Электролизер Советский патент 1982 года по МПК C02F1/46 C02F1/46 C02F101/32 

(5) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР

1

Изобретение относится к очистке сточных вод, в частности к конструкциям электролизеров для очистки сточных вод от примесей коллоидно-дисперсного характера: масляных эмульсий, полимеров, поверхностноактивных веществ и т.п.

Известно техническое решение, предусматривающее электроагуляционную. обработку предварительно подкислен- . ных сточных вод в электролизере с растворимыми электродами 1J.

Подкисление обеспечивает подавление диссоциации эмульгаторов и тем самым снижает агре/ативную устой чивость коллоидно-дисперсных систем. Как правило, для подкисления сточных вод используют концентрированные, минеральные кислоты, являющиеся сильно действующими ядовитыми веществами, что требует при обращении с ними дополнительных мер по технике безопасности, Устройства, с помощью которых производят подкислёние, сложны в исполнении, что обус.ловлено необходимостью футеровки емкостей и коммуникаций, герметизации их и т.п. Кроме того, доставка кислых реагентов, их хранение и ввод в кислотный узел очистной установки представляют значительные трудности.

Наиболее близким техническим решением является электролизер, в котором подкисление сточной воды происходит за счет генерирования ионов водорода непосредственно в электролизере, что позволяет отказаться от кислотного узла в очистной установке.

В этом электролизере обработка, стоков производится а вертикальной колонне, разделенной диафрагмой на две камеры - анодную и катодную. В катодной камере, куда подается водопроводная или очищенная вода, при пропускании электрического тока происходит подщелачивание последней за счет выделения газообразного водорода и накопления в электролите ионов гидроксила. В анодной камере снабженной нерастворимым анодом, находится кассета, заполненная железны ми опилками. В этой камере происходит растворение железных опилок, так как кассета представляет собой биполярный электрод, а также подкисление сточной воды за счет реакции разложения воды на нерастворимом аноде. Образовавшиеся растворы из катодной и анодной камер выводят в смеситель, где происходит их взаи ная нейтрализация, затем вода, соде жащая скоагулировавшие примеси, направляется в осветлитель для доочис ки 2. Недостатком данного решения явля ется то, что в верхней части засыпки возможно образование газообраз ного кислорода за счет электрохимич кого разложения воды, в результате в верхней части засыпкинакапливается кислота, содержащая равновесные концентрации ионов железа в гидрозакиси железа. Это приводит к тому, что коагуляция загрязнений на чинается уже в верхней части засыпки. В ходе электролиза происходит загрязнение засыпки коагулянтом. Это снижает скорость электрохимического растворения железа и степен очистки, повышая напряжение на элек тролизере, хотя это напряжение и бе того высоко за счет биполярного включения засыпного электрода. Кроме того, нарушается гидравлический режим очистки. При этом в нижней части засыпки, которая работает как катод биполярного электрода, образуется щелочь по реакции электрохимического разложения воды, а у нерастворимого анода - кислота. Кислота и щелочь образуются в эквивалентных количест вах и (за счет высоких подвижностей ионов водорода и гидроксила, а также перемешивания жидкости электродными газами) происходит их взаимная нейтрализация с образованием воды. Таким образом, в нижней части анодной камеры не могут быть созданы условия для.коагуляции,.несмотря на значительные затраты электрической энергии. Поэтому коагуляция происходит только в верхней части Засыпки, что, как это было показано. резко снижает работоспособность электролизера. В известйой конструкции не обеспечивается также использование газов, выделяющихся при электролизе, хотя известно, что такие газы хорошо флотируют загрязнения коллоидно-дисперсного характераf в связи с чем в схеме очистки предусмотрены смеситель и осветлитель, усложняющие эту схему. Цель изобретения - повышение степени очистки сточной воды и экономии электроэнергии. Поставленная цель достигается тем, что в электролизере, содержащем корпус, разделенный диафрагмой на катодную камеру.и анодную, снабженную нерастворимым электродом, катод выполнен из металла или сплава, обладающего способностью к химическому растворению в щелочи с образованием коагулянта, например, из алюминия или дюралюминия, а анод расположен под углом к вертикали. При этом камеры сообщаются между собой в верхней и нижней частях, и соотношение об-ьемов катодной и анодной камер составляет (1:10) (1:15). Предлагаемое соотношение объемов катодной и анодной камер обеспечивает одновременное завершение процесса полного подавления диссоциации эмульгаторов в анодной камере, что снижает агрегативную устойчивость колоидно-дисперсной системы, и процесса накопления в катодной камере дозы коагулянта, необходимой для полной коагуляции сточной воды, находящейся в анодной камере. С другой стороны, такое соотношение объ- . емов катодной и анодной камер позволяет в короткое время получать высококонцентрированный раствор щелочи, который способен взаимодействовать с катодом с образованием коагулянта. Выполнение камер сообщающимися предотвращает нарушение гидростатических и электрических равновесных состояний в камерах, так как убыль части католита, содержащего коагулянт, в катодной камере самопроизвольно компенсируется поступлением в эту камеру снизу такого же объема очищенной воды из анодной камеры.

Наилучшие результаты по глубине очистки получены при наклоне анода к вертикальной оси на угол S 25°Результаты опытов по определению глубины очистки маслоэмульсионных сточных вод и напряжения на электролизере при различных углах наклона анода и обязательном соотношении объемов катодной и анодной камер 1:10 приведены в табл. 1.

Таблица Как видно из табл. 1, при угле наклона 15-25° концентрация загрязнений составляет величину, допустимую при сбросе вод на сооружения биологической очистки. На чертеже представлен предлагаемый электролизер, разрез. Электролизер состоит из корпуса 1 разделенного диафрагмой 2, выполненной из диэлектрического материала, н дне камеры - анодную 3 и катодную t. Камера 3 снабжена нерастворимым анодом 5, например из графита, установленным под углом к вертикали, а камера А - катодом 6, например из алюминия. Камера 3 выполнена с бункером 7 для сбора осадка и снабжена пеноснимателем 8 и пеноприемником 9. Тру бопровод 10 предназначен для подачи очищаемой жидкости в камеру 3, а тру бопровод 11 - для отведения очищенной жидкости за пределы электролизера. Камеры 3 и сообщаются через снабженный вентилем 12 патрубок 13. Камера снабжена трубопроводом 14 с вентилем 15 для подачи в нее водопро водной воды. Для принудительного перемещения католита в анодную камеру

660276

3 используется устройство 16 и переливной патрубок 17.

Электролизер работает следующим образом.

5 Камеру 3 по трубопроводу 10 заполняют сточной водой, а камеру Ц по трубопроводу Ц при открытом вентиле

15 - водопроводной водой. При ЭТОМ

вентиль 12 патрубка 13 закрыт. После to заполнения камер 3 и до уровня пеносборника 9 подачу жидкостей преОбразующимся на катоде газообразным водородом коагулянт выносится в верхнюю часть катодной камеры 4. Одновременно с электролизом начинается подпитка камеры 4 по трубопроводу 1Ц при открытом вентиле 15 чистой водой. В результате этого католит, насыщенный коагулянтом, по переливному пат-, рубку 17 самопроизвольно перетекает в нижнюю зону анодной камеры 3, где встречаясь с идущими ему навстречу через всю толщину жидкости анодными газами, например кислородом смешивается с подкисленным анолитом, вызывая коагуляцию загрязнений в хлопья, выносимые на поверхность жидкости анодными газами в виде пены. Последняя затем удаляется пеноснимателем 8 в пеноприемник 9. В результате добавления в катодную камеру 4 чистой воды и перетока части католита в анодную камеру 3 часть анолита из нижней зоны камеры 3 со скоростью, равной скорости добавления чистой воды в камеру k, начинает самопроизвольно выходить по трубопроводу 11 для отведения очищенной жидкости за пределы электролизера. После этого начинается подача сточной воды по трубопроводу 10 в анодную камеру 3. В верхней части анодной камеры происходит подавление дис социации эмульгаторов в перемещающем ся вниз объеме анолита, в средней коагуляция загрязнений и затем - их флотация, так что в нижней части вода оказывается осветленной (очищенной) . Как только из трубопровода 11 начнет выходить чистая вода, вентиль 15 закрывается и подача водопроводной воды в катодную камеру k по трубопроводу 1 прекращается; открывает ся вентиль 12 патрубка 13 и католит под действием устройства 16 для принудительной подачи поступает в анодную камеру 3. После этого процесс ведут непрерь1 но: в анодную камеру 3 поступает сто ная вода, подлежащая очистке. После электрообработки очищенная вода со скоростью, равной скорости ее подачи в камеру 3, самопроизвольно выСила тока, А Напряжение, В

Концентрация дисперсной фазы в очищенной воде, мг/л

Как видно из табл. 2, после 10 ч работы известного устройства напря- жение на электродах увеличивается в 2 раза и примерно в 70 раз увеличивается концентрация дисперсной фазы в очищенной сточной воде по сравнению с 1 ч работы, тогда как при работе предлагаемого устройства в те.чение того же времени снижения эффекта очистки и повышения напряжения практически не наблюддется.

5 8.2

5

5 8

22

2000

20

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает значительную экономию электроэнергии, стабильность процесса и повышает степень очистки сточной воды. Кроме того, оно исключает необходимость использования смесителя и осветлителя, что упрощает технологическую схему очистки.

Результаты экспериментальной проверки работы предлагаемого устройства на сточных водах разных категорий прив дены в табл. 3. ходит по трубопроводу 11 за пределы электролизера. Одновременно с помощью устройства 16 перемещают в анодную камеру 3 необходимое количество католита (коагулянта), причем его убыль самопроизвольно компенсируется поступлением в катодную камеру Ц очищенной воды, переходящей туда по патрубку 13. Циркуляция католита, ведущаяся с задаваемой скоростью, не нарушает гидростатических и электрических равновесий и материального баланса в камерах 3 и k, так как эта циркуляция происходит по замкнутому кольцевому контуру внутри электролизера. В табл. 2 представлены результаты очистки маслоэмульсионных сточных вод с исходной концентрацией дисперсной фазы 30 г/л, проведенные в гальваностатическомрежиме на моделях известного и предлагаемого электролизеров .. Таблица 2

Концентрация дисперсной фаКак видно из табл. 3 степень очист ки этих сточныхвод от содержащихся в них загрязнений составляет 98-99%. Применение предлагаемого изобретения позволяет эффективно очищать различные типы сточных вод с высокой степенью очистки при сравнительно небольшом расходе энергии на проведение процесса. Формула изобретения Электролизер для очистки сточных вод, содержащий корпус, (атод и анод, выполненный из нерастворимого материала, диефрагму, разделяющую электро ды и образующую катодную и анодную камеры, и патрубки ввода и вывода сточных вбд, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода энергии и повышения степени очистки, катод выполнен из алюминия или его сплава и размещен вертикально, анод расположен под углом 1525 к вертикальной оси корпуса, соотношение объе мов катодной и анодной камер составляет (1:10) - (1:15) и они снабжены элементами для перетока в верхней и нижней частях. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР W 513655, кл. С 02 F 1/А6, 1978. 2.Заявка Японии № 52-27 б1, кл. С 02 С 5/12, 1977 (прототип).

,

СтчиояШ&

11