Установки СТЭЛ: история и новые горизонты

Название установок для синтеза электрохимически активированных антимикробных и моющих растворов – СТЭЛ – впервые прозвучало в 1989 году. В этом названии сочетаются два слова – СТЕРИЛЬНОСТЬ и ЭЛЕКТРОХИМИЯ. Это название закрепилось за всеми типами электрохимических установок, которые производят моющие, дезинфицирующие и стерилизующие электрохимически активированные растворы и которые имеют в своем составе электрохимический реактор из проточных электрохимических модульных элементов, известных как элементы ПЭМ. С начала 2009 года взамен устаревших элементов ПЭМ производятся проточные электрохимические модули нового поколения – модули Бахира – МБ-11 и МБ-26. Благодаря особенностям конструкции, элемент МБ является практически безальтернативным реактором в технологии синтеза электрохимически активированных растворов. Только в этом реакторе можно создать условия для одновременного синтеза хлоркислородных и гидропероксидных оксидантов в высших степенях окисления. Только в этом реакторе возможно обеспечить условия для формирования в двойном электрическом слое у поверхности анода плотных, электрически структурированных ионно-гидратных оболочек, окружающих свежеобразованные оксиданты и препятствующих их быстрой взаимной нейтрализации. Только в этом реакторе возможно за кратчайшее время движения жидкости в катодной камере превратить практически все ионы тяжелых металлов в нерастворимые гидроксиды и насытить католит растворенным водородом. Только в этом реакторе можно заставить растворенный в католите водород принять участие в анодных реакциях синтеза оксидантов.

Простейшая технология обработки воды в проточных диафрагменных реакторах состоит в одновременном синтезе приблизительно равных объемов католита и анолита – соответственно катодно и анодно обработанной воды или раствора. Совершенство реактора в этой технологии проявляется в возможности при минимальных затратах энергии, при возможно большей производительности и возможно меньшей минерализации исходного раствора или воды получить максимально возможные значения окислительно – восстановительного потенциала анолита при минимальном значении его рН, а также минимально возможные значения окислительно-восстановительного потенциала католита при максимальном значении его рН. Именно эти условия когда-то считались главными при получении «живой» и «мертвой» воды, однако, часто их добивались, увеличивая минерализацию воды и время ее электрохимической обработки. На самом деле, для получения электрохимически активированной воды – католита или анолита, — которая может называться «живой» или «мертвой», необходимо обеспечить соприкосновение каждого микрообъема обрабатываемой воды с поверхностью соответствующего, не растворяющегося в воде электрода, при минимальном изменении температуры воды (1 – 2 градуса), минимально возможной ее минерализации, как правило, не превышающей уровень содержания солей в обычной питьевой воде и в течение минимального времени, исчисляемого целыми секундами или их долями. Понятно, что большая часть изготавливаемых в начале восьмидесятых годов аппаратов для получения «живой» и «мертвой» воды, а также аппаратов аналогичного назначения, производимых и в настоящее время, не соответствовала и не соответствует этим принципам.

Получение дезинфицирующего раствора – кислого анолита в установках СТЭЛ не представляет никаких сложностей в техническом плане, однако нецелесообразно по причине его высокой коррозионной активности и резкого запаха хлора. Избежать резкого запаха хлора возможно только при использовании в качестве исходного раствора обычной питьевой воды без добавок соли, однако, анолит, полученный из пресной воды, не обладает достаточно эффективными антимикробными свойствами для использования его в качестве дезинфицирующего средства в ЛПУ.

В настоящее время в ООО «ЛЭТ» производятся установки типа СТЭЛ-АК для получения электрохимически активированных анолита и католита из пресной или дистиллированной воды производительностью от 5 до 1000 литров в час. Такие электрохимически активированные рсастворы применяются в различных технологических процессах в сельском хозяйстве, промышленности, в том числе, в пищевых отраслях, а также в медицине – для регулирования окислительно-восстановительного статуса организма человека.

АНОЛИТ АН – анолит нейтральный

Практическим работникам медицины требовался раствор с нейтральным значением рН. Такой анолит впервые был получен в установке СТЭЛ-МТ-1, серийное производство которой началось в 1990 году в НПО “ЭКРАН». Этот анолит был назван анолитом нейтральным, в сокращении – “анолит АН», в отличие от ранее известного анолита кислого с рН менее 5, которому тогда же было присвоено наименование “анолит А».

Анолит АН производится путем только анодной обработки исходного раствора хлорида натрия в реакторе РПЭ, представленном единичным или несколькими элементами ПЭМ. Корректировка рН в процессе анодной обработки осуществляется регулированием доли тока, переносимой гидроксильными ионами из катодной камеры в анодную при поддержании повышенной концентрации гидроксида натрия в катодной камере.

Анолит АН проявил себя более сильным антимикробным раствором, чем анолит кислый. К тому же, благодаря особенностям технологии получения, он обладает и моющими свойствами в отличие от анолита А. Однако, анолит АН имеет высокую коррозионную активность, почти такую же, как и анолит А, но в отличие от анолита А имеет нерезкий запах хлора.

АНОЛИТ АНК – анолит нейтральный, полученный с предшествующей катодной обработкой

Дальнейшее совершенствование свойств анолита АН привело к существенному изменению технологии электрохимического синтеза и позволило в 1995 году создать нейтральный анолит нового типа, получивший условное название “анолит АНК», что означает “анолит нейтральный, полученный с использованием католита». Наиболее важными моментами в технологии получения анолита АНК являются удаление ионов тяжелых металлов из исходного раствора хлорида натрия, использование свойств растворенного водорода в растворе оксидантов, а также технология корректирования рН кислого раствора анолита.

Анолит АНК, как показали многочисленные экспериментальные исследования и обширный опыт многолетнего практического применения, оказался наиболее близким к потребностям медицины раствором: обладая широким и универсальным спектром действия, он не токсичен, не создает токсического фона при высыхании, не дает возможности микроорганизмам выработать резистентность, имеет более низкую корродирующую способность, чем анолит АН. В российских лечебно-профилактических учреждениях в настоящее время работают более 40 000 установок СТЭЛ, которые производят из поваренной соли и воды электрохимически активированный анолит АНК. В каждой московской больнице найдется не менее десятка таких установок. В московской ГКБ № 15 установки СТЭЛ работают с 1989 года, в ГКБ № 52 – с 1997 года. За все это время ни в одном из тысяч мест эксплуатации установок СТЭЛ не отмечено ни одного случая появления резистентной микрофлоры.

В анолите АНК, имеющем нейтральное значением рН, активно действующие вещества (АДВ) представлены преимущественно хлорноватистой кислотой, небольшим количеством гипохлорит–ионов, диоксидом хлора, озоном, пероксидом водорода, синглетным кислородом. Получить подобную смесь оксидантов химическим путем невозможно, однако, она образуется в организме человека в процессе фагоцитоза за счет электрохимических реакций в ферменте цитохром Р-450 и существует очень короткое время, решая задачи борьбы с инфекцией. Специфические условия электрохимического синтеза в запатентованных электрохимических реакторах установок СТЭЛ могут создать условия для длительного (от нескольких дней до двух-трех месяцев) сосуществования в растворе метастабильных частиц – антагонистов. Анолит АНК (Анолит Нейтральный с предшествующей Катодной обработкой) представляет собой в сравнении с традиционными дезсредствами принципиально новый объект, подобный холодной плазме в отличие, например, от горячей плазмы пламени спиртовки. В обоих случаях мы имеем дело с метастабильными частицами, к которым микроорганизмы не могут выработать резистентность по принципиальным соображениям и химический состав которых невозможно препарировать для тщательного изучения каждого отдельного компонента. Именно поэтому анолит АНК при концентрации АДВ всего 0,03% уничтожает споры сибирской язвы за считанные секунды, в то время как для достижения такого же результата раствору гипохлорита натрия с концентрацией АДВ в 150 раз большей требуется не менее 30 минут. Эти данные приведены из научного отчета Мемориального Института Battelle (США), однако в той или иной форме они подтверждены исследовательскими организациями более чем в 50 странах, в том числе и в России.

Для синтеза анолита АНК возможно использовать различные гидравлические схемы. Наиболее простая из них применялась во всех установках СТЭЛ, производимых до 2006 года. Сущность процесса синтеза анолита АНК в соответствии с этой схемой заключается в подаче всего объема исходного раствора в катодную камеру реактора РПЭ из элементов ПЭМ, где в процессе протока католит обогащается катионами металлов (преимущественно, натрия) из анодной камеры и где также, в результате увеличения рН среды, происходит превращение ионов тяжелых металлов в нерастворимые гидроксиды. Затем пузырьки водорода с прилипшими к ним частичками нерастворимых гидроксидов и некоторое количество католита удаляются из общего объема раствора во флотационном реакторе. Очищенный таким образом католит подается в анодную камеру этого же реактора. Величина рН анолита АНК обычно выбирается в пределах от 6,5 до 7,5 и регулируется объемом сбрасываемого в дренаж из флотационного реактора католита.

Однако, данная схема и вырабатываемый с ее помощью анолит АНК не свободны от недостатков. Коэффициент конверсии соли при получении анолита по данной схеме не превышает в среднем 13 %, что приводит к необходимости поддерживать в исходном растворе концентрацию хлорида натрия не ниже 5 г/л при синтезе оксидантов в анолите АНК в пределах 500 – 600 мг/л. При обработке гладких блестящих поверхностей такой анолит оставляет следы соли после высыхания, что требует ополаскивания. Срок сохранения спороцидной активности анолита АНК не превышает 5 дней, что обусловлено неполным удалением ионов тяжелых металлов из исходного раствора. Данная схема не позволяет создавать технические электрохимические системы для длительной промышленной (не в медицине) эксплуатации, поскольку принципиально не может обеспечить выгодных условий для продолжительной работы анодного покрытия элементов ПЭМ.

В период 2000 – 2001 годов были выявлены и изучены как преимущества, так и накопившиеся проблемы в технологии и технике производства и практического применения анолита АНК.

Среди главных преимуществ следующие:

• Анолит АНК показал себя самым мощным и самым универсальным из всех известных антимикробных жидких средств при самой низкой токсичности и полной экологической безопасности.
• Опыт многолетнего практического применения анолита АНК в ЛПУ подтвердил полное отсутствие возникновения штаммов микроорганизмов, резистентных к анолиту АНК.
• Установки СТЭЛ для производства анолита АНК с электрохимическими реакторами из элементов ПЭМ-3 обеспечили тысячи ЛПУ недорогими высокоэффективными и безопасными для пациентов, персонала и окружающей среды антимикробными растворами.
• В настоящее время анолит АНК признан лечебным средством (антисептиком) для обработки кожных покровов, слизистых оболочек, гнойных ран и других целей. Получена соответствующая Фармакопейная статья.

К недостаткам и проблемам технологии и техники получения, а также практического применения электрохимически активированного анолита АНК в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ), выявленным в период 2000 – 2001 годов, следует отнести следующие.

• Анолит АНК обладает коррозионной активностью и не рекомендуется для обработки инструментов из некоррозионностойких сплавов.
• Эффективность обеззараживания объектов анолитом АНК значительно снижается при наличии белковых загрязнений.
• При высыхании анолит АНК оставляет следы соли на гладких блестящих поверхностях объектов.
• Идеологический вред оригинальной технологии электрохимической активации и фактический вред потребителям нанесли фирмы, незаконным образом изготавливающие и распространяющие установки СТЭЛ, а также занимающиеся изготовлением поддельных элементов ПЭМ.

Основные недостатки анолита АНК в течение 2001 – 2005 годов были успешно устранены усилиями специалистов и ученых Института Электрохимических Систем и Технологий Витольда Бахира. В результате были найдены технические решения, положенные в основу целого ряда установок СТЭЛ нового поколения.

1. Создана установка типа СТЭЛ-М, которая позволяет производить анолит АНК по новой технологической схеме. Анолит АНК, полученный в установках типа СТЭЛ-М отличается малой минерализацией (общим содержанием растворенных неорганических электролитов) при повышенной концентрации метастабильной смеси хлоркислородных и гидропероксидных оксидантов. В частности, если анолит АНК, производимый в установках типа СТЭЛ-10Н-120-01 при концентрации оксидантов от 200 до 500 мг/л имеет минерализацию от 2 до 5 г/л, то анолит АНК, производимый установками типа СТЭЛ-М при тех же пределах изменения концентрации оксидантов имеет минерализацию от 0,5 до 2,0 г/л. Малая минерализация анолита АНК обеспечивает его пониженную коррозионную активность при одновременном увеличении антимикробных свойств, что обусловлено более интенсивным осмотическим переносом активно действующих веществ во внутреннюю среду микроорганизмов. Кроме того, анолит АНК, полученный в установках СТЭЛ-АНК обладает более длительным сроком сохранения антимикробной активности (до 7 дней), что связано с улучшением очистки исходного раствора от ионов тяжелых металлов в процессе синтеза анолита АНК в установке типа СТЭЛ-М. Следующим шагом на пути совершенствования анолита АНК стало создание установки типа СТЭЛ-АНК-ПРО, которая позволяет производить анолит АНК с минерализацией не более 1 г/л при концентрации оксидантов не менее 500 мг/л.
2. Разработана технология получения универсального по назначению (дезинфекция, предстерилизационная очистка, стерилизация) электрохимически активированного раствора – анолита АЛОКС, который производится путем введения в анолит АНК с концентрацией оксидантов 500 мг/л, синтезированный в установках типа СТЭЛ-М (и только в установках этого типа) уксусной кислоты в количестве 1 объемного процента. Активно действующие вещества анолита АЛОКС представляют собой смесь метастабильных неорганических (хлоркислородных и гидропероксидных) и органических (пероксосоединений) оксидантов. Причем, основная часть органических метастабильных оксидантов представлена надуксусной кислотой, образующейся путем окисления уксусной кислоты неорганическими оксидантами анолита АНК. После введения уксусной кислоты и перемешивания его с объемом анолита АНК, анолит АЛОКС готов к применению через три минуты и сохраняет свои функциональные свойства в течение 6 часов. По прошествии 6 часов анолит АЛОКС применять не рекомендуется, а через 24 часа действующие вещества анолита АЛОКС практически полностью взаимонейтрализуются. Антимикробная активность анолита АЛОКС, подтвержденная рядом зарубежных авторитетных исследовательских центров превышает аналогичные свойства анолита АНК в 1000 – 10 000 раз, что дает возможность сократить время обработки изделий этим раствором до 1 – 3 минут. Анолит АЛОКС не вызывает коррозии металлов при обработке методом погружения, высокоэффективен в условиях высокой органической нагрузки.
3. Разработана технология и технические средства для получения электрохимически активированного раствора универсального назначения (дезинфекция, предстерилизационная очистка, стерилизация) электрохимически активированного раствора – анолита ПЕРОКС, который производится в установках типа СТЭЛ-ПЕРОКС путем электрохимического синтеза из водного раствора карбоната натрия. Действующими веществами анолита ПЕРОКС являются пероксокарбонаты натрия, надугольная кислота и гидропероксидные электронакцепторные соединения в метастабильном состоянии — оксиданты. Минерализация раствора ПЕРОКС находится в пределах от 0,5 до 1,0 г/л, содержание оксидантов, измеренное методом йодометрического титрования в эквиваленте соединений активного хлора составляет от 40 до 50 мг/л. Водородный показатель анолита ПЕРОКС находится в пределах от 6 до 7. Раствор обладает минимальной токсичностью при полном отсутствии коррозионной активности (документы прилагаются) и предлагается к применению не только как средство для дезинфекции, предстерилизационной очистки и стерилизации изделий медицинского назначения, но также в качестве стерильной воды с антибактериальными свойствами, которые сохраняются в течение 20 дней. В этом качестве анолит ПЕРОКС может быть использован для ополаскивания изделий медицинского назначения в технологических процессах подготовки их к использованию.
   Кроме того, в установках типа СТЭЛ-ПЕРОКС одновременно с анолитом ПЕРОКС синтезируется католит ПЕРОКС, который может быть использован в качестве моющего раствора, а также среды для приготовления растворов инсектицидов. Минерализация католита ПЕРОКС не превышает 1 г/л при рН превышающем 10 и окислительно-восстановительном потенциале менее минус 500 мВ (относительно хлорсеребряного электрода сравнения). Действующими веществами католита ПЕРОКС являются гидроксид натрия, пероксид водорода и другие гидропероксидные электрондонорные соединения в метастабильном состоянии – антиоксиданты. Применение католита ПЕРОКС в качестве среды для растворения инсектицидных препаратов позволяет повысить функциональные свойства растворов инсектицидов при уменьшении концентрации действующих веществ на 50 – 70 % за счет интенсификации процессов переноса действующих веществ сквозь наружные покровы насекомых.

В таблице приведены характеристики новых электрохимически активированных растворов в сравнении с существующими растворами химических реагентов и анолитом АНК, вырабатываемым в установках типа СТЭЛ-10Н-120-01.

Исследование контрафактной продукции (установок СТЭЛ, поддельных электрохимических реакторов, производимых, например, российской компанией из С-Петербурга «Изумруд»), которая всплывает на рынке России и за рубежом, показало, что ни один из поддельных электрохимических реакторов не позволяет обеспечить в схеме синтеза анолита АНК образование хлоркислородных и гидропероксидных соединений в пропорциях, необходимых для придания анолиту АНК требуемых параметров по антимикробной активности, а также не позволяют обеспечить условия, гарантирующие длительное сосуществование хлоркислородных и гидропероксидных соединений в анолите АНК. Контрафактные установки СТЭЛ, как правило, оснащены либо неоригинальными реакторами, либо реакторами из стандартных элементов ПЭМ-3, изготовленными единственным легальным их производителем в мире – российской компанией “Лаборатория электротехнологии», однако, в количестве намного меньшем, чем требуется для получения заявленной в документации производительности установки.

Нарушения техники изготовления, технологии получения анолита АНК и методик его практического применения допускают различные фирмы, не являющиеся уполномоченными представителями авторов. Для того, чтобы дать возможность потребителям установок СТЭЛ – ответственным работникам ЛПУ – не рисковать здоровьем людей, доверившихся им в качестве пациентов, разработана система предоставления заинтересованным лицам и организациям АВТОРСКОЙ ИНФОРМАЦИИ по всем вопросам электрохимической техники и технологии. Эта система создана на информационной базе данных группы ведущих предприятий в области электрохимических систем и технологий получения и применения электрохимически активированных растворов и включает в себя базы данных группы предприятий, уполномоченных авторами основных патентов в этой области, что позволяет обеспечить потребителей по их запросам доброкачественной информацией и продукцией.

Сравнительная характеристика химически стабильных и электрохимически активированных дезинфицирующих растворов

• К списку статей