбільшого результату за час, тривалість якого відповідає "золотому перетину". Це буде близьким до тривалості переднього фронту імпульсів пульсацій, який саме й відповідає "золотому перетину". Таким чином, максимум "відгуку" буде збігатися з тим моментом, коли енергія імпульсу пульсацій електричного поля, зростаючи теж за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі, також досягне максимуму (при n=8, див. фіг. 2). Крім того, свій внесок у зміну стану водного середовища на макрорівні вносить вибір частоти генератора, яка викликає резонанс напруг в електрохімічній комірці електролізера й проявляє свій найбільший ефект у той самий момент, коли у кінці переднього фронту імпульсу пульсацій електричного поля буде максимальна енергія (при n=8, див. фіг. 2). Таким чином, значення кута зсуву фаз вибрані, виходячи з того, що тривалості переднього й заднього фронтів імпульсів пульсацій ділять його у співвідношенні, що відповідає "золотому перетину", тобто закону перших членів ряду чисел Фібоначчі. Це у точності відповідає куту 68,75° (при періоді, рівному 180°). Діапазон зміни зсуву фаз вибирають таким, щоб він приблизно дорівнював ширині зони максимальної енергії у кінці переднього фронту імпульсів пульсацій (n=8 імпульсів генератора), тобто, від 65° до 75°. Вибір фазового кута менше 65° і більше 75° різко зменшує можливість виникнення ефекту кавітації. Таким чином, у зоні закінчення переднього фронту імпульсу пульсацій створюються умови сумарного впливу на воду, що обробляється. По перше, від енергії, яка зростала від початку переднього фронту до його закінчення за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі. По друге, від резонансу напруг, створюваного частотою генератора у електрохімічній комірці електролізера. У зв'язку з тим, що ця частота використовується для формування імпульсів пульсацій, енергія яких змінюється за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі, то й резонуючий ефект теж буде змінюватись за цим законом, тобто буде динамічним резонуючим ефектом, який буде зростати за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі. Причому найбільший ефект від резонансу напруг припадає також на кінець переднього фронту, тому що на резонуючий частоті у цей момент припадає максимальне число імпульсів генератора (n=8, див. фіг. 2), тобто тривалість резонансного впливу у цей момент від таких імпульсів пульсацій найбільша. Сумарна дія перерахованих процесів створює умови для виникнення ефекту кавітації й сонолюмінесценції, який різко підвищує ефективність обробки води й знижує витрати споживаної електричної енергії. Вибір частоти проходження імпульсів пульсацій обернено пропорційно електропровідності води, що обробляється, має своєю метою збільшення ефективності обробки води за рахунок одержання води високої якості з води з підвищеним солевмістом, при цьому зменшити витрати електричної енергії. При обробці такої води у електрохімічній комірці електролізера дуже швидко йде нагрівання води до високої температури, причому процес її обробки ще не досяг необхідної якості, тобто йде перегрів води. Причина такого перегріву полягає у тому, що із-за високого солевмісту через електрохімічну комірку електролізера проходить багато електричної енергії за одиницю часу, ізза великого електричного струму, який тим більше, чим вище електропровідність (солевміст) води. Обмежити кількість енергії через електрохімічну комірку електролізера можливо, якщо зменшити частоту імпульсів пульсацій. Якщо електропровідність велика, то струм теж великий. Необхідно зменшити щільність струму за одиницю часу, тобто зменшити частоту імпульсів пульсацій, при цьому зменшаться витрати електричної енергії. Вибір частоти проходження імпульсів пульсацій обернено пропорційно електропровідності води в електролізері дозволяє стежити за електропровідністю води за допомогою датчика електропровідності води, а значить за її солевмістом, й при цьому адаптовано вибирати частоту 4 UA 100595 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 проходження імпульсів пульсацій обернено пропорційно електропровідності води у електролізері. На кресленнях представлено. Фіг. 1 - приклад імпульсної послідовності для формування імпульсів пульсацій схрещених під прямим кутом магнітного й електричного полів. Фіг. 2 - приклад сформованих імпульсів пульсацій схрещених під прямим кутом магнітного й електричного полів, зі зсувом фази. Фіг. 3 - приклад адаптованого вибору частоти імпульсів пульсацій схрещених під прямим кутом магнітного й електричного полів, залежно від електропровідності води. Пропонований спосіб здійснюють таким чином. У електрохімічну комірку діафрагмового електролізера подають воду, при цьому, спрацьовує датчик наявності води за рахунок її електропровідності. Сигнал з цього датчика вмикає генератор імпульсної послідовності, з якої формують імпульси пульсацій у блоках формування імпульсів пульсацій магнітного й електричного полів. Імпульси пульсацій формують таким чином, щоб енергія усередині цих імпульсів розподілялася за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі (0,1,1,2,3,5,8,13). Приклад імпульсної послідовності для формування імпульсів пульсацій схрещених під прямим кутом магнітного й електричного полів представлений на фіг. 1. Для більш ефективного впливу на воду, передні фронти імпульсів пульсацій у обох полів формують крутими із зростаючих перших членів ряду чисел Фібоначчі, а задні пологими - з спадних членів ряду, при цьому тривалість переднього й заднього фронтів формують такою, яка відповідає "золотому перетину". Крім цього, максимум енергії у імпульсів пульсацій формують у кінці переднього фронту, де кількість імпульсів генератора дорівнює 8 (n=8, див. фіг. 1), при цьому частоту генератора, за допомогою якої формують імпульси пульсацій вибирають такою, яка викликає резонанс напруг у електрохімічній комірці діафрагмового електролізера. В електрохімічній комірці діафрагмового електролізера встановлені аноди й катоди, на які подають імпульси пульсацій, розподіл енергії у середині яких відповідає закону перших членів ряду чисел Фібоначчі, для створення пульсуючого електричного поля. Із зовнішнього боку електрохімічної комірки розміщені котушки індуктивності, на які подають імпульси пульсацій, розподіл енергії у середині яких відповідає закону перших членів ряду чисел Фібоначчі, для створення пульсуючого магнітного поля. При цьому вектор магнітної індукції магнітного поля вибирають перпендикулярним вектору електричного поля, для створення схрещених полів, а фазовий зсув магнітного і електричного полів встановлюють в межах 65-75°, з випереджаючою фазою у магнітного поля. Приклад сформованих імпульсів пульсацій магнітного і електричного полів, із зсувом фази, представлений на фіг. 2. Після прикладання до електрохімічної комірки діафрагмового електролізера пульсуючих схрещених під прямим кутом магнітного й електричного полів, починається процес електрохімічної активації води. Оскільки, магнітне поле має випереджальну фазу, тому вода, що обробляється у електрохімічній комірці діафрагмового електролізера, спочатку піддається дії магнітного поля. Магнітне поле діє не миттєво, а з запізненням, характерним для води, на яку діють закони "золотої пропорції", тобто "відгук" від імпульсу пульсацій магнітного поля буде зрушений на тривалість переднього фронту імпульсу пульсацій, тривалість якого на передній й задній фронти, теж поділена за законом "золотої пропорції". Під час дії магнітного поля на водне середовище, поступово, за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі, буде зростати вплив його на воду. Причому цей вплив досягне максимуму у кінці переднього фронту імпульсів пульсацій магнітного поля, де енергія імпульсів пульсацій досягає максимуму. "Відгук" води на дію магнітного поля також буде зростати за цим законом й досягне свого максимуму саме у той момент, коли енергія імпульсів пульсацій електричного поля, зростаючи теж за цим законом, досягне максимального значення (див. фіг. 2). Крім того, частота генератора, з якого створюють імпульси пульсацій, вибрана такою, що викликає резонанс напруг у електрохімічній комірці діафрагмового електролізера, а енергія цих імпульсів пульсацій змінюється за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі, то й резонуючий ефект теж буде змінюватись за цим законом, тобто буде динамічним резонуючим ефектом, який буде зростати за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі й досягне свого максимуму саме у той момент, коли максимуму також досягне ефект від дії електричного поля. Таким чином, ефект впливу на водне середовище від цих обох ознак буде сумарним. Під дією пульсуючого електричного струму в анодних і катодних камерах електролізера протікають відомі електрохімічні реакції з утворенням у водному середовищі позитивних і негативних іонів. Крім того, у водному середовищі присутні диполі молекул води, різні кластерні 5 UA 100595 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 й сольватні утворення, що несуть на собі електричні заряди, а також молекули води у вигляді орто-молекул й пара-молекул, причому орто-молекули мають магнітні моменти. При накладенні на них схрещених під прямим кутом пульсуючих магнітних й електричних полів, у водному середовищі утворяться макро- й мікровихри й виникають зони із градієнтом тиску. Градієнти тиску породжують у водному середовищі умови для появи газових і парових включень (пухирців), що є джерелами "ядер кавітації", які створюють умови для виникнення ефекту кавітації й сонолюмінесценції, що різко активізує процес електролізу й значно підвищує ефективність обробки води. У зонах зі зниженим тиском виникають газові й парові пухирці, які то збільшуються, то зменшуються, залежно від градієнта тиску, створюючи цикли гідродинамічних коливань. При збігу частоти гідродинамічних коливань із частотою власних коливань кавітаційних пухирців виникає резонанс. Результат: різке, у багато разів, посилення ефекту впливу на воду, при практично незмінній витраті енергії. При влученні пухирців у зону підвищеного тиску, вони миттєво схлопуються. Слідує гідравлічний удар і стрибок температури. Схлопування кавітаційних пухирців супроводжується звуковими імпульсамиіз суцільним спектром від сотень герців до сотень кілогерців. Швидкість схлопування пухирців становить 1-1,5 км/сек. Виникаючі ультразвукові хвилі, збуджують процес сонолюмінесценції. У момент схлопування кавітаційних пухирців з них вириваються спалахи сонолюмінесцентного випромінювання. Спалахи можуть тривати від 1/20 до 1/1000 секунди. Температура плазми при сонолюмінесценції становить десятки тисяч градусів. Інтенсивність світла залежить від кількості газу в пухирці. Під час проходження процесу електролізу, поблизу електродів існує подвійний електричний шар, утворений іонами й іонізованими молекулами. Цей шар знижує доступ вільних іонів до електродів, за рахунок компенсації їхнього потенціалу, що приводить до зниження активності процесу електролізу (Див., наприклад, В.В. Скорчеллети. Теоретическая электрохимия. Изд. хим. лит. Л. 1963). Процеси кавітації, що породжують потужні ударні хвилі у водному середовищі, створюють у біля електродних зонах електролізера інтенсивні потоки й сприяють руйнуванню подвійного електричного шару. Нейтралізація подвійного електричного шару приводить до збільшення швидкості електродних реакцій й активізує процес електролізу, що підвищує ефективність обробки води. Крім цього, потужні ударні хвилі сприяють зменшенню відкладень на катодах, що підвищує експлуатаційні властивості електролізера. Крім того, процеси кавітації супроводжують й інші ефекти, наприклад, активізують і прискорюють хімічні реакції, що протікають при електролізі. Це робить очищення води від забруднень більш ефективним. А ультрафіолетове випромінювання, що виникає при сонолюмінесценції, приводить до загибелі мікроорганізмів, що перебувають у водному середовищі. Тим самим, підвищується ефективність процесу знезаражування питної води. При обробці води в електролізері звичайно використовується вода із широким спектром забруднювачів, найчастіше, з підвищеним солевмістом. Для одержання з такої води, води високої якості у винаході передбачено адаптовану зміну частоти імпульсів пульсацій магнітного й електричного полів в залежності від електропровідності води у електролізері обернено пропорційно її солевмісту, за допомогою датчика електропровідності води. Електропровідність води визначається струмом, що тече між анодом й катодом через воду, що обробляється у електрохімічній комірці електролізера. Тому датчик електропровідності води можна розмістити зовні електролізера, а електропровідність води вимірювати по зміні струму навантаження (у ланцюгу анода й катода), наприклад, за допомогою датчика Холла. Датчик Холла являє собою прилад, на виході якого з'являється напруга, або цифровий код, пропорційний зміні магнітного поля, що перетинає його поверхню. Магнітне поле для датчика Холла формують за допомогою котушки індуктивності, яку створюють з силового проводу (декілька витків), по якому тече струм через анод, катод й електрохімічну комірку електролізера, а цей струм, у свою чергу, залежить від солевмісту у воді. Датчик Холла поміщають у магнітне поле цієї котушки індуктивності. Цифровий код з датчика Холла надходить у блок керування, який здійснює вибір необхідної частоти імпульсів пульсацій обернено пропорційно електропровідності, а значить й солевмісту води. Приклад адаптованого вибору частоти імпульсів пульсацій магнітного й електричного полів представлений на фіг. 3, де вибір частоти проходження імпульсів пульсацій здійснюють за n законом М-2 , де n=0,1,2,3, тобто (8 імпульсів з 8, 4 імпульси з 8, 2 імпульси з 8, 1 імпульс з 8), при цьому частота (8 імпульсів з 8) відповідає воді з найменшим солевмістом, а частота (1 імпульс з 8) відповідає воді з найбільшим солевмістом. Це дозволяє одержувати питну воду високої якості при використанні води із широким спектром забруднення. При цьому з'являється можливість адаптовано відслідковувати за 6 UA 100595 C2 5 10 15 20 солевмістом води в електролізері, вибираючи найбільш оптимальні режими її обробки й витрачаючи, при цьому зменшити витрати споживаної електричної енергії. Таким чином, комплексна дія різних факторів: - вплив на водне середовище схрещених під прямим кутом пульсуючих магнітного й електричного полів, у яких розподіл енергії усередині імпульсів пульсацій в обох полях здійснюють за законом перших членів ряду чисел Фібоначчі; - вибір частоти для імпульсної послідовності, за допомогою якої формують імпульси пульсацій в обох схрещених під прямим кутом полях, яка викликає резонанс в електрохімічній комірці електролізера; - вибір кута зсуву фаз між імпульсами пульсацій у схрещених магнітного й електричного полів у межах 65-75°, з випереджальною фазою у магнітного поля; - адаптований вибір частоти проходження імпульсів пульсацій схрещених під прямим кутом магнітного й електричного полів обернено пропорційно електропровідності води; - дія на водне середовище кавітації й ультрафіолетового випромінювання, що виникає при сонолюмінесценції; дозволяють активізувати процес електролізу й значно підвищити ефективність очищення й знезаражування питної води із широким спектром різних забруднювачів, при цьому зменшити витрати споживаної електричної енергії, особливо для води з високим солевмістом. Джерела інформації: 1. RU2169121, C02F 1/469, 20.06.2001; 4. A.C.SU 903302, C02F 1/46, 7.02.1982; 2. RU 2388702 С2, C02F 1/46, 10.06.2010; 5. RU 97119370, A, C02F 1/46, 10.02.1999; 3. SU 1370086, C02F 1/46, 30.01.1988; 6. RU 2008123246, C02F 1/46, 27.12.2009. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 45 1. Спосіб електрохімічної активації питної води, що здійснює вплив на воду пульсуючим електричним полем, що прикладають до електрохімічної комірки діафрагмового електролізера за допомогою анода й катода, при одночасному накладанні на зону електролізу за допомогою котушок індуктивності пульсуючого магнітного поля, схрещеного під прямим кутом до електричного поля, тобто напрямок вектора магнітної індукції перпендикулярний напрямку вектора електричного поля, який відрізняється тим, що розподіл енергії усередині імпульсів пульсацій, які формують схрещені під прямим кутом електричне й магнітне поля, здійснюють за допомогою імпульсної послідовності, сформованої відповідно до закону 0,1,1,2,3,5,8,13 перших членів ряду чисел Фібоначчі. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при формуванні імпульсів пульсацій схрещених під прямим кутом електричного й магнітного полів за допомогою імпульсної послідовності відповідно до закону перших членів ряду чисел Фібоначчі, використовують таку частоту, яка викликає резонанс напруг в електрохімічній комірці електролізера. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що імпульси пульсацій схрещених під прямим кутом магнітного й електричного полів зсувають по фазі по відношенню один до одного на кут 65-75° (при періоді, рівному 180°), з випереджальною фазою магнітного поля. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що частоту проходження імпульсів пульсацій схрещених під прямим кутом магнітного й електричного полів вибирають обернено пропорційно електропровідності води в електрохімічній комірці електролізера. 7 UA 100595 C2 8 UA 100595 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9