СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ Российский патент 2008 года по МПК C02F1/463 C02F1/465 

Изобретение относится к очистке производственных сточных вод, содержащих взвешенные вещества, нефтепродукты, ПАВ, ионы железа и хрома, и может быть использовано для очистки сточных вод промышленных предприятий, имеющих в своем составе гальванические производства.

Известен способ очистки промышленных сточных вод, содержащих тяжелые металлы /Патент РФ №2122525, МПК C02F 1/62, C02F 1/465. Способ очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов. Ильин В.И., Колесников В.А. 1998/, заключающийся в том, что сточную воду доводят до рН=9-10, вводят раствор ортофосфата натрия, а затем очищают методом электрофлотации.

Недостатком способа является невысокая эффективность извлечения нефтепродуктов, большое количество реагентов для подщелачивания сточных вод, образования нерастворимых соединений, нейтрализации очищенных вод.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки сточных вод, содержащих масла и жиры /Патент РФ №2093476, МПК C02F 1/465. Способ очистки сточных вод, содержащих масла и жиры. Сухарев Ю.И., Гофман В.Р., Николаенко Е.В. 1996/, включающий отстаивание, отделение всплывших масел, обработку известью, первичную электрофлотационную обработку, гальванокоагуляцию, вторичную электрофлотационную обработку.

Недостатком способа является недостаточно высокая степень очистки сточных вод от нефтепродуктов и ионов металлов, затрата металла на образование коагулянта в гальванокоагуляторе, многостадийность процесса.

Задачей изобретения является повышение эффекта очистки сточных вод электрофлотацией за счет образования комбинированного коагулянта, состоящего из гидроксидов трехвалентного железа и хрома, полученных из соответствующих ионов металлов, находящихся в сточной воде.

Указанная задача решается тем, что сточную воду очищают электрофлотацией в присутствии коагулянта, полученного электрохимическим путем, причем согласно изобретению сточные воды гальванических производств, содержащие ионы Fe²⁺, подают в анодную камеру мембранного электролизера, где окисляют ионы железа до Fe³⁺ в кислой среде, после чего извлекают из воды газообразный хлор и кислород вакуумной дегазацией, затем воду подают на вход катодной камеры мембранного электролизера, смешивают со сточными водами гальванических производств, содержащими ионы Cr⁶⁺ и обрабатывают в катодной камере, где восстанавливают ионы хрома до Cr³⁺ в щелочной среде, после чего воду смешивают с общезаводской сточной водой, содержащей взвешенные вещества, нефтепродукты и ПАВ, и подают в электрофлотатор, снабженный дискретно расположенными электродными блоками, образующими чередующиеся зоны флотации и отстоя вдоль линии течения очищаемой воды в электрофлотаторе, причем количество электродных блоков равно количеству застойных зон, образуемых пеносборной перегородкой электрофлотатора, а расстояние между электродными блоками равно их ширине. Количество электродных блоков электрофлотатора равно 3-6. В анодной камере электролизера поддерживают значение рН=5,0-6,5, катодной камере - рН=7,5-9,0.

Преимуществом предложенного способа по сравнению с прототипом является повышение качества очищенных вод за счет образования комбинированного коагулянта, состоящего из гидроксидов железа и хрома, полученных из соответствующих ионов металлов, загрязняющих сточную воду.

Предлагаемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», подтвержденному совокупностью следующих условий: изобретение предназначено для использования в промышленности при очистке производственных сточных вод промышленных предприятий.

На чертеже показана принципиальная технологическая схема обработки воды предлагаемым способом. Она содержит мембранный электролизер 1, разделенный мембраной 2 на анодную 3 и катодную 4 камеры. Выход анодной камеры 3 соединен со входом дегазатора 5, выход дегазатора 5 соединен со входом катодной камеры 4 электролизера, выход которой соединен со входом электрофлотатора 6, разделенного вертикальными перегородками на приемную камеру 7, флотационную камеру 8 и камеру выпуска очищенной воды 9. Во флотационной камере дискретно (с интервалом) расположены электродные блоки, состоящие из нерастворимого анода 10 из графита и катода 11 из нержавеющей сетки.

Во флотационной камере 8 расположена пеносборная перегородка 12, представляющая собой последовательно соединенные усеченные пирамиды.

Очистка производственных сточных вод производится следующим образом.

Сточную воду гальванических производств, содержащую ионы Fe²⁺, подают на вход анодной камеры 3 мембранного электролизера 1. При электролизе воды в анодной камере выделяются газообразный кислород и хлор, под действием которых ионы железа окисляются до ионов Fe³⁺. Оптимальным условием процесса является значение рН=5,0...6,5. Анолит из анодной камеры подают в дегазатор 5, в котором отделяют избыточный кислород и хлор и отводят в атмосферу. Затем анолит подают на вход катодной камеры 4 совместно со сточной водой гальванических производств, содержащей ионы Cr⁶⁺. В катодной камере за счет накопления ионов ОН^- происходит подщелачивание воды. В щелочной среде происходит восстановление ионов хрома до Cr³⁺. Оптимальным условием процесса является значение рН=7,5...9,0. В катодной камере вода насыщается пузырьками водорода.

Обработанную в электролизере воду подают в приемную камеру 7 электрофлотатора 6, где ее смешивают с общезаводской сточной водой, содержащей взвешенные вещества, нефтепродукты и ПАВ. Во флотационной камере 8 воду очищают от загрязняющих веществ пузырьками электролитического газа, полученными с помощью анодов 10 и катодов 11, а также пузырьками водорода, полученными в катодной камере электролизера. Как известно, эффективность процесса очистки воды электрофлотацией может быть существенно повышена применением железосодержащих или алюминийсодержащих коагулянтов. В изобретении указанную роль реагентов-коагулянтов играют ионы трехвалентных металлов железа и хрома, которые в интервале рН=7,5...9,0 гидролизуются с образованием нерастворимых гидроксидов.

Недостатком многих водоочистных устройств, в том числе электрофлотаторов, работающих в динамическом режиме, является малое время пребывания некоторых элементов объема в аппарате, меньшее среднего расчетного значения. С этим недостатком можно бороться применением нескольких последовательно расположенных камер, однако это приводит к увеличению металлоемкости аппаратов.

В предлагаемом изобретении эта задача решается созданием конвективных потоков в продольном направлении, т.е. расположенных вдоль линий тока жидкости. Задача решается за счет дискретного (с интервалом) расположения электродных блоков, при этом во флотационной камере 8 происходит чередование зон флотации и зон отстоя. Расстояние между электродными блоками должно равняться ширине электродных блоков. Каждый электродный блок создает 2 конвективных потока по и против часовой стрелки в плоскости рисунка.

Принятая конструкция пеносборной перегородки 12 позволяет образовать застойные зоны, в которых образовавшиеся агрегаты «газ-частица» могут беспрепятственно достигнуть поверхности воды, образовать пену, которая самотечно удаляется через вершину пирамиды. Электродные блоки должны быть расположены на одной оси с пирамидами, а их число должно быть равно количеству пирамид. Оптимальное количество электродных блоков и пирамид равно 3-6.

Пример конкретного осуществления способа.

Сточной водой гальванических производств, содержащей ионы Fe²⁺, заполняют анодную камеру мембранного электролизера. Одновременно катодную камеру мембранного электролизера заполняют сточной водой гальванических производств, содержащей ионы Cr⁶⁺. Включают источник электропитания, ведут электролиз воды в электролизере в течение 5-6 мин, после чего отбирают пробы воды с выхода анодной и катодной камеры и определяют значение рН. Пробы воды отбирают и анализируют до тех пор, пока значение рН в анодной камере не достигнет 5,0-6,5; а в катодной камере 7,5-9,0. После этого общезаводской сточной водой заполняют электрофлотатор и, одновременно подают сточную воду, содержащую ионы Fe²⁺, в анодную камеру электролизера и сточную воду, содержащую ионы Cr⁶⁺, в катодную камеру электролизера с таким расходом, чтобы значение рН в катодной и анодной камерах электролизера находилось в указанных пределах.

В электролизере поддерживают плотность тока 100 А/м², время обработки воды 5...6 мин. В электрофлотаторе поддерживают плотность тока 60 А/м², время обработки 15 мин. Результаты очистки сточных вод при указанных режимах приведены в таблице. Опыты проведены при четырех электродных блоках.

ТаблицаЗагрязняющее веществоПрототипИзобретениеИсходная концентрация, мг/лКонечная концентрация, мг/лЭффект очистки, %Исходная концентрация, мг/лКонечная концентрация, мг/лЭффект очистки, %Fe²⁺37,07,579,737,00,698,4Cr⁶⁺24,60,864,224,60,299,2Взвешенные вещества3667,897,93660,799,8Нефтепродукты33,53,689,333,51,296,4ПАВ4,60,295,64,60,197,8

На основании результатов экспериментов следует, что предлагаемое изобретение позволяет существенно повысить эффект извлечения тяжелых металлов с улучшением качества воды по содержанию взвешенных веществ, нефтепродуктов и ПАВ.

Изобретение относится к очистке производственных сточных вод, содержащих взвешенные вещества, нефтепродукты, ПАВ, ионы железа и хрома, и может быть использовано для очистки сточных вод промышленных предприятий, имеющих в своем составе гальванические производства. Сточные воды гальванических производств, содержащие ионы Fe²⁺, подают в анодную камеру мембранного электролизера, где окисляют ионы железа до Fe³⁺ в кислой среде, после чего извлекают из воды газообразный хлор и кислород вакуумной дегазацией. Затем воду подают на вход катодной камеры мембранного электролизера, смешивают со сточными водами гальванических производств, содержащим ионы Cr⁶⁺, и обрабатывают в катодной камере, где восстанавливают ионы хрома до Cr³⁺ в щелочной среде, после чего воду смешивают с общезаводской сточной водой, содержащей взвешенные вещества, нефтепродукты и ПАВ, и подают в электрофлотатор, снабженный дискретно расположенными электродными блоками, образующими чередующиеся зоны флотации и отстоя вдоль линии течения очищаемой воды в электрофлотаторе, причем количество электродных блоков равно количеству застойных зон, образуемых пеносборной перегородкой электрофлотатора, а расстояние между электродными блоками равно их ширине. Технический эффект - повышение степени очистки сточных вод. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ очистки сточных вод электрохимическими методами, включающий очистку электрофлотацией в присутствии коагулянта, полученного электрохимическим путем, отличающийся тем, что сточные воды гальванических производств, содержащие ионы Fe²⁺, подают в анодную камеру мембранного электролизера, где окисляют ионы железа до Fe³⁺ в кислой среде, после чего извлекают из воды газообразный хлор и кислород вакуумной дегазацией, затем воду подают на вход катодной камеры мембранного электролизера, смешивают со сточными водами гальванических производств, содержащими ионы Cr⁶⁺, и обрабатывают в катодной камере, где восстанавливают ионы хрома до Cr³⁺ в щелочной среде, после чего воду смешивают с общезаводской сточной водой, содержащей взвешенные вещества, нефтепродукты и ПАВ, и подают в электрофлотатор, снабженный дискретно расположенными электродными блоками, образующими чередующиеся зоны флотации и отстоя вдоль линии течения очищаемой воды в электрофлотаторе, причем количество электродных блоков равно количеству застойных зон, образуемых пеносборной перегородкой электрофлотатора, а расстояние между электродными блоками равно их ширине.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество электродных блоков электрофлотатора равно 3-6.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в анодной камере электролизера поддерживают pH 5,0-6,5.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в катодной камере электролизера поддерживают pH 7,5-9,0.