Аппарат для электрохимической очистки сточных вод Советский патент 1982 года по МПК C02F1/463 C02F1/463 C02F101/20 C02F101/30 C02F103/16 

мой и отвода очищенной воды. Катод может быть выполнен гофрир ованным или перфорированным из меди, никеля или их сплава.

Аппарат сконструирован следующим образом.

К нижнему торцу циркуляционной трубы дополнительно прикреплена катодная камера, которая отделена от полости циркуляционной трубы перегородкой, выполненной из ионообменной мембраны (термин «ионообменная мембрана использован для названия материала, а не элемента конструкции аппарата). Непосредственно над последней в полости щир-кул яд ионной трубы установлены аноды, а катод установлен в катодной камере, которая имеет патрубки для ввода и вывода очищаемой от ионов тяжелых металлов воды, причем в верхней части катодная камера имеет газоотводный трубопровод, а циркуляционная труба - патрубки для ввода очищаемой от ПАВ воды, а также патрубJKH для ввода и вывода очищенной воды и катодного газа.

Кроме того, перегородка из ионообменной мембраны выполнена в виде направленного вверх в полость циркуляционной трубы конуса, вершина которого выполнена в виде патрубка, соединенного газоотводным трубопроводом с нижней секцией циркуляционной трубы. Такое выполнение перегородки обеспечивает дополнительно отделение двух вод одн|у от другой и электрический контакт между ними. Выполнение перегородки из ионообменной мембраны обеспечивает миграцию анионов из катодной камеры в циркуляционную трубу (если ионообменная мембрана - анионообменная), создавая благоприятные условия для анодного растворения алюминия. Выполнение перегородки в виде направленного вверх конуса обеспечивает беспрепятственный отвод газа, выделяющегося на катоде.

Аноды могут быть собраны в блоки, причем так, что в блоке нижние коицы анодов образуют форму конуса мембраны, и блок установлен с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси циркуляционной трубы. Блок анодов соединен с приспособлением для перемещения, которое имеет привод. Такое выполнение анодов дает возможность, во-первых, обеспечить равномерный их износ; во-вторых - одинаковые условия эксплуатации аппарата на протяжении всего срока службы анодов; в-третьих, отказаться от реверсирования тока, что также стабилизирует на низком уровне энергетические затраты.

Катод выполняют из меди, никеля или их сплавов, гофрированным или перфорированным и по форме внутреннего сечения катодной камеры. Катод установлен в катодной камере горизонтально у ее днища.

причем так, что патрубок подачи очищаемой воды расположен под катодом, а патрубок отвода очищаемой воды - над катодом, что обеспечивает понижение катодной плотности тока, по сравнению с анодной, равномерное распределение сточной воды в катодной камере, осаждение металла на поверхности катода, а также образование его гидроокиси.

Днище катодной камеры выполнено полым, например, в виде конуса, в нижней точке которого установлен патрубок с задвижкой, при этом днище установлено на нижнем торце катодной камеры с колыцевым зазором и они связаны между собой общим коллектором, на котором установлен патрубок подвода очищаемой воды. Это дает возможность периодически удалять накопившийся в катодной камере

шлам, а такое устройство для ввода жидкости обеспечивает равномерный ввод сточной воды в катодную камеру.

Циркуляционная труба выполнена не из двух, а из трех секций, которые установлены между собой с кольцевым зазором и связаны попарно между собой общими коллекторами, имеющими патрубки. Катодная камера установлена та1К1же с кольцевым зазором между нижним торцом нижней секции циркуляционной трубы и верхним торцом катодной камеры и связаны между собой общим коллектором, имеющим патрубок, к которому подсоединен газоотводный трубопровод, при этом ввод газа осуществляется непосредственно над поверхностью перегородки, прикрепленной к катодной камере с уплотнением. Такое конструктивное решение обеспечивает равномерный ввод очищаемых жидкостей и газа

в циркуляционную трубу и катодную камеру, а также очистку поверхности перегородки от скоагулированных частиц примесей.

Установленный на общем коллекторе,

связывающем верхнюю и среднюю секции циркуляционной трубы, патрубок соединен с системой подачи сточной воды, содержащей ПАВ, а на общем коллекторе, связывающем среднюю и нижнюю секции, установлен патрубок рециркуляционного трубопровода. Такое расположение входных патрубков обеспечивает эффективную очистку сточной воды от ПАВ, а также беспрепятственное растворение анодов, так как на

их поверхности не осаждаются загрязняющие вещества, вызывающие пассивацию анодного растворения металла.

Целесообразно между наружной стенкой отстойника и циркуляционной трубой

размещать кольцевую перегородку, что обеспечивает эффективное отделение твердых скоагулированных частиц от воды в отстойнике, облегчает дальнейшую ее доочисику известными способами, например,

фильтрованием. В верхней части отстойника целесообразно для удаления пены и лучшей работы аппарата устанавливать пеноудаляющее устройство, выполненное, например, в виде мешалки с приводом и патрубком для удаления пены. На чертеже изображена принципиальная схема аппарата. Аппарат для электрохимической очистки сточных вод преимущественно гальванического производства состоит из коаксиально расположенных друг относительно друга отстойника 1 и циркуляционной трубы 2, выполненной разъемной из трех секций: верхней 3, средней 4 и нижней 5. Верх секции 3 циркуляционной трубы 2 размещен в полости отстойника 1, а между наружной стенкой отстойни1ка 1 и циркуляционной трубой 2 имеется кольцевая перегородка 6. Секции 3-5 циркуляционной трубы 2 установлены между собой с кольцевым зазором и связаны попарно между собой общими коллекторами 7, 8. Полость отстойника 1 и циркуляционная труба 2 соединены между собой посредством рециркуляционного трубопровода 9, снабженного зжектирующим устройством 10, которое предназначено для перекачивания очищенной воды из отстойника 1 в нижнюю секцию 5 .циркуляционной трубы 2. Рециркуляционный трубопровод 9 подсоединен к циркуляционной трубе 2 посредством патрубка 11, установленного на общем коллекторе 8, соединяющим среднюю 4 и нижнюю 5 секции циркуляционной трубы 2. К нижнему торцу нижней секции 5 циркуляционной трубы 2 прикреплена катодная камера 12, которая установлена с кольцевым зазором 13 между нижним торцом нижней секции 5 и верхним торцом катодной камеры ;12, связанной с секцией 6 общим коллектором 14. Сверху катодная камера 12 от полости циркуляционной трубы 2 отделена перегородкой 15, выполненной из ионообменной мембраны, которая прикреплена к верхнему торцу катодной камеры Ь2 с уплотнением. Перегородка 15 сделана в виде направленного вверх в полость циркуляционной трубы 2 конуса, вершина которого выполнена в виде патрубка 16; к последнему подсоединен газоотводный трубопровод 17, снабженный предохранительным устройством 18 для исключения попадания жидкости из катодной камеры 12 в циркуляционную трубу 2, к которой газоотводный трубопровод 17 подсоединен посредством патрубка 19,установленного, на общем коллекторе 14. В полости циркуляционной трубы 2 непосредственно над ионообменной мембра ной (перегородкой 16) установлены аноды 20,которые собраны в блок, причем в бло е нижние торцы анодов i20 установлены с динаковым зазором 1-5 мм над перегоодкой 15, образуя при этом форму переородки 15. Блок анодов 20 установлен с озможностью перемещения вдоль вертиальной оси циркуляционной трубы 2 и оединен с приспосо;блением 21 для переещения блока анодов 20. Приспособление 1 имеет привод (на чертеже не показан). лок анодов 20 подключен к положительному полюсу источника питания щиной, проходящей через патрубок 22. Сточную воду, содержащую ПАВ, поают через патрубок 23, установленный на общем коллекторе 7 так, что она попадает в циркуляционную трубу 2 над анодами 20. В катодной камере 12 размещен катод 24, выполненный гофрированным и перфорированным из меди, никеля или их сплавов и имеющий форму поперечного сечения катодной камеры 12. Патрубок 24 установлен горизонтально у днища 26 катодной камеры 12. Патрубок 26 подачи очищаемой сточной воды, содержащей ионы тяжелых металлов, расположен ниже катода 24, а патрубок 27 отвода очищенной воды - выще катода 24. Патрубок 27 снабжен устройством 28 для поддержания постоянного гидростатического давления жидкости в катодной камере 12 независимо от расхода сточной воды, что позволяет поддерживать постоянным уровень воды в катодной камере 12. Днище 25 катодной камеры 12 выполнено конусным и прикреплено к нижнему торцу катодной камеры 12 с кольцевым зазором. Катодная камера 12 и днище 25 соединены общим коллектором 29, на котором расположен патрубок 26 подачи очищаемой сточной воды, содержащей ионы тяжелых металлов. Днище 25 имеет патрубок 30 с задвижкой, предназначенной для периодической выгрузки накопившегося в катодной камере 12 щлама. На боковой стенке днища 25 расположен патрубок 31 с изолирующим уплотнением с токоподводом, через который подводится ток к катоду 24. На наружной стенке отстойника 1 расположены патрубки 32, 33, предназначенные для отвода очищенной воды, при этом патрубок 33 соединен с рециркуляциодным трубопроводом 9. Кольцевая перегородка 6 отстойнижа 1 укреплена с помощью кольца 34, что обеспечивает эффективное отделение пены от очищенной воды. Пена, попадающая на кольцо 34, сбрасывается мещалкой 35 из отстойника 1 через лоток 36. В нижней части отстойника 1 расположен патрубок 37 с задвижкой для периодического сбрасывания накопившегося шлама. Отстойник 1 сверху закрыт крышкой 38, через которую проходит вал 39 мешалки 35 от привода (не по(казан). Аппарат для электрохимической очистки сточных вод преимущественно гальванического производства работает следующим образом.

Перед подачей сточной воды, содержащей ПАВ, полость циркуляционной трубы 2 заполняют электролитом (слабым раствором хлорида натрия или соляной кислоты), в катодную камеру 12 через патрубок 26 подают сточную воду, содержащую ионы тяжелых металлов (например , Си-+ или др.). После заполнения аппарата на электроды 20, 24 подают постоянное напряжение и через 20-30 сек через патрубок 23 подают в полость :цир,кзуляционной тр)убы сточную воду, содержащую ПАВ. При этом алюминиевые аноды 20 растворяются в виде ионов А1 . Ионы алюминия гидролизуются, образуя поливалентные катионы и гидроокись, которая полимеризуется с образованием заряженных коллоидных частиц. Перечисленные продукты растворения алюминия выносятся в среднюю секцию 4 циркуляционной трубы 2, где смешиваются со сточной водой с ПАВ, взаимодействуют с ними (а также и с другими примесями) и вызывают их коагуляцию. Выделяющийся на анодах 20 водород флотирует образовавщиеся агрегаты, которые в виде пены попадают в отстойник 1. Вращающаяся мещалка 35 сбрасывает пену с поверхности воды на .кольцо 34, а затем удаляется через лоток 36. Часть примесей потоком воды выносятся в виде взвеси и отстаиваются в отстойнике 1, а затем периодически удаляются через патрубок 37 с задвижкой. Очищенная вода выводится из аппарата через п.атрубок 32 либо на дальнейшую доочистку, либо в канализацию.

Часть очищенной воды с помощью эжектирующего устройства 10 из патрубка 33 по рециркуляционному трубопроводу 9 подают в среднюю секцию 4 циркуляционной трубы 2 через патрубок 11. Таким образом, аноды 20 постоянно находятся в очищенной воде, что исключает их пассивированде.

В катодной камере 12 происходит осаждение металла на катоде 24, выделение водорода в результате восстановления воды. Второй процесс приводит .к подщелачиванию сточной воды. Начиная с определенного значения рН воды происходит образование гидроокисей тяжелых металлов, которые нерастворимы в воде. Образовавшуюся взвесь гидроокиси металла выводят из .катодной камеры 12 через патрубок 27 и гидростатическое устройство 28, воду подают на дальнейшую доочистку известными способами. Водород, выделяющийся на катоде 24, по газоотводному трубопроводу 17 поступает в нижнюю секцию 5 циркуляционной трубы 2 непосредственно над перегородкой 15 и флотирует скоагулировавщие примеси в циркуляционной трубе 2. Накопившийся в катодной камере 12

шлам через патрубок 30 периодически сбрасывают и направляют на дальнейшую переработку известными способами.

Применение данного аппарата для электрохимической очистки сточных вод преимущественно гальванического производства в народном хозяйстве даст положительный экономический эффект по сравнению с известными. Его применение

позволит одновременно очищать сточные воды гальванического производства от ПАВ и ионов тяжелых металлов, что в СБОЮ очередь дает возможность отказаться от строительства и эксплуатации двух

очистных установок. Кроме того, одновременная очистка двух видов сточных вод гальванического производства в одном аппарате дает экономию энергетических затрат, так как при этом конструктивном решении наиболее эффективно используются как анодный, так и катодный процессы. Выполнение перегородки из ионнообменной мембраны создает благоприятные условия для протекания анодного процесса, что позволит отказаться от расхода реагентов, необходимых для активации анодного процесса в известных способах и аппаратах. Перечисленные преимущества предлагаемого аппарата при его использовании в

народном хозяйстве дадут положительный экономический эффект, который обусловлен меньшими .капитальными (необходим только один аппарат, а не два) и эксплуатационными затратами (снижение расхода

электроэнергии, реагентов и уменьшение числа обслуживающего персонала).

Формула изобретения

1.Аппарат для электрохимической очистки сточных вод, включающий коаксиально расположенные друг относительно друга и соединенные посредством рециркуляционного трубопровода отстойник и выполненную секционной циркуляционную

трубу, в нижней секции которой размещены растворИлМые аноды, отличающийся, тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности одновременной очистки различных по составу сточных вод, аппарат снабжен катодной камерой, установленной под секцией с растворимыми анодами и отделенной от последней анионообменной мембраной, причем катодная камера снабжена патр|убками

ввода очищаемой и отвода очищенной воды.

2.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что катод выполнен из меди, никеля или их сплава.

3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что катод выполнен гофрированным или перфорированным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе/ 1. Патент Великобритании (№ 922148, :жл. 41 (В01К), опублик. 27.03.63. 2. Заявка № 2589011/33-26, 05.03.78 (прототип).