Способ очистки воды Советский патент 1991 года по МПК C02F1/46 C02F1/46 C02F101/00 

Изобретение относится к водоснабжению и канализации и может быть использовано на очистных сооружениях при очистке природных и сточных вод от взвешенных веществ и других загрязнений.

Целью изобретения является повышение степени очистки воды.

Способ осуществляют на экспериментальной установке, состоящей из емкости для исходной воды, насоса, промежуточной емкости с мешалкой, электрокоагулятора напорного типа с алюминиевыми электродами, экспериментального электроотстойника, емкости для обработанной воды, гибких соединительных шлангов с водоза- порной арматурой.

Экспериментальный электроотстойник выполнен в виде диэлектрической емкости, в которой расположены параллельные пластины-электроды, с трубопроводами подачи и удаления воды, удаления осадка, причем в ней размещена сетка для удержания диэлектрических частиц.

Исследования проводят на водопроводной воде, искусственно замутненной кембрийской глиной. Приготовленную воду насосом подают в промежуточную емкость. Затем ее обрабатывают в электрокоагуляторе и подают в электроотстойник, где вода очищается. Производительность электроотстойника 18 л/ч. Продолжительность электрообработки, определяемую делением

ON

К

2

00

длины зоны электрообработки на скорость потока воды, регулируют изменением указанных величин.

Показатели качества воды определяют по известным методикам с помощью фото- электрокалориметра ФЭК-56м.

Известный способ реализуют при параметрах, позволяющих получить максимальный эффект очистки воды; параметры электрообработки воды для генерации электролитического газа - напряжение 18В, сила тока 11,0 А; параметры электрообработки воды, насыщенной электролитическим газом - напряжение 30 В при межэлектродном расстоянии 1,0 см, сила тока 2,4 А, продолжительность электрообработки 8,0 мин.

Результаты сравнительных экспериментальных исследований известного и предлагаемого способов очистки воды, иллюстрирующие зависимость их эффективности от параметров процессов, приведены в табл. 1-6.

При проведении сравнительных экспериментов параметры осуществления предлагаемого способа (если они не указаны в таблицах) принимаются следующими: количество электролитического газа в воде не менее 10 мл/л; соотношение продолжительности подачи и перерыва в подаче тока 1:1; толщина слоя воды 1,75 см; наклон полок- электродов 50° к горизонту; скорость движения воды 7 мм/с; средняя напряженность электролитического поля 27,5 В/см; плотность тока 10 А/м ; продолжительность электрообработки 4 мин;отношение максимального и минимального газонасыщения воды 15; количество диэлектрических частиц в воде 40 шт/л при среднем размере 3 мм,

В табл. 1 приведены результаты исследований эффективности сравниваемых способов очистки воды в зависимости от количества электролитического газа в воде, минимальной продолжительности подачи тока и соотношения продолжительности и перерыва в подаче тока (исходная мутность 120 мг/л, мутность, воды после очистки известным способом 12 мг/л).

Анализ данных табл. 1 показывает, что необходимыми и достаточными параметрами осуществления способа являются следующие: содержание электролитического газа в воде 6-12 мл/л, причем при меньшем количестве газа не происходит образование слоя взвешенного осадка, а при большем - газ разрушает образующиеся агрегаты в осадке, что приводит к снижению эффекта очистки воды; минимальная продолжительность подачи тока, соответствующая продолжительности электрообработки воды, - 2-6 мин, причем при меньшей продолжительности подачи тока не происходит образование укрупненных агрегатов под

действием электрического поля, а при большей нагрев воды приводит к конвективной турбулизации потока и разрушению ранее образующихся агрегатов, что ухудшает условия очистки воды, однако в случае несоот0 ветствия минимальной продолжительности подачи тока и продолжительности электрообработки воды имеет место неполное ис- попьзование объема межэлектродного пространства для обработки воды, что сни5 жает эффект очистки и экономические пока- затели способа; соотношение продолжительности подачи и перерыва в подаче тока на полки-электроды 1:0,75 - 1:1,25, причем при изменении соотношения

0 в сторону увеличения времени подачи тока снижается крупность образующихся агрегатов ввиду большого количества газа в их составе, а при изменении соотношения в сторону увеличения перерыва в подаче тока

5 происходит обратный распад агрегатов, что отрицательно сказывается на эффекте очистки,

В табл 2 приведены результаты испытаний эффективности сравниваемых способов

0 очистки воды в зависимости от толщины слоя воды между электродами, угла наклона полок-электродов к горизонту и скорости движения воды в межэлектродном пространстве (исходная мутность 120 мг/л, мут5 ность воды после очистки известным способом 12 мг/л).

Направление движения потока, характеризующееся углом наклона потока и, следовательно,полок-электродов,

0 образующих тонкий слой воды, характеризует скорость и интенсивность движения газа по поверхности электродов, а также продолжительность всплывания пузырьков кислорода между электродами.

5 Анализ данных табл. 2 показывает, что

-необходимыми и достаточными параметрами реализации способа являются следующие: толщина слоя воды между электродами 1 -2,5см, причем при уменьшении толщины

0 происходит засорение межэлектродного пространства и возникает электрический пробой, а при увеличении движения газа под поверхностью верхнего электрода не способно обеспечить турбулизацию потока

5 и, следовательно, образовать слой взвешенного осадка, таким образом, в указанных случаях снижается эффект очистки воды; угол наклона полок-электродов к горизонту 40 - 60°. причем при уменьшении наклона интенсивность движения газа между электродами снижается и ухудшаются условия образования слоя взвешенного осадка, а при увеличении угла имеет место отрыв пузырьков газа (водорода) от поверхности электрода и флотация частиц из слоя осадка, разрушающая последний, что снижает эффект очистки воды; скорость движения воды между электродами 2-12 мм/с, причем уменьшение скорости снижает гидроди- намическоедавлениеводы,

препятствующее разрушению взвешенного слоя пузырьками газа и выносу частиц из него, а увеличение скорости - увеличивает гидродинамическое давление до величины, превышающей необходимую для размыва слоя осадка, при этом эффект очистки воды снижается.

В табл. 3 приведены результаты исследований эффективности применения сравниваемых способов очистки воды в зависимости от параметров электрообработки воды: средней напряженности электрического поля, плотности тока и продолжительности электрообработки (мутность исходной воды 120 мг/л, мутность воды после очистки известным способом 12 мг/л).

Анализ данных табл. 3 показывает, что необходимыми и достаточными параметрами реализации способа являются следующие: средняянапряженность электрического поля 20 - 35 В/см при плотности тока 5 -15 A/MZ и продолжительности электрообработки 2-6 мин.

При уменьшении напряженности и, следовательно, плотности тока электрического воздействия на воду недостаточно для образования укрупненных агрегатов и их электроудержания в межэлектродном пространстве, а также генерации необходимого количества электролитического газа для образования слоя взвешенного осадка. При увеличении напряженности поля и плотности тока наблюдается разрушение слоя взвешенного осадка и вынос его частиц за счет тепловых процессов в воде и избыточного газовыделения.

При уменьшении продолжительности электрообработки воды невозможно использование эффектов электрического поля, например электроконцентрирования, электрофореза и других, требующих времени для протекания, а при увеличении продолжительности электрообработки не наблюдается улучшения условий очистки воды, так как устанавливается равновесие между числом образований и распадов агрегатов в электрическом поле.

В табл. 4 приведены результаты испытаний эффективности сравниваемых способов в зависимости от направления движения воды, расположения электродов в системе и значения отношения максимального

и минимального газонасыщения воды в зо- е обработки воды (мутность исходной воды

120 мг/л, мутность воды после очистки известным способом 12 мг/л),

Анализ данных табл. 4 показывает, что

необходимыми и достаточными параметрами (условиями) осуществления, способа являются следующие: направление Движения воды нисходящее - в область понижения газонасыщения, так как в противном случае

имеет место совпадение направления движения пузырьков газа и частиц загрязнений, наблюдается образование флотоагентов, которые переносят частицы загрязнений вчистую воду, а слой взвешенного осадка не образуется, таким образом эффект очистки воды значительно уменьшается; расположение электродов в системе - анод под катодом, поскольку в противном случае обильное газовыделение на катоде

приводит к флотации воды в объеме между электродами и взвешенный слой постоянно разрушается, несмотря на поступление в него новых частиц загрязнений; отношение максимального газонасыщения к минимальному в зоне электрообработки 7,5 - 12,5, причем при уменьшении отношения не наблюдается образования взвешенного осадка, а при его увеличении происходит разрушение слоя осадка в зоне его максимального газонасыщения, что снижает эффект очистки воды в целом,

В табл. 5 приведены результаты испытаний эффективности сравниваемых способов очистки воды в зависимости от характеристики (вида) электрического поля, материала электродов и количества воды, отбираемой в зоне ее максимального газонасыщения (мутность исходной воды 120 мг/л, мутность воды после очистки известным способом 12 мг/л).

Анализ данных табл. 5 показывает, чт# . необходимыми и доа-гочными условиями (параметрами) осущесть, ения способа являются следующие: применение неоднородного электрического поля, причем в сравнении с однородным полем неоднородное обеспечивает возможность направленного транспортирования газа по поверхности электродов, например, в их цилиндрических частях; применение нерастворимых электродов, причем при одинаковом содержании коагулирующего материала в воде, например гидроксида алюминия, нерастворимые электроды не только улучшают степень очистки воды, но

также значительно более долговечны и удаляют из воды остаточный (после коагуляции) алюминий; количество воды с загрязнениями, отбираемое в зоне ее максимального газонасыщения 3-9%, причем при уменьшении количества отбираемой воды увеличивается избыток осадка во взвешенном слое и происходит перемещение осадка в зоне его электрообработки с последующим разрушением, а при увеличении количество осадка недостаточно для образования взвешенного слоя, таким образом, в обоих случаях эффект очистки воды снижается.

В табл, 6 приведены результаты испытания эффективности сравниваемых способов очистки воды в зависимости от количества и размера диэлектрических частиц, расположенных в зоне электрообработки воды.

Анализ данных табл. 6 показывает, что необходимыми и достаточными параметрами реализации способа являются следующие: количество диэлектрических частиц в воде в зоне ее электрообработки 30 - 50 шт/л при их размере (эквивалентном диаметре) 2-4 мм, причем уменьшение их количества (их отсутствие) или размера ухудшает условия образования слоя взвешенного осадка, так как частицы составляют его основу (структуру), особенно в начальный период образования; увеличение количества частиц или их размера неце- лесообразно, так как происходит заполнение части межэлектродного промежутка, что приводит к увеличению скорости движения воды в нем и, следовательно, размыванию осадка, следовательно, в указанных случаях происходит ухудшение эффекта образования слоя взвешенного осадка-и, в конечном счете, снижается эффект очистки воды.

Результаты экспериментальных исследований предлагаемого способа позволяют сделать вывод о возможности повышения эффективности очистки воды по сравнению с известным на 20 - 30%.

В связи с тем, что очистка воды осуществляется при ее прохождении через активный слой взвешенного осадка, находящийся под действием постоянного электрического поля, возможно достижение степени очистки воды, не достигаемой известными способами, включая отстаивание, осветление в слое взвешенного осадка, флотацию (электрофлотацию).

При применении предлагаемого способа значительно упрощается регулирование

степени очистки воды путем изменения электрических и гидравлических параметров осуществления.

При применении в качестве материала

полок-электродов, образующих тонкий слой воды, алюминий- или железосодержащих сплавов возможен отказ от предварительной коагуляции воды, так как коагуляция загрязнений происходит непосредственно между электродами под действием электрического поля в присутствии частиц гидроксида растворенного металла. Взвешенный слой, задерживающий загрязнения, образуется достаточно быстро,

например за б - 10 мин, и мало изменяется при изменении физико-химических показателей воды, т. е. является стабильным.

Способ может быть использован при реконструкции действующих очистных сооружений, например, тонкослойных отстойников.

Избыток осадка, отбираемый из межэлектродного пространства, отличается от осадка, полученного при гравитационной

очистке воды, имеет меньшую влажность (после обезвреживания) и более прост в утилизации.

Формула изобретения

1. Способ очистки воды, включающий введение коагулянта и электрообработку с использованием нерастворимых электродов, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки, электрообработку ведут периодически в присутствии диэлектрических частиц неоднородным электрическим полем при средней его напряженности 20 - 35 В/см и плотности тока 5-15 А/м2 до насыщения обрабатываемой

воды электролитическими газами в количестве 6-12 мл/л, соотношение продолжительности электрообработки и перерывов в подаче тока составляет 1:(0,75 - 1,25), при нисходящем движении воды слоями толщиной 1,0 - 2,5 см между электродами, установленными под углом 40 - 60° к горизонту, причем анод расположен над катодом, при скорости движения воды 2-12 мм/с.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество диэлектрических частиц в воде составляет 30 - 50 шт/л при их эквивалентных диаметрах 2-4 мм.

3. Способ по п. 1, отличающийся

тем, что очистку ведут при поддержании отношения газонасыщения воды на входе к газонасыщению воды на выходе 7,5 - 12,5.

Таблица 1

Изобретение относится к водоснабжению и канализации и может быть использовано для очистки природных и сточных вод. Целью изобретения является повышение степени очистки. Воду обрабатывают коагулянтом, затем насыщают электролитичесим газом в количестве 6 - 12 мл/л одновременно с периодичным воздействием электрическим полем в присутствии диэлектрических частиц твердой фазы, причем соотношение продолжительности подачи и перерыва в подаче тока 1:0,75 - 1:1,25, а минимальная продолжительность подачи тока равна продолжительности обработки воды в электрическом поле, в слоях воды толщиной 1,0 - 2,5 см между электродами, причем анод расположен под катодом, при движении потока под углом 40 - 60° к горизонту в направлении уменьшения газонасыщения со скоростью 2 - 12 мм/с. В процессе используют неоднородное электрическое поле при средней напряженности поля 20 - 35 В/см, плотности тока 5 - 15 А/м² и продолжительности электрообработки 2 - 6 мин. Отношение максимального газонасыщения воды к минимальному составляет 7,5:12,5. Количество диэлектрических частиц в воде составляет 30 - 50 шт/л при размере 2 - 4 мм. 2 з.п.ф-лы, 6 табл.

2

4

1

2

4

6

8

1

2

4

6

8

1

2

4

6

8

1

2

4

6

8

1

2

4

6

8

Таблица 2

-Таблица 3

Таблица 4

Таблица 6