Устройство для очистки воды

 

Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки природных, оборотных и сточных вод при их очистке от дисперсированных, эмульгированных и растворенных примесей. Устройство содержит корпус 1, две камеры с нерастворимыми анодами 2, две катодные камеры 3, анодную камеру с растворимым анодом 4, четыре мембраны 5, два нерастворимых перфорированных анода 6, четыре стальных перфорированных катода 7, две защитные сетки 8, перфорированное дно 9, поддон 10, подводящие патрубки 11, 14, 15, 16, отводящие патрубки 12, 17, перепускной трубопровод 13, стержневой токоподвод 18, токоподводы 19. Поставленная цель достигается размещением мембраны между плотно соединенными перфорированными нерастворимыми анодами и катодами и между плотно соединенными защитными сетками и перфорированными катодами, а также введением в подкисленную очищаемую воду перед анодной камерой с растворимым анодом пылевидных частичек кокса. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки природных, оборотных и сточных вод при их очистке от дисперсированных, эмульгированных и растворенных примесей.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для электрохимической очистки сточных вод от шестивалентного хрома и ионов тяжелых металлов, содержащее корпус из диэлектрического материала, внутри которого с одной стороны на всю длину корпуса расположена катодная камера, а с другой стороны две анодные с разделяющей их перепускной камерой, плоские вертикальные нейтральные проницаемые мембраны, отделяющие анодные камеры от катодной, плоский вертикальный стальной катод, размещенный в катодной камере вдоль наружной стенки, плоский вертикальный нерастворимый анод, размещенный в анодной камере вдоль наружной стенки, насыпной растворимый анод из частиц железа, размещенный по всему объему второй анодной камеры, дно которой перфорировано и под которой размещен поддон. Меньшая часть объема очищаемой в устройстве воды (около 30%) через патрубок подается в нижнюю часть анодной камеры с нерастворимым анодом и с верхней части камеры перетекает в перепускную камеру, из которой через поддон и перфорированное днище поступает в анодную камеру с растворимым анодом, фильтруется через засыпку анода и через патрубок в верхней части камеры направляется на смешивание вне устройства с большей частью объема очищаемой воды, пропущенной через катодную камеру. Общее время обработки оводы в устройстве 1,5 мин (0,025 ч).

Недостатком устройства является неполная очистка воды от хрома (VI) при значительном расходе электроэнергии. Так, при исходной концентрации хрома (VI) в очищаемой воде 86,0 г/м³ концентрация хрома (VI) в очищенной воде составила 0,1 г/м³, причем расход электроэнергии составил 8,4 кВт· ч/м³ при исходном рН очищаемой воды 4,3 ед.

Целью предлагаемого изобретения является снижение расхода электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для электрохимической очистки сточных вод, содержащем корпус из диэлектрического материала, вертикальные плоские нейтральные проницаемые мембраны, разделяющие внутренний объем корпуса на камеры, плоский вертикальный стальной катод размещенный в катодной камере, плоский вертикальный нерастворимый анод, размещенный в анодной камере, насыпной растворимый анод из частиц железа, размещенный по всему объему другой анодной камеры, дно которой перфорировано и под которой размещен поддон, причем очищаемая вода в устройство подается через подводящий патрубок в нижнюю часть анодной камеры с нерастворимым анодом и с верхней части камеры перепускается в анодную камеру с растворимым анодом, внутренний объем корпуса четырьмя вертикальными плоскими мембранами разделяют на пять камер, причем в центральной части располагают камеру с растворимым анодом, вдоль наружных боковых стен корпуса располагают две равновеликие камеры с нерастворимыми анодами, между центральной и боковыми анодными камерами располагают две равновеликие катодные камеры, катодные камеры соединяют с поддоном, мембрану между анодной камерой с нерастворимым анодом и катодной камерой размещают между плотно соединенными плоскими перфорированными нерастворимым анодом и стальным катодом, причем отверстия в аноде и катоде выполняют соосно, мембрану между анодной камерой с растворимым анодом и катодной камерой размещают между плотно соединенными защитной сеткой из диэлектрического материала и перфорированным стальным катодом, на обработку в анодные камеры подается весь объем очищаемой воды, из анодных камер с нерастворимыми анодами воду перепускают в верхнюю часть анодной камеры с растворимым анодом по трубопроводам, в которые вводят измельченный до пылевидного состояния кокс, в верхнюю часть катодных камер через патрубки подают нейтральную воду, обработанную очищаемую воду в смеси с нейтральной водой из поддона через патрубок отводят на установки осветления. При низких концентрациях примесей в очищаемой воде обработанная вода из поддона направляется в катодные камеры и отводится на осветление через патрубки в верхней части камер.

Новизной предлагаемого устройства является то, что внутренний объем корпуса четырьмя вертикальными плоскими нейтральными проницаемыми мембранами разделяют на пять камер, причем в центральной части располагают камеру с растворимым анодом, вдоль наружных боковых стен корпуса располагают две равновеликие камеры с нерастворимыми анодами, между центральной и боковыми анодными камерами располагают две равновеликие катодные камеры, катодные камеры соединяют с поддоном под анодной камерой с растворимым анодом, мембрану между анодной камерой с нерастворимым анодом и катодной камерой размещают между плотно соединенными плоскими перфорированными нерастворимым анодом и стальным катодом, причем отверстия в аноде и катоде выполняют соосно, мембрану между анодной камерой с растворимым анодом и катодной камерой размещают между плотно соединенными защитной сеткой из диэлектрического материала и перфорированным стальным катодом, на обработку в анодные камеры с нерастворимыми анодами подается весь объем очищаемой воды, из анодных камер с нерастворимыми анодами воду перепускают в верхнюю часть анодной камеры с растворимым анодом по трубопроводам, в которые вводят измельченный до пылевидного состояния кокс, в верхнюю часть катодных камер через патрубки подают нейтральную воду, обработанную очищаемую воду в смеси с нейтральной водой из поддона через патрубок отводят на установки осветления. При низких концентрациях примесей в очищаемой воде обработанную воду из поддона направляют в катодные камеры и отводят на осветление через патрубки в верхней части камер.

Данное техническое решение обладает существенными отличиями, так как в исследованных источниках патентной информации технических решений с признаками, эквивалентными и идентичными данным, не обнаружено.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит корпус 1, две камеры с нерастворимыми анодами 2, две катодные камеры 3, анодную камеру с растворимым анодом 4, четыре мембраны 5, два нерастворимые перфорированные аноды 6, четыре стальные перфорированные катоды 7, две защитные сетки 8, перфорированное дно 9, поддон 10, подводящие патрубки 11, 14, 15, 16, отводящие патрубки 12, 17, перепускной трубопровод 13, стержневой токоподвод 18, токоподводы 19.

Устройство работает следующим образом.

Анодную камеру 4 заполняют частицами железа (например, стальной стружкой) и на токоподводы подают напряжение постоянного электрического тока от внешнего источника. Через патрубки 11 в анодные камеры 2 подают очищаемую воду, а через патрубки 16 в катодные камеры 3 нейтральную воду. За счет электролиза вод на поверхности анодов 6 выделяется кислород и очищаемая вода, проходящая камеры 2, подкисляется, а на поверхности катодов 7 выделяется водород и нейтральная вода, проходящая камеры 3, подщелачивается. Подкисленная очищаемая вода через патрубки 12 по перепускным трубопроводам 13, в которые через патрубки 14 вводятся пылевидные частички кокса, через патрубок 15 поступает в верхнюю часть анодной камеры 4. В камере 4 частички кокса, перемещаемые потоком воды, соприкасаются с частицами железа и образуют множество кратковременных гальванопар железо-кокс, вызывающих в очищаемой воде процесс гальванокоагуляции, основными составляющими которого являются растворение частиц железа с выделением в воду ионов железа (II) и восстановление водород-ионов до атомарного водорода. При наличии в воде хром (VI) он восстанавливается до хром (III) за счет окисления железа (II) в железо (III). По мере продвижения воды в пористой массе частиц железа кислотность ее уменьшается и снижается активность процесса растворения железа. Снижение кислотности воды частично компенсируется за счет ее электролиза у поверхности мембраны 5, причем в катодной камере 3 нейтральная вода эквивалентно подщелачивается. Обработанная очищаемая вода из камеры 4 через перфорированное дно 9 поступает в поддон 10, где смешивается подщелоченной нейтральной водой, поступающей в поддон из камер 3; смесь вод из поддона 16 через патрубок 17 отводится на установки осветления (вариант I).

При незначительной концентрации примесей в очищаемой воде вместо нейтральной воды в катодные камеры 3 из поддона 10 может направляться очищаемая вода. В катодные камерах очищаемая вода подщелачивается, что приводит к ускоренному образованию в камерах гидроксидных осадков, в том числе гидроксидов железа, выделившегося в анодной камере 4. Через патрубки 16 очищаемая вода из камер 3 отводится на установки осветления (вариант II).

Примеры очистки вод.

Пример 1.

Проводили очистку воды с концентрацией хрома (VI) 88,1 мг/дм³ и рН 9,2 ед.

Обработку воды проводили при следующих условиях: расход кокса 10 г на 1 м³ воды; время обработки воды в анодной камере с растворимым анодом - 3,3 мин (0,055 ч); расход нейтральной воды 15% от расхода очищаемой; относительная катодная плотность постоянного электрического тока 45 А/м²; напряжение на токоподводящих шинах 7,5 В. Смесь обработанной очищаемой воды и нейтральной воды хрома (VI) не содержала. Электричества на обработку воды затрачено 145,5 А ч в пересчете на 1 м³ очищаемой воды, расход электроэнергии составил 1,09 кВт ч/м³.

Пример 2.

Очищалась та же, что и в примере 1 вода.

Обработку воды проводили при следующих условиях: расход кокса и 10 г на 1 м³ время обработки воды в анодной камере с растворимым анодом 3,3 мин; расход нейтральной воды 15% от расхода очищаемой; относительная катодная плотность постоянного электрического тока 432 А/м²; напряжение на токоподводящих шинах 7,0 В. Смесь обработанной очищаемой воды и нейтральной воды содержала хром (VI) в концентрации 0,07 мг/дм³.

Пример 3.

Очищалась та же, что и в примере 1, вода.

Обработку воды проводили при следующих условиях: отсоединены токоподводы к анодной камере с растворимым анодом; расход кокса 10 г на 1 м³ воды; время обработки воды в анодной камере с растворимым анодом 3,3 мин; расход нейтральной воды 15% от расхода очищаемой; относительная катодная плотность постоянного электрического тока 87 А/м², напряжение на токоподводящих шинах 10,0 В. Смесь обработанной очищаемой воды и нейтральной воды содержала хром (VI) в концентрации 0,94 мг/дм³. Электричества на обработку воды затрачено 145,5 А ч в пересчете на 1 м³ очищаемой воды, расход электроэнергии составил 1,45 кВт·ч/м³.

Пример 4.

Проводили очистку воды с концентрацией хрома (VI) 29,4 мг/дм³ и рН 9,2 ед.

Обработку воды проводили при следующих условиях: расход кокса 5 г на 1 м³ воды; время обработки воды в анодной камере с растворимым анодом - 3,3 мин; относительная катодная плотность постоянного электрического тока 45 А/м² напряжение на токоподводящих шинах 7,5 В. Очищаемая вода пропускалась через катодную камеру; обработанная вода на выходе из катодной камеры хром (VI) не содержала. Электричества на обработку воды затрачено 145,5 А ч/м³, расход электроэнергии составил 1,09 кВт·ч/м³. Через 24 часа работы устройства в катодных камерах обнаружено отложение осадков.

Пример 5.

Проводили очистку воды с концентрацией хрома (VI) 22,0 мг/дм³ и рН 9,2 ед.

Обработку воды проводили при следующих условиях: расход кокса 4,5 г на 1 м³ воды; время обработки воды в анодной камере с растворимым анодом - 3,3 мин; относительная катодная плотность постоянного электрического тока 45 А/м², напряжение на токоподводящих шинах 7,5 В. Очищаемая вода пропускалась через катодную камеру; обработанная вода на выходе из катодной камеры хрома (VI) не содержала. Электричества на обработку воды затрачено 145,5 А·ч/м³, расход электроэнергии составил 1,09 кВт·ч/м³. Через 24 часа работы устройства в катодных камерах не обнаружено отложения осадков.

Из сопоставления данных примеров 2 и 1 видно, что снижение затраченного на обработку воды количества электричества на 6,3% привело к неполной очистке воды от хрома (VI).

Из сопоставления данных примеров 3 и 1 видно, что прекращение подачи электричества в анодную камеру с растворимым анодом, т.е. прекращение дополнительного подкисления воды в камере привело к недоочистке воды от хром (VI) хотя расход электричества остался неизменным.

Из сопоставления данных примеров 5 и 4 видно, что при определенном уровне концентрации примесей в очищаемой воде возможно направление очищаемой воды в катодные камеры, т.е. использование в качестве нейтральной воды непосредственно очищаемой воды.

Из сопоставления данных примера 1 и прототипа видно, что предлагаемое устройство позволяет полностью очищать воду от хрома (VI) при более низких энергетических затратах.

Формула изобретения

Устройство для очистки воды, содержащее корпус из диэлектрического материала, разделенный вертикальными инертными мембранами на катодную камеру с пластинчатым вертикальным стальным катодом, анодную камеру с нерастворимым анодом и патрубком ввода воды в ее нижней части и анодную камеру с насыпным растворимым анодом из железа и перфорированным дном, поддон под анодной камерой с растворимым анодом, патрубки вывода католита и анолита, отличающееся тем, что корпус выполнен пятикамерным, две крайние и центральная камеры выполнены анодными, соединены между собой трубопроводом, снабженным вводами для подачи измельченного кокса, при этом крайние камеры выполнены равными и снабжены нерастворимыми анодами, а центральная камера снабжена насыпным растворимым анодом и сетками из диэлектрика, камеры, размещенные между крайними и центральной камерами, выполнены катодными и равными, снабжены в верхней части патрубками ввода воды и соединены между собой поддоном, нерастворимые аноды и катоды выполнены перфорированными, мембраны, разделяющие анодные камеры с нерастворимыми анодами и катодные камеры, размещены между плотно прижатыми к ней нерастворимым анодом и катодом, при этом перфорация электродов выполнена соосно, мембраны, разделяющие анодную камеру с насыпным электродом и катодные камеры, размещены между плотноприжатыми к ней сеткой из диэлектрика и катодом, поддон снабжен патрубком вывода смеси католита и анолита.

РИСУНКИ

Рисунок 1