Установка адсорбционно-десорбционной обработки воды

 

Изобретение относится к области очистки сточных вод, в частности к установке адсорбционно-десорбционной обработки воды, включающей корпус 1 с коаксиально расположенной замкнутой мембраной 2, внутри которой размещен слой адсорбента 3, электроды 4 и 6, один 6 из которых установлен между корпусом 1 и мембраной 2 на изолирующих проставках 7, а другой 4 выполнен из элементов, последовательно соединенных электропроводными связями 5 и равномерно распределенных в слое адсорбента 3, при этом пространство между корпусом 1 и мембраной 2 соединено с трубопроводом отвода компонентов 17 через запорное устройство 24. 1 з.п. ф-лы, 2 ил, 1 табл.

Изобретение относится к области очистки сточных вод и конкретно к созданию технологического оборудования для проведения адсорбционно-десорбционных процессов в химической и иных отраслях промышленности, преимущественно для выделения органических примесей из промышленных сточных вод.

Известна установка [1] для очистки сточных вод гальванических производств, которая представляет собой фильтр с адсорбентом из активированного угля с электродами, на который наложен электрический потенциал величиной +0,1-1,0 В, что увеличивает адсорбционную емкость адсорбента. В установке [1] не предусмотрено оборудование для регенерации адсорбента после насыщения, а эта проблема, особенно при высоких производительностях очистных сооружений, может отрицательно влиять на экономические показатели работы установки.

Известна установка [2] очистки сточных вод активированным углем, модифицированным 4-7% окислов переходных металлов. Установка снабжена системой трубопроводов для подачи регенерирующих газов в слой адсорбента и устройствами для поддержания заданной температуры. Для регенерации адсорбента после его насыщения через активированный уголь пропускают не содержащий кислород газ теплоноситель с температурой 300-350^oC, затем при этой же температуре пропускают газ теплоноситель, содержащий 4-6 об. кислорода, причем отходящие газы после смещения с воздухом пропускают через керамзит. Установка обеспечивает высокую степень регенерации адсорбента, однако при этом используется сложное и энергоемкое оборудование.

Известна установка [3] в которой процессы адсорбции и регенерации адсорбента ведут при потенциалах от -1,3 до +1,3 B, соответствующих различной адсорбционной емкости адсорбента. Установка [3] включает цилиндрический корпус с неподвижным адсорбентом, охватываемым водонепроницаемой полиэлектролитной мембраной, и электроды, один из которых установлен между корпусом и мембраной, а другой в верхней части корпуса на слое адсорбента. Напряжение на электродах регулируется относительно установленного в верхней части корпуса контрольного датчика. Установка обеспечивает достаточно высокую степень очистки и имеет простую систему регенерации адсорбента. Недостатком указанной установки является высокая энергоемкость и неравномерность очистки водного потока по объему адсорбционной загрузки вследствие того, что в установке не решен вопрос равномерного распределения потенциалов в адсорбционной загрузке. Это приводит к потере адсорбционной емкости и снижению степени очистки обрабатываемых потоков.

Задачей изобретения является разработка устройства с повышенной стабильностью работы и эффективностью очистки водных потоков, включающих нефтепродукты и другие органические загрязнители.

Поставленная задача решается следующим образом.

Устройство содержит корпус с коаксиально расположенной замкнутой проницаемой для воды мембраной, например, гетеромембраной, внутри которой размещен слой адсорбента, один из рабочих электродов размещен между мембраной и корпусом устройства непосредственно на внутренней поверхности корпуса и отделен от нее изолирующими проставками, другой электрод выполнен из элементов, например, графитовых пластин, последовательно соединенных электропроводными связями и равномерно распределенных в слое адсорбента; контрольный датчик, выполненный в виде электрода сравнения, размещен на поверхности адсорбционного слоя, при этом рабочие электроды непосредственно, а контрольный датчик через блок управления электропитанием соединены с источником регулируемого напряжения, а трубопровод отвода компонентов и полость между стенкой корпуса и мембраной, соединены через запорное устройство.

Новизна изобретения заключается в расположении электродов, их конструктивном выполнении, а также в применении проницаемых гетеромембран в совокупности с конструктивным выполнением системы обвязывающих трубопроводов.

Иное конструктивное решение формы и расположение электродов позволяет увеличить полноту использования полезных свойств адсорбента в цикле очистки загрязненных потоков и полную восстановления полезных свойств адсорбента в процессе регенерации за счет создания эквипотенциальности внутренней поверхности адсорбента в рабочих циклах. Одновременно, предложенные конструктивные изменения позволяют в процессе регенерации восстанавливать свойства разделительной мембраны, что способствует снижению энергозатрат на проведение процесса. На фиг. 1 показана технологическая схема установки.

Установка включает корпус 1, внутри которого коаксиально размещена замкнутая гетеромембрана 2. Внутренняя полость мембраны заполнена зернистым адсорбентом 3 (активированным углем). В толще адсорбционного слоя размещен один электрод 4, выполненный в виде графитовых пластин, последовательно соединенных электропроводными связями 5 и равномерно распределенных по объему угольной засыпки. Электрод 4 соединен с полюсом источника регулируемого напряжения 8. Второй электрод 6 размещен между мембраной и корпусом установки на тефлоновых проставках 7 и соединен со вторым полюсом источника регулируемого напряжения 8. В верхней части адсорбционной загрузки размещен контрольный датчик 9 электрод сравнения, соединенный с блоком управления источника регулируемого напряжения 8. Корпус 1 имеет верхнюю 10 и нижнюю 11 крышки с патрубками 12 и 13, соединенными с трубопроводами подачи обрабатываемой воды 14, отвода очищенной воды 15, подачи промывной воды 16 и отвода концентрата 17. Каждый трубопровод снабжен запорным устройством 18,19,20,21 соответственно. Верхняя часть камеры, образованной корпусом 1 и мембраной 2, имеет штуцер 22, соединенный перепускным трубопроводом 23 с трубопроводом отвода концентрата 17. Перепускной трубопровод 23 снабжен запорным устройством 24. Установка работает в двух основных режимах режиме адсорбции и режиме регенерации адсорбента.

Режим адсорбции Запорные устройства 18,19,24 находятся в открытом положении, остальные запорные устройства находятся в закрытом положении. На блоке управления источника регулируемого напряжения задается напряжение, отвечающее потенциалу максимальной емкости адсорбента. По трубопроводу подачи очищаемой воды 14 через штуцер 13 обрабатываемая вода подается в слой адсорбента и через проницаемую мембрану заполняет камеру вспомогательного электрода. Избыток воды по перепускному трубопроводу отводится в трубопровод отвода концентрата 17. После полного заполнения установки запорное устройство закрывается. Очищаемый поток продолжает поступать в установку по трубопроводу 14 и штуцеру 13, проходит через толщу адсорбционной загрузки и через штуцер 12 т трубопровод 15 отводится в последующий технологический цикл. В процессе работы установки на адсорбционной загрузке за счет рабочего электрода 4 поддерживается величина заданного рабочего потенциала. При этом за счет конструктивных особенностей электрода 4 распределение потенциала по адсорбционному слою равномерно, что обеспечивает оптимальное использование адсорбционной емкости активированного угля. Процесс проводят до полного насыщения адсорбционного слоя.

Режим регенерации адсорбента Для перевода установки в режим регенерации закрывают запорные устройства 18 и 19 и открывают 20 и 21. По трубопроводу промывной воды 16 через штуцер 12 в установку подают промывную воду, которая, проходя через слой адсорбента, удаляется через штуцер 13 и трубопровод 17. Для регенерации адсорбента на рабочие электроды 4 и 6 с помощью блока регулируемого напряжения подается потенциал минимальной адсорбции, при установлении которого в адсорбционном слое происходит десорбция адсорбированных ранее органических компонентов и их вынос промывной водой из установки. Равномерное распределение потенциала по объему адсорбционной загрузки обеспечивает полноту регенерации адсорбента на 75-80% от первоначальной емкости после 50 регенерационных циклов. Промывку камеры электрода 6 проводят, открывая в конце цикла регенерации запорное устройство 24. После проведения регенерации без дополнительной обработки адсорбента установка может продолжить работу в режиме адсорбции.

Пример. С помощью предлагаемой установки подвергалась очистке вода, содержащая 50 мг/л нефтепродуктов (масла). Рабочие напряжения составляют 2,9-3,2 В. Процесс адсорбции проводится до проскока через адсорбционный слой нефтепродуктов с концентрацией более 0,05 мг/л. Регенерация адсорбента проводилась при потенциале адсорбционного слоя -1,5 В очищенной водой. Объем очищаемой воды до проскока предельно допустимой концентрации составлял 600-750 объемов адсорбционной зоны установки; расход очищенной воды на регенерацию составлял 7-10 объемов адсорбционной зоны.

На фиг. 2 представлены результаты относительного изменения адсорбционной емкости в процессе циклирования (кривая 1) в сравнении с аналогичными характеристиками установки [3] (кривая 2). Из приведенных данных следует, что за 50 циклов работы предлагаемой установки емкость загрузки снижается на 20-25% от исходного значения против 80% потери емкости за 5 циклов работы аналогичной установки [3] Одновременно проводились измерения падения напряжения на разделительной мембране установки. Результаты измерений представлены в таблице.

Использование гетеромембран позволяет снизить рабочие напряжения на установке до 2,9-3,2 В против 3,2-3,5 В при использовании полиэлектролитных мембран. Последнее соответствует снижению энергозатрат на проведение адсорбционно-десорбционных процессов на 6-9% по сравнению с установкой [3] Приведенные выше результаты показывают, что применение в устройстве всей совокупности признаков позволяет за счет равномерного распределения потенциала по рабочему объему адсорбента увеличить величину функционирующей рабочей емкости адсорбционного слоя, стабилизировать (повысить надежность) работу установки, увеличить продолжительность ее службы до выработки ресурса или повысить степень очистки обрабатываемых потоков. Использование водопроницаемых гетерогенных мембран в совокупности с признаками сетевой обвязки установки позволяет в режиме регенерации адсорбента осуществлять регенерацию мембраны, снизить эффект ее концентрационной деполяризации и как следствие получить снижение энергозатрат на 6-9% Литература 1. Авторское свидетельство СССР N 1673524, кл. C 02 F 1/28, оп. 30.08.91. 2. Авторское свидетельство СССР N 1608132, кл. C 02 F 1/28, оп. 23.11.90. 3. Авторское свидетельство СССР N 874092, кл. B 01 D 15/00, оп. 23.10.81.

Формула изобретения

1. Установка адсорбционно-десорбционной обработки воды, включающая корпус с коаксиально расположенной замкнутой мембраной, внутри которой размещен слой адсорбента, электроды, один из которых размещен между мембраной и корпусом, и контрольный датчик, соединенный с источником регулируемого напряжения, трубопроводы подвода очищаемой воды и отвода компонентов, отличающаяся тем, что один электрод установлен на корпусе на изолирующих проставках, а другой выполнен из элементов, последовательно соединенных электропроводными связями и равномерно распределенных в слое адсорбента, а пространство между корпусом и мембраной соединено с трубопроводом отвода компонентов через запорное устройство.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что элементы электрода выполнены в виде графитовых пластин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3