Получение гипохлорита натрия

Развитие крупных животноводческих и птицеводческих комплексов создали глобальную проблему утилизации большого объема твёрдых и жидких органических веществ, которая является основной проблемой фермерских хозяйств. Отравляющее воздействие свежего навоза и особенно птичьего помета не позволяют использовать их в растениеводстве в качестве органического удобрения, а на территории складирования появляются локальные зоны отравления почвы, воздуха, воды и окружающей среды. Существующие методы переработки навоза и птичьего помета, для которых характерна бактериальная обсеменённость и высокая концентрация вредных составляющих, не обеспечивают обеззараживания и требуют больших энергетических и материальных затрат. В большинстве случаев применяют метод вылеживания навоза в течение 1,5–2 лет, который позволяет уничтожить вредную микрофлору и сохранить полезные микроэлементы. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации количество парниковых газов в животноводческих комплексах составляет более 2,2 млрд. м^{3 —} это CH₄, N₂O и NH₃. Таким образом, дезинфекционная обработка навозохранилищ и систем навозоудаления птицефабрик, свиноводческих и животноводческих хозяйств является актуальной задачей.

Цель работы заключалась в разработке портативного устройства и технологии для получения электролитического гипохлорита натрия с последующим использованием для обеззараживания навоза и помёта. Известны способы получения электролитического гипохлорита. [1,2] Однако эти способы не позволяют получить гипохлорит, обладающий высокой обеззараживающей способностью.

Предлагаемый метод заключается в том, что воду или смеси воды с хлорсодержащими солями подвергают обработке импульсному высоковольтному разряду напряжением (7–10 кВ), который вызывает структурную перестройку, как молекул (свободной и связанной) воды, и раствора хлорида натрия, так и образованием в зоне разряда анионов ОН^-, которые интенсивно переходят в перекись водорода, в свою очередь распадающуюся на Н₂О и О, что вызывает энергичное окисление примесных загрязнений и уничтожение микроорганизмов. Присутствие в свободной воде и электролите значительного количества различных ионов, приводят к изменению режима электролиза (отсутствию пульсаций тока) и получению гипохлорита с высокой реакционной способностью. Всё это способствует более глубокому разложению, образованию большего количества активных частиц, и в частности, сиглетного кислорода, обладающего высоким окислительным действием.

Электрогидравлический удар в процессе обработки воды или раствора приводит к структурным преобразованиям и изменению энергетического состояние хлора и его производных элементов, о чем свидетельствует коэффициент экстинкции (рис.1). Это связано с изменением структуры воды и упорядоченностью распределения тонкодисперсного порошка в узлах сетки водородных связей за счет наноуровневого воздействия.

Рис. 1: 1 — раствор поваренной соли (75 г. NaCl в 1 литре Н₂О), 2 — раствор поваренной соли, подвергнутый высоковольтной обработке (N=8 кВ, количество импульсов n = 5), 3 — вода, подвергнутая высоковольтной обработке (N=8 кВ, количество импульсов n = 5) перед растворением поваренной соли, Т — коэффициент экстинкции.

На основании полученных результатов можно сделать заключение, что под влиянием разрядного импульса высокого напряжения наблюдается образование структурных конформаций, определяющих растворяющую способность соли в зависимости от характера подготовки водо-солевого раствора. Таким образом, используя предлагаемое техническое решение, удается увеличить растворимость соли и обеспечить гомогенизацию раствора.

Благодаря механизму энергетического разветвления цепей в химической реакции, при разбавлении водой, наблюдается значительное повышение концентрации активного хлора до определенного максимального значения за счет молекул продуктов, несущих на себе избыточную энергию. Использование разработанного техпроцесса открывает возможность получать концентрированный гипохлорит с меньшим уровнем загрязнения и увеличенным выходом целевого продукта. В конечном итоге предлагаемая технология позволяет экономить энергию и наиболее эффективно использовать соль. Предлагаемая разработка может найти широкое использование в сельском хозяйстве и медицине. Эксперименты по обеззараживающему воздействию электролитического гипохлорита натрия проводились в полевых условиях в фермеских хозяйствах Саратовской области, при обработки жидкой фракции свиного навоза, с последующим внесением в почву под всходы озимой пшеницы.

На рис. 2. показано состояние озимой пшеницы, под посевы которой осенью вносилась жидкая фракция свежего свиного навоза, обработанная электролитическим гипохлоритом натрия. Как видно, обработка навоза дезинфектантом не выявила негативного влияния на развитие и рост растений.

Рис. 2. Участок поля озимой пшеницы, под всходы которой был внесён свежий свиной навоз обработанный гипохлоритом

Известно, что выделяющийся при разложении органических веществ навоза метан, и его химический ряд, соединяясь в природе с фтором, образуют газы, разрушающие озоновую оболочку земли. Проблема уничтожения запахов в свинарниках, над лагунами и навозохранилищами, путём снижения содержания аммиака и сероводорода, также является первоочередной задачей. Использование гипохлорита натрия при обработке свиного навоза приводит к обеззараживанию и разложению летучих, имеющих неприятный запах жирных кислот, а это в свою очередь сокращает интенсивность запахов навоза. Экспресс-анализ показал высокую активность препарата на начальном этапе обработки и снижение концентрации отравляющих веществ после воздействия на навозную массу до нуля, а также положительное влияние на рост и развитие озимой пшеницы.

Литература:

1. Гипохлориты // Химическая энциклопедия / Главный редактор И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т.1 — С.1121–1122].
2. Губер Ф., Шмайсер М., Шенк П. В., Фехер Ф., Штойдель Р., Клемент Р. Руководство по неорганическому синтезу: в 6 томах/ Пер. с немецкого / Под редакцией Г.Брауэра. — М.: Мир, 1985 — Т.2. — с.355–356.].
3. Наумова О. В., Чесноков Б. П. Свойства воды и ее роль в повышении урожайности зерновых культур. // Аграрный научный журнал, 2015, № 10. С.41–43.
4. Наумова О. В., Чесноков Б. П., Спиридонова Е. В. Структурирование воды с использованием электрического разряда. // Вавиловские чтения — 2009 Материалы Международной научно-практической конференции. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации; ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова», 2009. С.389–391.