СПОСОБ ГАЛЬВАНОКОАГУЛЯЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННОЙ СТОЧНОЙ ВОДЫ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/463 

Изобретение относится к технологии очистки промышленных сточных вод и может применяться для обезвреживания (очистки от катионов и анионов, взвесей, нефтемаслопродуктов и т.п.) стоков гальванических производств, металлургической, химической и других отраслей промышленности.

Известен способ электрохимической очистки промышленных сточных вод, включающий обработку очищаемого раствора в электрическом поле, возникающем между двумя электродами. К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относятся существенные энергозатраты на реализацию данного способа и низкая производительность вследствие пассивации поверхности электродов.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является способ гальванокоагуляционной очистки промышленных сточных вод, включающий пропускание обрабатываемого раствора через слой перемешиваемой насадки, состоящей из смеси дисперсных компонентов в присутствии кислорода воздуха, принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относятся низкая эффективность процесса очистки ввиду расслоения компонентов насадки и ухудшения условий образования гальванопар, а также из-за существенного диффузионного сопротивления, возникающего в пограничном слое на поверхности частиц насадки, и проявления цементационных эффектов.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи по предотвращению расслоения компонентов насадки, снижение диффузионного сопротивления пограничного слоя на поверхности частиц насадки и предотвращение цементации частиц компонентов на ее образующих. При этом достигается технический результат, заключающийся в увеличении эффективности процесса очистки (повышение ее производительности и степени извлечения загрязнений).

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе гальванокоагуляционной очистки промышленной сточной воды, включающем пропускание ее через слой перемешиваемой дисперсной насадки, состоящей из компонентов гальванопары, в присутствии кислорода воздуха. Кислород воздуха вводят путем барботажа через слой насадки.

Для компонентов насадки обеспечивают равными значения величин

где r плотность обрабатываемого раствора, кг/м³;
r_т плотность твердых частиц, кг/м³;
d средний размер (диаметр) частиц, м;
ψ коэффициент формы (сферичности) частиц.

Обрабатываемую воду подают на очистку в пульсационном режиме, интенсивность пульсации подачи обрабатываемой воды определяют по формуле:

где I Ai;
I интенсивность пульсации, м/с;
A амплитуда пульсации, м;
i частота пульсации, с;
μ коэффициент динамической вязкости обрабатываемого раствора, Па.с;
e порозность слоя насадки;
d_э средний эквивалентный размер (диаметр) частиц насадки, м;
j₃ усредненный коэффициент формы (сферичности) частиц насадки;
ρ плотность обрабатываемого раствора, кг/м³;
V скорость подачи обрабатываемого раствора, м/с;
L гидродинамический параметр;

r_т∂ усредненная плотность частиц насадки, кг/м³;
g ускорение свободного падения, м/с²;
K и f эмпирические коэффициенты, зависящие от значения L (определяются в соответствии с рекомендациями, приведенными в (Кизевальтер Б.В. Теоретические основы гравитационных процессов обогащения М. Недра, 1979, 295 с.

Благодаря тому, что для компонентов насадки значение величины при ее перемешивании, предотвращающем пассивацию поверхности не происходит расслоения дисперсных компонентов, не нарушаются условия образования гальванопар, что способствует повышению степени очистки. Кроме того, подача обрабатываемой воды на очистку в пульсирующем режиме также позволяет повысить степень очистки и увеличить производительность процесса за счет уменьшения диффузионного сопротивления в пограничном слое на границе раздела фаз: дисперсная насадка - раствор и предотвратить цементацию частиц компонентов насадки. При этом оптимальное значение интенсивности пульсации обрабатываемого раствора в случае очистки его от катионов тяжелых металлов определяется в соответствии с выражением:

Заявленный способ осуществляется следующим образом: обрабатываемый раствор пропускают через слой насадки, состоящей из смеси дисперсных компонентов, образующих гальванопару (например, железо-кокс или железо-титан, или алюминий-железо, или алюминий-кокс, или железо-медь, или алюмомагниевый сплав-графит и т.п.), для которых при одновременной подаче в обрабатываемый раствор воздуха (например, посредством барботажа); подачу обрабатываемого раствора можно осуществлять в пульсирующем режиме; интенсивность пульсации подачи обрабатываемого раствора может быть определена по формуле: где I A•i;
Пример 1. Раствор промышленных сточных вод, содержащий 830 мг/л сульфатов, 820 мг/л нефтепродуктов, 80 мг/л Cr 6+, 35 мг/л Cu 2+, подают со скоростью 0,0025 м/с через насадку, состоящую из смеси железо-кокс со средним эквивалентным диаметром d_э 0,005, плотность раствора ρ = 1000 кг/м³ усредненная плотность частиц насадки ρ_тэ= 4000 кг/м³ коэффициент динамической вязкости обрабатываемого раствора μ = 1,7•10^-3Па•с порозность слоя насадки ε 0,7, параметры L 612,4, K 3,6, f 0,666; одновременно через насадку барботируют воздух, j_э 0,3.

Интенсивность пульсации, наложенной на обрабатываемый раствор, в двух случаях определялась произвольно, а в третьем случае в соответствии с приведенной выше формулой I 0,057 м/с; A 0,057 м; i=1 с^-1; I_1min 0,01 м/с; i₁ 1 с^-1; A_I 0,01м; I_2max 0,1 м/с; i₂ 1с^-1; A 0,1 м.

Результаты очистки приведены в табл. 1.

Пример 2. Раствор промышленных сточных вод, содержащий 336 мг/л керосина, 55 мг/л ионов As, 121 мг/л ионов Ni 2+, 73 мг/л ионов Cr 6+ подают со скоростью 0,003 м/с через насадку, состоящую из смеси железо-медь; d_э 0,003 м, ρ 1000 кг/м³, r_тэ 6200 кг/м³, μ 1,7•10^-3 Па•c, e0,36, L=128,6, K=3,6, f= 0,666. Одновременно через насадку барботировали воздух, j_э= 0,8. Интенсивность пульсации, наложенной на обрабатываемый раствор, в двух случаях определялась произвольно, а в третьем в соответствии с приведенной выше формуле: I= 0,026 м/с; i=2 с^-1; A=0,013 м; I_1min 0,01 м/с; i=2 с^-1; A=0,005 м; I_2max= 0,1 м/с; i=2 с^-1; A=0,05 м.

Результаты очистки приведены в табл. 2.

Пример 3. Раствор промышленных сточных вод, содержащий 672 мг/л маслопродуктов, 98 мг/л ионов Co 2+, 485 мг/л ионов SO₄ 2-, 93 мг/л ионов Cr 3+, 53 мг/л ионов Cr 6+, 39 мг/л ионов Zn 2+ подают со скоростью 0,002 м/с через насадку состоящую из смеси алюмомагниевый сплав-кокс, d_э=0,004 м, L 203,6, K 3,6, f 0,666, ψ_э 0,5, одновременно через насадку барботируют воздух. Интенсивность пульсации в двух случаях определялась произвольно, а в третьем случае в соответствии с приведенной выше формулой: I=0,027 м/с; i=0,5 c^-1; A=0,054 м; I_1min=0,01 м/с; i=0,5 с^-1; A=0,02 м; I_2max=0,1 м/с; i=0,5 с^-1; A=0,2 м.

Результаты очистки приведены в табл. 3.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о том, что использование заявленного изобретения позволяет повысить эффективность очистки и ее производительность.

Использование: способ гальваноагуляционной очистки промышленных сточных вод может применяться для обезвреживания стоков гальванических производств, стоков в металлургической, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: способ включает пропускание обрабатываемого раствора в пульсирующем режиме через слой перемешиваемой насадки и одновременную подачу в обрабатываемый раствор кислорода, причем для компонентов насадки обеспечивают равными значения величины , где r - плотность обрабатываемого раствора, кг/м³, r_т - плотность твердых частиц, кг/м³, d - средний размер (диаметр) частиц, м, ψ - усредненный коэффициент формы (сферичности) частиц. Предложена формула для расчета интенсивности пульсации обрабатываемого раствора. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ гальванокоагуляционной очистки промышленной сточной воды, включающий пропускание ее через слой перемешиваемой дисперсной насадки, состоящей из компонентов гальванопары, в присутствии кислорода воздуха, отличающийся тем, что обрабатываемую воду подают на очистку в пульсирующем режиме, а кислород вводят путем барботажа воздуха через слой насадки при равенстве величин, определяемых по формуле

для компонентов насадки,
где r плотность сточной воды, кг/м³;
r_т плотность частиц компонента насадки, кг/м³;
d средний размер (диаметр) частиц, м;
ψ коэффициент формы (сферичности) частиц. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интенсивность пульсации потока обрабатываемой сточной воды определяют по формуле

где L гидродинамический параметр, равный

I интенсивность пульсации, м/с;
А амплитуда пульсации, м;
i частота пульсации, с^- 1;
m коэффициент динамической вязкости сточной воды, Па • с;
e порозность слоя насадки;
d_э средний эквивалентный размер (диаметр) частиц насадки, м;
j_э усредненный коэффициент формы (сферичности) частиц насадки;
ρ плотность сточной воды, кг/м³;
v скорость подачи обрабатываемой воды, м/с;
g ускорение свободного падения, м/с²;
r_тэ усредненная плотность частиц насадки, кг/м³;
К и f эмпирические коэффициенты, зависящие от значения L.