СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ Российский патент 2023 года по МПК C02F1/28 C02F1/46 

Способ относится к очистке природных и сточных вод, в том числе гальванического производства, от неорганических примесей.

Известен способ очистки грунтовых вод от тяжелых металлов и нефтепродуктов (патент RU2712692). Способ заключается в том, что грунтовую воду фильтруют в скрещенном электрическом поле, состоящем из поперечного и продольного электрических полей, созданных последовательно расположенными по длине геохимического барьера электрохимическими источниками тока, причем направление вектора напряженности электрического поля в соседних электрохимических источниках тока меняют на противоположное, профильтрованную в минеральном зернистом материале воду собирают перфорированными коллекторами, расположенными с уклоном, аналогичным уклону воды в реке, подают воду в равномерно расположенные по длине геохимического барьера колодцы, в которых проводят разделение нефтепродуктов, воды и осадка. Геохимический барьер, заполняют минеральным кальцитом, в котором размещены электрохимические источники тока, генерирующие коагулянт Извлеченный из очищаемой воды осадок подвергают компостированию, очищенную воду используют повторно.

Оптимальное значение напряженности поперечного электрического поля Е_попер=1 В/м, напряженность продольного электрического поля Е_прод=(0,10-0,16) В/м при расстоянии между соседними источниками тока 6-10 м. Воду обрабатывают в скрещенном электрическом поле, состоящем из поперечного и продольного электрических полей, созданного последовательно расположенными по длине геохимического барьера электрохимическими источниками тока. Причем направление вектора напряженности электрохимического поля в соседних электрохимических источниках тока меняют на противоположное.

В качестве источника тока применяют гальванический элемент, состоящий из электроположительного графита и электроотрицательного алюминия в виде цилиндрических стержней.

Недостатками вышеизложенного способа является высокий расход материалов за счет растворения алюминиевого электроотрицательного электрода, громоздкость устройства. Кроме того, между цилиндрическими стержнями создается неоднородная напряженность электрического поля, что приводит к ухудшению поляризации сорбента (фракции кальцита) и к снижению степени очистки воды.

Известен способ очистки воды (патент RU2219135), включающий электрохимическую обработку воды в аппарате путем воздействия на поток воды пульсирующего электрического тока в направлении, перпендикулярном направлению движения потока воды, затем поток воды разделяют по водородному показателю и направляют на седиментацию (отстаивание), после чего потоки соединяют в емкости модуля седиментации, где их нейтрализуют и направляют на сорбционную или ионообменную очистку. Этот способ принят за прототип.

Недостатками данного способа являются: многостадийность процесса очистки, что приводит к громоздкости и сложности оборудования, а также высокий расход металла, что приводит к удорожанию процесса.

Задачей изобретения является оптимизация процесса очистки и снижение его стоимости с сохранением высокой эффективности.

Указанная задача достигается тем, что в известном способе очистки сточной воды, включающем одновременную адсорбционную и электрохимическую обработку, воздействуя на адсорбент - кварцевый песок и пропускаемую через него воду однородным электрическим полем, силовые линии которого направлены параллельно направлению движения воды, и дальнейшее отстаивание, согласно изобретению, однородное электрическое поле создают с помощью источника переменного тока при подаче напряжения на графитовые анод и катод, между которыми находится адсорбент, при этом напряженность однородного электрического поля составляет от 40 В/м до 100 В/м.

Технический результат, заключающийся в оптимизации процесса очистки и снижении его стоимости, достигается одновременным воздействием на адсорбент (кварцевый песок) и пропускаемую через него воду однородным электрическим полем напряженностью от 40 В/м до 100 В/м от источника переменного тока.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. представлено устройство, в котором реализуется заявленный способ очистки сточных вод.

Устройство для очистки состоит из источника переменного тока 1 с регулированием выходного напряжения, рабочей емкости 2, верхней емкости 3, предназначенной для заполнения сточной водой, емкости для очищенной воды 4. В верхней и нижней частях рабочей емкости 2 размещены параллельно друг другу и перпендикулярно направлению перемещения воды графитовый электрод-анод 5 и графитовый электрод-катод 6 с токовводами 7. При помощи зажима 8, происходит регулирование расхода воды. Емкость заполнена адсорбентом 9 (кварцевым песком).

Заявленный способ реализуется следующим образом. При подаче напряжения на графитовый электрод-анод 5 и графитовый электрод-катод 6, между которыми находится кварцевый песок 9, в рабочей емкости 2 возникает электрическое поле равной напряженности, силовые линии которого направлены параллельно направлению движения воды, а напряженность электрического поля равна 40-100 В/м. Подлежащая очистке вода поступает в верхнюю часть рабочей емкости 2, затем входит в межэлектродное пространство, где начинает подвергаться действию поля равной напряженности, фильтруется через кварцевый песок 9 и проходит через анод 5, и катод 6 в нижнюю часть рабочей емкости, поступая далее в емкость для очищенной воды 4.

При напряженности менее 40 В/м наблюдается снижение степени очистки воды. При увеличении напряженности более 100 В/м результаты очистки воды меняются незначительно, а удельные энергозатраты увеличиваются, что говорит о целесообразности придерживаться диапазона напряженности от 40 до 100 В/м.

В результате воздействия однородного электрического поля происходит поляризация частиц кварцевого песка, находящегося в межэлектродном пространстве, за счет чего увеличивается способность частиц кварцевого песка задерживать растворенные в очищаемой воде примеси. Поляризация приводит к образованию связанных зарядов на их поверхности и, соответственно, закреплению ионов тяжелых металлов с последующим образованием оксидов и гидроксидов металлов. Наложение электрического поля на гранулы кварцевого песка приводит к повышению его активности и динамической объемной емкости, в связи с чем он может конкурировать с более дорогими цеолитами и ионообменными смолами. Выделяющийся на нерастворимом аноде атомарный кислород способствует окислению вредных примесей, которые адсорбируются гранулами кварцевого песка, подвергнутого разделению зарядов в диэлектрике (поляризации). Электрическое поле усиливает адсорбционные процессы, путем увеличения поляризации, проходящей на поверхности сорбента.

Увеличение степени очистки наблюдается при повышении напряженности электрического поля в зазоре между анодом и катодом, либо увеличении удельного количества электричества, пропускаемого через воду.

Пример 1. Очищаемая сточная вода, содержащая соли Fe (III) при средней концентрации иона 3,75 мг/л., подается в рабочую емкость 2. Сточная вода заполняет пространство между перфорированными графитовыми анодом 5 и катодом 6, в котором находится адсорбент 9. В качестве адсорбента используют кварцевый песок. На электроды подают переменное напряжение 5 В, величина силы тока 45 мА, напряженность электрического поля 100 В/м. При помощи зажима 8 устанавливается необходимый расход очищаемой воды. Седиментация воды проводится в емкости 4 в течение 8 часов. После очистки концентрация ионов железа в воде составила 0,29 мг/л. Степень очистки соответствует 90%.

Пример 2. Перед экспериментом в воде растворили соли Cu при средней концентрации иона 2,00 мг/л. Сточная вода заполняет пространство между перфорированными графитовыми анодом 5 и катодом 6, в котором находится адсорбент 9. В качестве адсорбента используют кварцевый песок. На электроды подают переменное напряжение 3,5 В, величина силы тока 30 мА, напряженность электрического поля 70 В/м. При помощи зажима 8 устанавливается необходимый расход очищаемой воды. Седиментация воды проводится в емкости 4 в течение 8 часов. После отстаивания воды содержание меди равно 0,3 мг/л. Степень очистки составляет 80%.

Пример 3. В воде растворили соли Mn²⁺ при средней концентрации иона 0,80 мг/л. Сточная вода заполняет пространство между перфорированными графитовыми анодом 5 и катодом 6, в котором находится адсорбент 9. В качестве адсорбента используют кварцевый песок. На электроды подают переменное напряжение 2 В, величина силы тока 18 мА, напряженность электрического поля 40 В/м. При помощи зажима 8 устанавливается необходимый расход очищаемой воды. Седиментация воды проводится в емкости 4 в течение 8 часов. После седиментации воды в емкости 4 концентрация солей марганца составила 0,2 мг/л. Степень очистки составляет 70%.

Одновременное проведение процессов фильтрования воды, электрохимического воздействия и активации адсорбента в поле равной напряженности позволяет упростить оборудование, снизить стоимость очистки воды.

Изобретение относится к очистке природных и сточных вод, в том числе гальванического производства, от неорганических примесей. Способ очистки сточной воды включает одновременную адсорбционную и электрохимическую обработку, воздействуя на адсорбент - кварцевый песок и пропускаемую через него воду однородным электрическим полем, силовые линии которого направлены параллельно направлению движения воды, и дальнейшее отстаивание. Однородное электрическое поле создают с помощью источника переменного тока при подаче напряжения на графитовые анод и катод, между которыми находится адсорбент. Напряженность однородного электрического поля составляет от 40 В/м до 100 В/м. Технический результат: упрощение оборудования при высокой эффективности очистки воды. 1 ил., 3 пр.

Способ очистки сточной воды, включающий одновременную адсорбционную и электрохимическую обработку, воздействуя на адсорбент - кварцевый песок и пропускаемую через него воду однородным электрическим полем, силовые линии которого направлены параллельно направлению движения воды, и дальнейшее отстаивание, отличающийся тем, что однородное электрическое поле создают с помощью источника переменного тока при подаче напряжения на графитовые анод и катод, между которыми находится адсорбент, при этом напряженность однородного электрического поля составляет от 40 В/м до 100 В/м.