СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК C02F1/46 

Изобретение относится к обработке воды, в частности к способам и устройствам для очистки промышленных сточных вод, в том числе гальванических производств, и может быть использовано для очистки воды от диспергированных, эмульгированных и растворенных примесей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ очистки сточных вод, включающий пропускание воды через пористый слой частиц железа с предварительным введением катодного вещества в виде измельченного до пылевидного состояния кокса в количестве 2-20 г на 1 м³ воды.

Недостатками такого способа являются недостаточно высокая производительность и степень очистки, а также необходимость дополнительного использования реагентов для доводки рН до и после обработки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее электролитическую ячейку, которая состоит из сосуда для приема сточной воды, катода и железного анода, где катод изготовлен из электродного материала, нерастворимого в электролите, а анод - из слоя железных частиц, находящихся в электрическом контакте с электродом, и перфорированного материала, неразрушающегося при электролизе. Установка снабжена также отстойником, предназначенным для разделения воды на очищенную жидкость и осадок.

Недостатками такого устройства являются недостаточно высокая скорость и степень очистки.

Целью изобретения является повышение степени очистки при сокращении ее продолжительности.

Для этого в способе, включающем обработку воды, предварительно смешанной с пылевидным коксом, в электрокоагуляторе при пропускании ее через пористый слой частиц железа с последующим осветлением, обработку ведут в электрокоагуляторе, разделенном на электродные камеры, анодная камера которого заполнена пористым слоем частиц железа, воду пропускают параллельными потоками через электродные камеры при одновременном воздействии на нее электрического тока напряжением 6-24 В и силой тока 1-4 А, полученные анолит и католит смешивают на выходе из электрокоагулятора.

Цель достигается также тем, что в устройстве, содержащем корпус с днищем, катод, анодную камеру, установленную коаксиально корпусу, заполненную металлическим скрапом и снабженную анодным токоподводом, цилиндрическую мембрану, установленную коаксиально корпусу, патрубки ввода и вывода воды, корпус выполнен в виде катода, стенки и днище анодной камеры выполнены перфорированными из диэлектрического материала, а на наружной поверхности катода размещена мембрана, выполненная полупроницаемой, при этом анодная камера и мембрана выполнены на расстоянии от днища корпуса, патрубок ввода воды размещен в верхней части корпуса, а патрубок вывода воды - в нижней части корпуса.

На фиг. 1 представлена схема для осуществления способа очистки сточных вод; на фиг. 2 - конструкция устройства.

Способ очистки сточных вод включает следующие операции.

Сточные воды подаются в емкость 1 усреднителя, где происходит усреднение стоков по составу. Затем в обрабатываемую воду подают катодное вещество в виде водной суспензии, пылевидного кокса и подают во всасывающий патрубок насоса 2, где происходит перемешивание. После чего вода, содержащая катодное вещество, поступает на электрохимическую обработку в блок 3, где происходят следующие физико-химические процессы.

В составе обрабатываемой воды могут находиться следующие катионы и анионы: Ni⁺², Cu⁺², Zn⁺², Fe^+2-+3, Cg⁺², Su⁺², Pb⁺² и др.; Cl^-1, SO₄^-3, PO₄^-3, Cr₂O₇^-2, CO₃^-2и др. Вода может также содержать взвешенные СПВ и нефтепродукты.

При электрохимической обработке будут протекать следующие процессы.

Вода с содержащимся в ней катодным веществом поступает в анодную камеру (фиг. 2), где осуществляется следующее.

Во время прохождения через пористую массу железа очищаемой воды с катодным веществом, за счет разности электрохимических потенциалов железа и кокса возникает множество короткозамкнутых гальванопар железо - кокс, вызывая в месте контакта и в непосредственной близости от него эффект гальванокоагуляции, т.е. совокупность ряда электрохимических и физических процессов: растворение материала анода - железа и переход его в воде в основном, в виде двухвалентных ионов, электролиз воды, и, как следствие, подкисление прианодного и существенное повышение рН всего объема воды.

Ввиду того, что между анодной и катодной камерами мембрана установлена из пористого полупроницаемого материала, и на металлический скрап дополнительно подается положительный потенциал от внешнего источника тока величиной 6-24 В при силе тока 1-4 А, возникает явление электроионной сепарации, при этом протекают следующие физико-химические процессы.

Катодные процессы, протекающие при электролизе водных растворов, содержащих Zn, Cr, Fe, Cg, Ni, при потенциале близком к 0,41 В включают в зависимости от концентраций раствора и условий электролиза (плотность тока) как восстановление металла, так и выделение водорода.

Так как в рассматриваемом случае концентрации относительно малы, то происходит выделение водорода.

Электрохимическое выделение водорода из кислых растворов происходит вследствие разряда ионов водорода в случае нейтральной и щелочных сред, оно является результатом электрохимического восстановления воды
2Н₂O + 2 = H₂ + 2OH^-.

При пассивном аноде при электролизе водных растворов щелочей, кислородсодержащих кислот и их солей, а также фтороводорода и фторидов, происходит электрохимическое окисление воды с выделением кислорода, в зависимости от рН раствора этот процесс протекает по-разному. В щелочной среде
4OH^- = O₂ + 2H₂O + 4. В кислой среде и нейтральной
2H₂O = O₂ + 4H⁺ + 4.

Вследствие наложения напряжения для осуществления электроионной сепарации возникает процесс электрокоагуляции, протекающий параллельно с идущим уже процессом гальванокоагуляции, при этом шестивалентный хром восстанавливается до трехвалентного.

Кроме того, при рН < 1,5 происходит восстановление Сr₂O₇² и CrO₄^2-в результате катодных электрохимических процессов.

Восстановление бихромат- и хроматионов также происходит ионами двухвалентного железа, образующимися в результате катодного восстановления трехвалентного железа, а также гидрозакисным железом.

В процессе электролиза происходит повышение величины рН вследствие уменьшения концентрации водородных ионов.

Исходя из описанного процесса следует, что ионная сепарация является оптимизирующим фактором протекающего процесса гальванокоагуляции, при этом в качестве анода работает вся поверхность объема металлического скрапа, а роль катода выполняют частицы кокса, находящиеся во взвешенном состоянии в самой очищаемой воде, при этом в параллельно протекающем процессе электрокоагуляции роль анода выполняет боковая поверхность анодной камеры, а роль катода - отрицательный электрод - корпус устройства, т.е. работает как бы 2 анода и 2 катода.

Вода из общих камер, прошедшая электрохимическую обработку, смешивается и поступает на осветление.

Устройство для очистки сточных вод (фиг. 2) содержит корпус 4, в который установлена анодная камера 5, например в виде цилиндра с дном, выполненных из перфорированного электроизоляционного материала, внутрь которого помещен металлический скрап 6. В центре анодной камеры находится токопровод 7, а на поверхности анодной камеры расположена полупроницаемая мембрана 8, например из хлориновой ткани. Пространство между металлическим корпусом и мембраной образует катодную камеру. В нижней части анодная и катодная камеры объединены, образуя смесительную камеру 9 с отводным патрубком.

Устройство работает следующим образом.

Отрицательный потенциал от внешнего источника подается на корпус устройства, а положительный потенциал подается на анод через введенный дополнительный токопровод, расположенный в центре анодной камеры.

Обрабатываемая вода с предварительно введенным катодным веществом одновременно поступает в анодную и катодную камеры.

В анодной камере происходит гальванокоагуляция.

При подаче потенциала от внешнего источника величиной 6-24 В при силе тока 1-4 А вследствие наличия полупроницаемой мембраны возникает процесс электроионной сепарации, при которой концентрируются анионы в анодной камере, а катионы - в катодной, что оптимизирует протекающий процесс гальванокоагуляции. При этом одновременно возникает процесс электрокоагуляции.

Из обеих камер обработанная вода смешивается в смесительной камере и поступает на осветление.

П р и м е р 1.

Проводим очистку производственных сточных вод, содержащих 494 мг/л сухого остатка; хлориды 127,7 мг/л; сульфаты 240, 15 мг/л; никель 3,6 мг/л; кадмий 1,25 мг/л; цинк 10,7 мг/л; железо 1,6 мг/л; медь 18,6 мг/л; хром 80 мг/л; марганец 0,03 мг/л при рН 6,2, в опытной установке с рабочим объемом 1 л с производительностью 160 л/ч, что соответствует продолжительности обработки 0,4 мин вместо 6 мин по прототипу. В обрабатываемую воду вводят катодное вещество в виде водной суспензии кокса из расчета 6 г на 1 м³ воды. После этого вода поступает в блок электрохимической обработки, к которому подводят потенциал от внешнего источника тока 6 В при силе тока 1 А. Затем вода подается на осветление.

После осветления вода получена следующего состава, мг/л: сухой остаток 257; хлориды 89,92; сульфаты 115,22; никель нет; кадмий нет; цинк нет; железо 0,2; медь 0,1; хром нет; марганец нет; рН 8,8.

П р и м е р 2. В отличие от примера 1, подавали потенциал от внешнего источника равный 3,5 В при силе тока 0,5 А.

После обработки вода получена следующего состава, мг/л: сухой остаток 390,4; хлориды 111,2; сульфаты 159,4; никель 0,4; кадмий 0,5; цинк 0,2; железо 0,1; медь 0,34; хром 5,4; марганец нет; рН 0,9.

П р и м е р 3. В отличие от примера 1, подавали потенциал от внешнего источника равный 24 В и силе тока 4 А.

После обработки вода получена следующего состава, мг/л: сухой остаток 212; хлориды 81,82; сульфаты 112,3; никель нет; кадмий нет; цинк нет; железо 37,4; медь 0,05; хром нет; марганец нет; рН 9,0.

П р и м е р 4. В отличие от примера 1, подавали потенциал от внешнего источника 0 В, 0 А, т.е. без наложения потенциала.

После обработки получена вода следующего состава, мг/л: сухой остаток 450,1; хлориды 110,1; сульфаты 167,4; никель 0,2; кадмий 0,5; цинк 0,34; железо 0,15; медь 0,36; хром 12,4; марганец нет; рН 8,7.

П р и м е р 5. В отличие от примера 1, подавали потенциал от внешнего источника равный 30 В и силе тока 5 А.

После обработки получили воду следующего состава, мг/л: сухой остаток 200; хлориды 71,4; сульфаты 110,3; никель 0,1; кадмий нет; цинк нет; железо 81,4; медь 0,05; хром нет; марганец нет; рН 9,1.

Приведенные в примерах конкретного выполнения результаты сведены в таблицу.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволяют повысить производительность очистки за счет оптимизации протекающих электрохимических процессов, при этом значительно повышается качество очищенной воды, даже при очень высоких первоначальных концентрациях.

Так, по сравнению с известными способом и устройством, производительность предлагаемого технического решения повышается более чем в 5 раз, при этом максимальный расход энергии не более 1 кВт на 1 м³очищаемой воды.

Кроме того, следует отметить, что данный процесс является безреагентным.

Использование: очистка промышленных сточных вод, в том числе гальванических производств, от диспергированных, эмульгированных и растворенных примесей. Сущность изобретения: в сточную воду подают тонко измельченный кокс, перемешивают и направляют одновременно в анодную и катодную камеры устройства. В анодной камере при пропускании воды с коксом через пористый слой частиц железа происходит гальванокоагуляция. При подаче потенциала от внешнего источника (напряжение 6 - 24 В, сила тока 1 - 4 А) отрицательного - на корпус, положительного - на токопровод в анодной камере при наличии полупроницаемой мембраны возникает процесс электроионной сепарации, при которой анионы концентрируются в анодной камере, а катионы - в катодной, активизируя процесс гальванокоагуляции. Одновременно возникает процесс электрокоагуляции. Обработанная вода из обеих камер смешивается, а затем подается на осветление. Способ и устройство позволяет повысить производительность за счет оптимизации протекающих электрохимических процессов, при этом значительно повышается качество обработанной воды. Данный процесс является безреагентным. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.