Устройство для электрохимической обработки осадка сточных вод Советский патент 1984 года по МПК C02F1/46 C02F1/463 C02F1/46 C02F101/20 C02F103/16 

Изобретение относится к очислр;е промьшшенных сточных вод, преиму1иественно гальванических производств путе их электрокоагуляционной обработки, кондиционирования образующегося при этом осадка для последующего его обезвоживания и утилизации.

Известно устройство для очистки сточных вод, содержащее емкость с помещенными в ней катодом и нераство римым анодом,.разделенных диафрагмой, с патрубками для ввода воды в анодное пространство, перетока из анодного пространства в катодное и вывода воды из катодного npocTpatiCTB

При помощи такого устройства можн производить электрохимическую обрабоку осадка сточн 1х вод путем его кондиционирования за счет агрегирования частиц осадка под влиянием изменения рН дисперсной среды 1 J.

Однако такое устройство обладает недостатком из-за невысокой эффективности обработки дисперсных систе обладающих повьппенной вязкостью. Течение дисперсной среды в нем имеет ламинарный характер, поэтому ее подкисление в анодной камере и подщелачивание в катодной происходит в узко приэлектродной области.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для очистки сточньк вод, содержащее корпус, разделенный диафрагмой на анодную и катодную камеры с размещенными в них растворимым и нерастворимым анодом и катодомj патрубок ввода, размещенный в анодной камере, и патрубок вывода, размещенных в катодной камере.

Растворимый анод изготавливается из железа для перевода ионов шести- валентного хрома в трехвалентное состояние за счет образующихся при элекрохимическом растворении анода ионов двухвалентного железа. Подкисленная вода поступает в катодное пространство, где в результате подщелачивания при электролизе выпадает осадок гидроокисей металлов Г 2J.

Недостатком известного устройства являются повышенные затраты энергии при электрохимической обработке осадка сточных вод. Это связано с блокированием поверхности электрюдов в результате концентрирован 1я частиц суспензии осадка в приэлектродном пространстве за счет электрофоретического движения в электрическом пол частиц гидроокисей металлов, обладающих электрическим чарядом. Одновременно по этой причине происходит концентрирование части1д па поверхности диафрахмы со стороны анодного пространства. Эти факторы, наряду с пассивацией и заишамлением поверхности электродов в условиях ламинарного fipoToKa дисперсной среды, приводят к возрастанию З1 ектрическ(5го сопротивления в электрической цепи и самопроизвольному снижению плотности ток Для поддержания заданного значения плотности Тока необходимо постоянно увеличивать напряжение на электродах что приводит к повышению расхода электроэнергии на единицу объема обрабатываемой дисперсной сре.ды.

Цель изобретения - сокращение энергозатрат на процесс очистки сточных вод.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержа цем корпус, разделенный диафрагмой на анодную и катодную камеры с размещенными в них растворимым и нерастворимым анодом и катодом, патрубок ввода размещенный в анодной камере, и патрубок вывода, размещенный в катодной камереэ причем растворимый анод выполнен из алюжания и размещен между патрубком ввода и нерастворимым анодом, соотношение обьемов анодной и катодной камер составляет 1:1-3, камеры заполнены сферическими частицаш из магнитно1 о токонепроводящего материала и корпус снабжен присГЕОсоблениеМг создающим переменное магнитное поле.

Соотношение обьемов анодной и катодной камер, равное. 1: 1-3, является оптимальным. Снилсение этого соотношения менее, чем 1:1,приводит к пооыщению расхода электроэнергии, необходимой для изменения пределов рН в камерахJ которое, в свою сзчередь, влияет на увеличение гидравлической крупности и скорости уплотнения осадка. Превьпиение такого соотнощения более, чем 1:3, является-нецелесообразным, так как связано с перерасхо.и,ом электроэнергии на достижение значений рН в катодной камере, при котором гидроокиси ряда металлов, например цинка э и других, ввиду амфотерности могут повторно растворяться в сильноще.чочной среде. 3 На чертеже показано предлагаемое устройство. Устройство состоит из корпуса 1, растворимого алюминиевого анода 2, нерастворимого анода 3 и катода 4, отделенного от анода диафрагмой 5. Патрубок 6 служит для ввода осадка, патрубок ,7 - для перетока его из анодного пространства в катодное, а патрубок 8 - для вывода обработан кого осадка из катодного пространства. Катодные и анодные пространства заполняются магнитной сферической загрузкой 9. Корпус помещается в устройство 10 для создания переменного магнитного поля. Растворимый анод 2 изготавливают низколегированного алюминиевого сплава типа АМг, АМц, Д95, Д16 и др В качестве нерастворимого анода 3 и катода 4 может быть использована нержавеющая сталь, графит и др. Диа фрагму 5 изготлапивают из бельтинг ткани, брезента, мешковины, ткани типа хлорин анионитовой мембраны МЛ-40 и .др. Элементы магнитной загрузки могут быть выполнены в виде сфер диаметром 4-8 мм из керамики, спечс нной совместно с ферритом бария, которые покрываются слоем плас массы, например фторопластом, или без покрытия и затем намагничиваются до состояния магнитного насьпцени в поле постоянного тока. Устройство работает следующим об разом. Обрабатываемая дисперсная система гидроокисей металлов, образующаяся в результате электрокоагуляционной очистки сточных вод, после отделения осадка отстаиванием подается через патрубок 6 в анодное пространство корпуса 1, катодное пространство которой предварительно заполнено водой для замыкания электрической цепи. Расположение растворимого алю миниевого электрода перед нераствоФимым по движению потока обрабатываемого осадка в анодной камере связано с предотвращением торможения процесса электрохимического растворе ния алюминия ирп подкислении осадка В прианодном пространстве происходят электрохимические реакции растворения алюминиевого электрода и подкисления дисперсной среды вследствие электролиза воды. 104 При подаче переменного тока на устройство 10, представляющее собой соленоид, сферическая магнитная загрузка 9 совершает хаотические колебательные движения и выбросы в верхнем ее слое. Величина такого движения и выбросов определяется величиной подаваемого на соленоид напряжения. Благодаря этому происходит интенсивное перемешивание обрабатываемой дисперсии среды осадка и активация поверхности электродов путем механического удаления пассивной и ишамовой пленки. Движение потока дисперсной среды приобретает турбулентный характер, что предотвращает концентрирование частиц на поверхности диафрагмы. Благодаря перемешиванию создаются условия для равномерного распределения кислотности в объеме, что способствует более равномерному растворению мелкодисперсной фракции гидроокисей металлов в анолите. Работа соленоида может производиться как в периодическом, так и в постоянном режиме его включения. Оптимальной формой магнитной загрузки является сфера, позволяющая обеспечить протекание дисперсий в межшаровом пространстве. Количество этой загрузки находится в пределах 0,30,5 по отношению к высоте электродов в устройстве для возможности ее движения и выбросов в пределах объема корпуса, свободного от такой загрузки. Уменьшение соотношения общего объема к объему загрузки ниже, чем 1.0,3,связано с необходимостью повышения напряжения-на соленоид для обеспечения механической активации электродов по их высоте, что приводит к увеличению энергозатрат.Превышение количества загрузки вьш1е, чем 1:О,5,является нерациональным из-за повьш1ения степени блокирования рабочей части электродов, снижающего суммарную электрическую проводимость в объеме, что также отрицательно отражается на общик энергозатратах при проведении процесса обработки осадка. Подкисленная дисперсная среда с частично растворившимися гидроокисями металлов и ионами алюминия по патрубку 7 поступает в катодное пространство, где благодаря электрохимическим процессам образуется ще,почная среда. Сзт.1марньй объем катодных камер должен быть равным или превышать S11 объем анодного пространства Д1гк возможности увеличения времени нахождения обрабатываемого осадка в катодно пространстве по отношению к анодному и увеличения значения рН обрабатываемой среды по отношению к его исходному значению. В катодном пространстве предлагае мого устройства происходит агрегирование частиц осадка под влиянием следующих факторов: повышение рН дисперсной среды приводит к гидратации ионов металлов с последуюш.ей конгломерацией образую щихся частиц на нерастворившихся ранее более крупных гидроокйсных образованиях, которые являются центрами аг грегирования; присутствие ионов алюминия способ ствует ускорению коагуляционных процессов в дисперсной среде при более низких значениях рН и благоприятствует дополнительному укрупнению агре гатов гидроокисей металлов; воздействие электрического поля способствует уплотнению осадка, благодаря наличию заряда, у частиц; под влиянием магнитного поля улуч шаются коагуляционные свойства осадк благодаря наличию определенной магни ной восприимчивости у молекул воды, приводящей к дегидрации преимущественно мелких коагуляционных структур и интенсификации их агрегирования. В- результате механического воздей ствия при колебательном движении сферической магнитной загрузки в переменном электрическом поле происходит удаление уплотняющегося слоя гидроокисей в зоне диафрагмы9 а такж активируется поверхность катодаз что улучшает условия электролиза и приводит к защелачиванию катодного про06странства при более низких удельных затратах электроэнергии. Перечисленные факторы в совокупности способствуют устранению ограничеттий, связанных с возрастанием сопротивления в электрической цели, что приводит к общему снижению расхода энергии при электрохимической обработке осадка сточных вод. В таблице приведены данные по эффективности энергозатрат при проведении электрокоагуляционной очистки сточных вод и предварительно его шестичасового отстаивания. Исходное значение рН суспензии после введения в нее 1 г/л хлорида натрия составляла 6,8, а значение гидравлической крупности осадка - ОдЗ мм/с. Скорость протока суспензии регулировалась исходя из условия, чтобы на выходе из анодного пространства рН обрабатываемой дисперсной среды составляла AjSj а на выходе из катодного пространства - 9,59 что обусловлено временем вьщержки осадка в анодной и катодной камерах и соотношением их объемов, Эффективность обработки осадка оценивались по скорости уплотнения, а также по изменению его гидравлической крупности. Расход электроэнергии рассчитывался исходя из объема обрабатываемого осадка по изменению вольт-амперньЕх характеристик в процессе обработки осадка при поддержании заданной плотности тока, составляющей 25.5 А/ДМ . Как видно из приведенных данных, спользование предлагаемого устройтва позволяет в 1,3 раза снизить асход электроэнергии и одновременно лу инить свойства осадка.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМ ЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВО содержащее корпус, разделенный диа 4°о°о° -о 000 ж f° о да рООо о О о jdo .poopi фрагмой на анодную и катодную камеры с размещенными в них растворимым и нерастворимым анодом и катодом, патрубок ввода, размещенный в анодной камере, и патрубок вывода, размещенньш в катодной камере, отличаю щ е е с я тем, что, с целью сокращения энергозатрат на процесс очистки, растворимый анод выполнен из алюминия и размещен между патрубком ввода и нерастворимым анодом, соотношение объемов анодной и катодной камер составляет 1:1-3, камеры заполнены сферическими частицами из магнитного токонепроводящего материала и корпус снабжен приспособлением, создающим переменное магнитное поле. ra

4.7

По известному устройству

В предлагав- Соотноше- 1:0,95,3 мом устрой- ние аностве лита:ка- 1:1 5,1 тОЛИта

480 3,70 0,55

47,5

1000

1000 470 300 0,5 36,0 35,5 1000 310 255 0,72

1:2 4,5 9,5 1000 290 210 0,92 35,5 1:3 4,2 9,8 1000 230 195 0,95 35,5 1:3,54,15 9,86 1000 225 195 0,93 36,0

Продолжение таблицы