СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1995 года по МПК C02F1/46 

Изобретение относится к технологии процессов очистки воды, в частности к способам очистки сточных вод.

Изобретение может быть использовано для очистки промышленных сточных вод преимущественно гальванических производств от ионов тяжелых металлов, цианидов, фторидов, нефтепродуктов, кислотных остатков, органических соединений и т.п.

Известны электрохимические способы очистки промышленных сточных вод от указанных загрязнений, основанные на анодном растворении железа под действием постоянного тока (электрокоагуляция) или на растворении железа без воздействия внешнего источника тока (гальвонокоагуляция).

Известен способ очистки сточных вод, основанный на процессе статической гальванокоагуляции. Этот способ заключается в том, что в очищаемую воду предварительно подают кокс, измельченный до пылевидного состояния. Полученную жидкость пропускают через стационарный пористый слой частиц железа. При этом каждая пылинка кокса перемещается потоком очищаемой воды и сталкивается с поверхностью частиц железа. За счет разности электрохимических потенциалов в месте контакта железо поляризуется анодно, а кокс - катодно. При этом образуется точечный короткозамкнутый элемент железо-кокс, вызывающий 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 очищаемую воду в основном в виде двухвалентных ионов, восстановление в прианодном слое шестивалентного хрома в трехвалентное состояние и т.п. Ввиду того, что разность электрохимических потенциалов железа и кокса незначительна активное растворение железа, находящегося в стационарном состоянии, возможно при значениях рН 2-3, характеризующих начало химического растворения железа. Для поддержания указанной величины рН воды в большинстве случаев требуется введение минеральной кислоты, что загрязняет воду кислотными остатками.

Для образования гидроксидов металлов из присутствующих в воде примесей требуется значительное количество щелочных реагентов. Однако применение указанных реагентов приводит к повышению солесодержания очищаемой воды. Наличие в сточной воде нефтепродуктов и органических соединений приводят к ингибированию поверхности частиц железа и механическому обволакиванию пылинок кокса, что не дает возможности протекания процесса гальванокоагуляции.

Таким образом, использование указанного способа не достигает высокой степени очистки сточных вод и обладает ограниченной областью применения по качественному и количественному составу примесей.

Целью настоящего изобретения является увеличение степени очистки сточных вод и расширение области применения данного способа по качественному и количественному составу примесей.

Для этого в способе очистки сточных вод, заключающемся в том, что в очищаемую воду предварительно подают измельченный до пылевидного состояния кокс, полученную жидкость пропускают через стационарный пористый слой частиц железа и одновременно воздействуют на нее постоянным электрическим током, а затем проводят ее последующее осветление, согласно изобретению стационарный пористый слой частиц железа подключают к положительному полюсу источника постоянного тока, а внутри слоя размещают изолированный электрод, который подключают к отрицательному полюсу источника тока, и одновременно с прохождением обрабатываемой жидкости через этот слой железа на нее воздействуют переменным магнитным полем с величиной магнитной индукции 0,08-0,2 Тл.

При прохождении сточной воды через стационарный слой частиц железа вследствие электрохимических процессов происходит растворение железа. Присутствие кокса предотвращает пассивацию частиц железа, обеспечивает активизацию их поверхности, что интенсифицирует растворение железа и при наложении магнитного поля на обрабатываемую воду приводит к образованию кристаллической структуры магнетика, которая, обладая магнитными свойствами, дает возможность обеспечить высокую степень очистки от любых содержащихся в воде примесей. Это происходит следующим образом. Под действием переменного магнитного поля с величиной магнитной индукции 0,08-0,2 Тл ионы двух- и трехвалентного железа образуют ферриты шпинельной структуры с присутствующими ионами тяжелых металлов, магнетиты и другие ферромагнитные соединения, которые, подвергаясь сильному перемешиванию в магнитном поле, усиливают магнитную восприимчивость раствора и являются центрами кристаллизации не только тяжелых металлов, но и любых кислотных остатков, в том числе ионов кальция, магния, натрия, цианидов, фторидов и любых других диспергированных и эмульгированных примесей.

Предлагаемый способ может быть использован для создания замкнутой системы водооборота промышленных предприятий.

Желательно от источника подавать ток плотностью 100-250 А/м².

Регулируя плотность тока, изменяют интенсивность выделения кислорода на аноде, тем самым, получая ионы двух- и трехвалентного железа в соотношениях (1: 1)-(1: 2) соответственно. А это является одним из необходимых условий образования магнетика, что, как было описано выше, ведет к увеличению степени очистки сточных вод и расширению области применения данного способа по качественному и количественному составу примесей.

Целесообразно кокс подавать в количестве 1-15 г/м³.

Указанное количество кокса дает возможность регулировать общее количество образующего магнетита, которое необходимо для очистки сточной воды от определенного количества конкретных примесей.

Таким образом, использование предлагаемого способа очистки сточных вод позволяет значительно увеличить степень очистки сточных вод и расширить область применения данного способа по качественному и количественному составу примесей.

Предлагаемый способ очистки сточных вод по сравнению с известными аналогичными способами обладает существенными отличиями и новизной, заключающимися в проведении процессов электрокоагуляции и гальванокоагуляции в переменном магнитном поле.

Способ осуществляется следующим образом.

В сточную воду любого производства предварительно подают измельченный до пылевидного состояния кокс в количестве 1-15 г/м³. Полученную жидкость пропускают через электролизер, в котором размещают металлический скрап в виде стационарного пористого слоя частиц железа, внутри которого размещают изолированный электрод.

Стационарный пористый слой частиц железа подключают к положительному полюсу источника постоянного тока, а изолированный электрод - к отрицательному полюсу. От источника подают ток плотностью 100-250 А/м². При этом электролизер помещают в электромагнит, создающий переменное магнитное поле с величиной магнитной индукции 0,08-0,2 Тл.

Пылинки кокса перемещаются потоком очищаемой воды вдоль стационарного слоя частиц железа (стальная или чугунная стружка) и сталкиваются с поверхностью частиц железа. За счет разности электрохимических потенциалов в месте контакта железо поляризуется анодно, а кокс - катодно, вследствие чего образуется точечный короткозамкнутый элемент железо-кокс, вызывающий в месте контакта эффект гальванокоагуляции.

Так как слой железа подключен к положительному полюсу источника тока усиливается разность электрохимических потенциалов частиц железа и кокса, и эффект гальванокоагуляции возрастает.

Кроме того, подача на электроды постоянного тока вызывают возникновение процесса электрокоагуляции, причем присутствие кокса обеспечивает активизацию поверхности частиц железа, предотвращая их пассивацию, и интенсифицирует процесс электрокоагуляции.

Указанное количество кокса, предварительно подаваемое на сточную воду, является оптимальным для существующих промышленных сточных вод по количественному и качественному составу примесей.

В случае подачи кокса в количестве менее 1 г/м³ анодное растворение железа замедляется ввиду пассивации поверхности частиц железа, что приводит к уменьшению образования магнетита под воздействием переменного магнитного поля и, следовательно, к снижению степени очистки сточных вод.

Подача кокса в количестве более 15 г/м³ экономически неоправдана, так как избыток кокса не вступает в электрохимическое взаимодействие с железом и, соответственно не приводит к дополнительному увеличению степени очистки сточной воды.

Указанная плотность постоянного тока обеспечивает образование двух- и трехвалентного железа в необходимом для образования магнетита при воздействии переменного магнитного поля соотношении (1:1)-(1:2) соответственно.

Если плотность постоянного тока будет менее 100 А/м² или более 250 А/м² нарушается указанное соотношение, что уменьшает образование магнетита и, следовательно, снижает степень очистки сточных вод.

Как указано выше, одновременно с прохождением обрабатываемой жидкости через стационарный пористый слой частиц железа на нее воздействуют переменным магнитным полем с величиной магнитной индукции 0,08-0,2 Тл.

Проведение многочисленных экспериментов позволило установить, что воздействие переменного магнитного поля оказывает значительное влияние на прохождение процессов электрокоагуляции, гальванокоагуляции и образование магнетита. Это воздействие активизирует указанные процессы, дает возможность обрабатывать сточные воды в широком диапазоне величины рН без предварительной подготовки поступающей на очистку сточной воды. Кроме того, появляется возможность обрабатывать сточные воды, содержащие любые примеси высокой концентрации.

Изменение количественного и качественного состава примесей не влияет отрицательно на процесс очистки, что позволяет расширить диапазон применения предлагаемого способа по количественному и качественному составу примесей.

Кроме того, при использовании предлагаемого способа очистки в электролизере образуется суспензия черного цвета, твердые частицы которой соответствуют структуре магнетита и проявляют магнитные свойства, их гидравлическая крупность в 2-3,5 раза выше, чем в известных способах, что ведет к уменьшению объема очистных сооружений. Величина удельной магнитной восприимчивости этих частиц 10^-2 см³/г свидетельствует об их ферромагнитных свойствах и обеспечивает их последующее отделение в гравитационных осветлителях или на магнитных фильтрах с достаточной легкостью. Последующее осветление может быть осуществлено любыми известными методами. В результате осветления образуется осадок черного цвета, который может быть повторно использован при указанном процессе после его регенерации, что приводит к значительному уменьшению расхода металлического скрапа и кокса. Регенерация осадка позволяет увеличить его сорбиционную способность на 20-30%, что приводит к увеличению степени очистки сточных вод.

Указанная величина магнитной индукции является оптимальной для образования в электролизере суспензии черного цвета, твердые частицы которой соответствуют структуре магнетита.

При уменьшении величины магнитной индукции менее 0,08 Тл образуется суспензия, обладающая парамагнитными свойствами с величиной удельной магнитной восприимчивости твердой фазы 10^-4 см³/г, что не дает возможности образованию магнетита и резко снижает степень очистки сточных вод.

При увеличении величины магнитной индукции более 0,2 Тл наступает предел магнитного насыщения твердой фазы суспензии, что ведет к неоправданным затратам электроэнергии.

П р и м е р 1. Способ, согласно изобретению осуществляют в электролизере, содержащем корпус, внутри которого размещают железный скрап в виде стационарного пористого слоя частиц железа, который подключают к положительному полюсу источника постоянного тока. Внутри слоя размещают перфорированный электрод, который подключают к отрицательному полюсу источника тока. Электролизер помещают в переменное магнитное поле величиной магнитной индукции 0,12 Тл. В сточную воду, содержащую 180 мг/л шестивалентного хрома, 24 мг/л ионов никеля, 16 мг/л ионов цинка, 19 мг/л ионов меди и имеющую рН 5,6 вводят суспензию пылевидного кокса в количестве 10 г/м³. Полученную жидкость пропускают через электролизер, на который от источника подают ток плотностью 180 А/м², и полученную суспензию осветляют в блоке отстойник - фильтр.

Параметры жидкости до и после очистки в примерах 1-15 приведены в таблице.

П р и м е р ы 2-7. Способ очистки сточных вод осуществляют аналогично описанному в примере 1. Отличие заключается в величине подаваемого постоянного тока, количестве подаваемого кокса и величине магнитной индукции, лежащих в пределах предлагаемого изобретения.

П р и м е р ы 8-13. Способ очистки сточных вод осуществляют аналогично описанному в примере 1. Отличие заключается в величине подаваемого постоянного тока, количестве подаваемого кокса и величине магнитной индукции, лежащих за пределами предложенных параметров.

П р и м е р 14 (сравнительный). Способ осуществляют аналогично выше описанному способу, основанному на гальванокоагуляции.

П р и м е р 15 (прототип). Способ осуществляют аналогично выше описанному способу, основанному на электрокоагуляции.

Как следует из приведенной таблицы использование предлагаемого способа очистки сточных вод в пределах указанных параметров позволяет получить в процессе осветления легкоосаждающийся осадок черного цвета с ферромагнитными свойствами и высокой сорбционной способностью, обеспечивающей высокую степень очистки сточных вод, что позволяет расширить область применения данного способа по качественному и количественному составу примесей.

Использование предлагаемого способа увеличивает производительность процесса очистки сточной воды в 10-15 раз, дает выигрыш в габаритах очистных сооружений в 5-7 раз, обеспечивает эффект очистки по отдельным компонентам примесей до 100%.

Использование: очистка сточных вод. Сущность изобретения: сточные воды с введенным в них пылевидным коксом в количестве 1-15 г/м³ пропускают через стационарный пористый слой частиц железа, содержащий дополнительный изолированный электрод, при одновременном воздействии на нее постоянного электрического тока и переменного магнитного поля с магнитной индукцией 0,08 - 0,20 Тл, при этом стационарный слой частиц железа подключен к положительному полюсу, а дополнительный электрод - к отрицательному полюсу источника тока. Плотность тока 100 - 250 А/м² . 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, включающий пропускание сточной воды, предварительно смешанной с измельченным до пылевидного состояния коксом, через стационарный пористый слой частиц железа и последующее осветление, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки и расширения технологических возможностей, в стационарном слое частиц железа размещают дополнительный изолированный электрод, стационарный слой частиц железа подключают к положительному полюсу, а дополнительный электрод - к отрицательному полюсу источника тока, пропускание воды осуществляют при одновременном воздействии на нее постоянного электрического тока и переменного магнитного поля с магнитной индукцией 0,08-0,20 Тл.