Способ очистки сточных вод, содержащих диспергированные примеси Советский патент 1982 года по МПК C02F1/46 B01D35/06 C02F103/32 

Изобретение относится к очистке дисперсных систем: суспензий, эмульсий и др. коллоидных растворов, содержащих частицы различных.размеров и- природы, и может быть испспьзовано в пищевой, фармацевтической, химической, нефтеперерабатывающей промЕЛшлённостях для разделения реальных дисперсий и вьщеления ценных веществ с целью их дальнейшей утилизации, а также для очистки различных жидкостей. Известен способ осветления сточных вод путем обработки их электрическим током fl. По этому способу очистка растворов осуществляется за счет объемной коагуляции примесей, протекающей в поле постоянного тока под взаимодействием ионов железа. Электрообработку очищаемой дисперсии проводят в пять этапов повышая напряженность поля от предыдущего, этапа к последующему. Недостатками известного способа являются малая эффективность разделения высокодисперсных систем при значительных расходах электроэнергии, необходимость расхода растворимых электродов {или реактивов) для осуществления электрокоагуляции примеси Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки воды от цветных, коллоидных веществ, а также микроорганизмов путем пропускания раствора через сорбент, помещенный в электрическое поле 2. По ЭТОГ1У способу сорбент помещают в среднюю камеру трехкамерной электролитической ячейки, накладывают на электроды постоянное электрическое поле и пропускают очищаемый раствор с определенной скоростью. При этом имеющиеся в растворе частички примеси осаждаются на сорбенте в количестве, значительно превосходящем его абсорбционную емкость. К недостаткам этогоспособа относится необходимость значительного расхода электроэнергии, так как он предусматривает очистку дисперсных систем/ независимо от иХ состава при максимальных электрических полях. Кроме того, при очистке реальных растроров, содержащих полидисперсные примеси, не достигается заданный эффект очистки ввиду первоочередной коагуляции крупных и средних частичек приМеси и недостаточного в связи с этим удаления частичек, примеси мало го размера. Цель изобретения - повышение степ ни очистки и снижения энергозатрат на проведение процесса. Поставленная цель достигается тем что очистку сточных вод ведут путем пропускания их через слой сорбента, помещенного в поле электрического то ка, причем очистку ведут циклически со ступенчатым увеличением напряженности электрического поля от цикла к циклу в пределах от 1 до 100 В/см при скорости движения очищаемой воды через слой сорбента: (5-7) 10 м/с. Кроме того, напряженность электри ческого тока от цикла к циклу увеличивают на 5-25 В/см. В указанных пределах напряженности поля происходит полная коагуляция и удерживание частичек примеси, охва тывающих по размерам всю коллоидную область дисперсности (lO lOcM ) для каждой дисперсии (например, суспензии, эмульсии, р.аствора цветных веществ), отличающихся друг от друга своим фракционным составом, существует свой предел напряженности элект рического поля, который обеспечивает полное удаление примеси из раствора. Исследования показывают, что для jpacTBopOB цветных веществ с размером частичек 1-0,5 нм необходимо создать электрическое поле напряженностью до 100 В/см с интервалом повышения от цикла к циклу 15-25 В/см, что обеспечивает повышение эффекта очист ки на 10-15%. Для разделения- таких дисперсных систем, как, например .суспензия-монтмориллонита, состоящих из частичек с размером 250-200 нм, необходимо создание электрических полей напряженностью до 20 В/см с интервалом повышения напряженности поля от цикла к циклу 5-7 В/см. Скорость потока раствора оказывае существенное влияние на эффективност процесса электроочистки дисперсных систем. Для осуществления предлагаемсэго способа используют электролитичес кую ячейку, разделенную ионообменными мембранами на три камеры: катодную, среднюю и анодную. Электродами служат графитовые или платиновые пластины. В среднюю камеру помещают сорбент (силикагель или гранулированную глину, обожженную при ). Через электродные камеры пропускают раствор электролита (Na.SOj.) со скоростью 0,03--0,05 м/с. На электроды подают постоянный электрический ток с минимальным напряжением, обеспечивающим удерживание в слое сорбента примеси максимальных размеров. Разделение проводят «в статических или динамических .условиях при скорости потока раст вора не более 7-КГ м/с. Время нахождения дисперсии в слое сорбента определяется скоростью наступленияравновесного состояния системы и должно составлять не менее 2,5 мин, После завершения цикла очистки, определяемого по стабилизации концентрации примеси в растворе (в статических условиях) и по увеличению концентрации - от минимального значения - на выходе из ячейки (в динамических условиях), прекращают подачу раствора, осторожно сливают его из ячейки,, подают в слой воду, отключают электрический ток. При этом осадок состоящий из частичек примеси определенных размеров, разрушается и выносится потоком воды из межзернового пространства. Затем вновь подают на электроды ток более высокого напряжения и пропускают ранее очищенный раствор, содержащий частицы меньшего диаметра, и цикл повторяется. Напряженность поля повышается от цикла к циклу, и при этом получают осадок, состоящие из частиц примеси различных размеров . П.р и м е р 1. Дисперсную систему, представляющую собой водный раствор цветных веществ - продуктов термического разложения сахарозы, с концентрацией примеси 5 г/л пропускают через среднюю камеру электролитической ячейки, размером 20x30x300 мм (толщина, высота, ширина), в которую предварительно помещают гранулы обожжённой глины (бентонита) со средним размером 2,,б мм, скорость потока поддерживают около 5f lO M/с. Через электродные камеры прокачивают 0,1 и раствор N32.50400 скоростью 0,035 м/с. Расстояние между электродами составляет 30 мм. На электроды подают напряжение, обеспечивающее напряженность поля в слое сорбента 5+0,1 В/см.Контроль напряженности поля осуществляется с помощью электродов сравнения, установленных в средней камере ячейки и высокоомного потенциометра. Температуру поддерживают в пределах 25 С. Раствор пропускают через слой сорбента .10 мин. Затем прекращают подачу.раствора, остатки его из ячейки осторожно сливают, отключают электрический ток, подают воду, и выливают остаток в отдельную емкость. После этого опыт повторяют, возвращая очищенный в первом цикле раствора во второй цикл. Напряженность поля увеличивают до 12,5 В/см. Повторяя опыты и увеличивая напряженность поля до заданной величины, получают фракцию осадков с различным размером частиц. Массу полученных фракций определяют высушиванием весовым методом. Размер частичек цветных веществ определяют микродиффузионным методом Фюрта, основанном на определении коэффициента диффузии. . Результаты проведения опытов представлены в табл. 1, из которой видно что, увеличивая напряженность поля, становится возможным из одного и того же раствора цветных веществ, представ ляющего собой полидисперсную систему выделить отдельные фракции, отличающиеся размером частичек примеси. Чем больше радиус частичек, тем меньше требуется напряженность поля для их осаждения на сорбенте. П р и м е р 2. Дисперсную систему, содержащую вещества - продукты термического разложения сахарозы а-монтмориллонита с концентрацией каждого вещества 1 г/л, помещают в среднюю камеру электрической ячейки, размером .20x30x300 мм, пред§арительно заполненной гранулированной глиной с диаметром гранул 2-3 мм, и подвергают воздействию постоянного элект рического тока 2,5 мин при 25°С, Через электродные камеры, отделенные от средней ионообменной мембраной, прокачивают 0,1 г раствор. На электроды подают напряжение, обеспечивающее напряженность поля в средней камере в 1 В/см. По истечении заданног времени (времени установления равновесия системы) раствор сливают, отклю чают ток, промывают сорбент дистилли рованной водой. Затем циклы повторяют, постепенно увеличивая напряженность поля до 100 В/см и возвращая раствор, очищен ный в предыдущем цикле, для очистки его в следующем цикле. В полученных фракциях определяют концентрацию цветных веществ - калориметрических и суспензии - весовым методом. таты проведенных исследований приведены в табл. 2, Из данных табл. 2 видно, что каждая из содержащихся в растворе примесей име1от свою предельную напряженность, электрического поля, величина которо oпiэeдeляeтcя природой и размером час тиц, удерживаемых на сорбенте фракци При малых значениях напряженности поля и собственно небольших расходах электроэнергии удаляется преимущественно а-монтмориллонит, частицы которого достигают 200-250 нм, при больших значениях поля ,- цветные вещества со средним размером фракций О,82,2 нм. С постепенным увеличением напряженности электрического поля можно достичь полного разделения дисперсной системы и практически 100%-ной очистки. Пример 3. Дисперсную систему, содержащую цветные вещества продукты карамелизации сахарозы и дисперсии а-монтмориллонита с концентрацией вещества 5 г/л, очищают в статических условиях в злектролитической ячейке по методике, изложенной в примере 2. Параллельно.проводят опыт по очистке данной дисперсии (по известному способу) при тех же максимальных режимных параметрах. В процессе опытов определяют концентрацию примеси в растворах, плотности тока, напряжение на электродах и напряженность электрического поля в средней рабочей камере ячейки. , В табл. 3 представлены вычисленные значения расхода электроэнергии по этапам очистки предлагаемого способа и суммарный эффект очистки после каждого этапа. Как видно из табл. 3, общий расход электроэнергии за цикл очистки длительностью 1,6 мин по предлагаемому способу составляет 0,0174 кВт-ч, в то время как по прототипу при тех же ус.ловиях - 0,0668 кВт-ч, т.е. почти ву4 раза меньше. Эффект очистки по предлагаемому способу в 2,5 раза больше, чем по известному и составляет 74,3%. При увеличении количества этапов можно практически полностью очистить раствор от содержащихся примесей. Таблица 1

37,5

4 5 50,0

75,0

б 100,0 7

39,3

12,8 55,3 16,0

73,5

, 18,2 89,0

15,5

IQ Я

is ч to le H

yi

CTi fN tN

1Л О

1Л О

I I

Ti

tn О

О

00

CO

vo vo

VD VD

n vo

n

«S

a

из n

r

«aГМ

rr

4CM

r

r in

oo

о r

r- in

о

1Л

fvl

о

rr

vo

«3- тЧ

о n

(Т o% oo

Ч VD N

rH vo VD VO N VD О О . (N

CN

1Л

rо

О M

n

г

CO

VD

in

00 fN (N

n

CM

IT)

m

IT) (N

vo

О

о

1Л

О

rn

о t о

о н

ё

11 95068112

Формула изобретениядвижения очищаемой воды через слрй

держащих диспергированные примеси,ю щ и и с я тем, что напряженность

включающий пропускание их через слой.электрического поля от цикла к циклу

сорбента, помещенного в поле постоян-5увеличивают на 5-25 В/см, ного электрического тока, отличающийся тем, что, с цельюИсточники информации,

повышения степени очистки и сниженияпринятые во внимание при экспертизе энергозатрат на проведение процесса, 1. Авторское свидетельство СССР

очистку ведут циклически со ступенча-10 346237, кл. С 02 F 1/46, 1970. тым увеличением напряженности элект- 2. Авторское свидетельство СССР

рического поля от цикла к циклу в пре-№ 470503, кл. С 02 F 1/46, 1972 (про.делах от 1 до 100 В/см при скороститотип).

сорбента (5-7).