Устройство для электрохимической очистки жидких сред

 

Изобретение относится к электрохимической очистке жидких сред, а именно к аппаратам для очистки жидких сред промышленных и городских стоков, загрязненных органическими взвесями, поверхностно-активными веществами или нефтепродуктами. Устройство содержит расположенный в нижней части флотатора газогенератор с пакетом нерастворимых и размещенных над ними растворимых электродов. Флотатор выполнен в виде конического раструба, установленного внутри отстойника открытой расширенной частью вверх. Патрубок подвода воды расположен в нижней части газогенератора. Отстойник снабжен коаксиально расположенной относительно флотатора не замкнутой снизу цилиндрической перегородкой. Электроды газогенератора установлены горизонтально и параллельно друг другу и размещены на расстоянии друг от друга с возможностью регулировки данного расстояния посредством настроечного механизма, выполненного в виде установленного с возможностью вращения в опорах стержня с жестко закрепленной регулировочной гайкой. При этом стержень выполнен с правой и левой резьбой, что дает возможность обеспечить возвратно-поступательное движение установленных на его концах опорных пластин, находящихся в непосредственном контакте с электродами. Непосредственное перемещение электродов, поддерживающее оптимальный межэлектродный зазор, осуществляется посредством механизма перемещения, представляющего собой охватывающую электрод Г-образную подпружиненную лапку и подпружиненный толкатель. Технический эффект - снижение энергозатрат и повышение стабильности процесса очистки, а также повышение эффективности и качества очистки жидких сред любого физико-химического состава. 3 ил.

Изобретение относится к электрохимической очистке жидких сред от взвешенных частиц, а именно к аппаратам для электрохимической очистки жидких сред, промышленных и городских стоков, сред, загрязненных органическими взвесями, поверхностно-активными веществами или нефтепродуктами. Устройство может найти применение в различных отраслях промышленности и народного хозяйства.

Электрохимическая очистка обеспечивает высокий эффект удаления из воды загрязнений в виде взвесей минерального, органического и биологического происхождения, коллоидов, а также отдельных веществ, находящихся в молекулярном и ионном состоянии.

Известно устройство для электрохимической очистки жидких сред, выбранное заявителем в качестве прототипа, содержащее расположенный в нижней части флотатора газогенератор с пакетом нерастворимых и растворимых электродов, флотатор, выполненный в виде конического раструба, установленный внутри отстойника открытой расширенной частью вверх (патент РФ 2094384).

Основным недостатком данного устройства является стационарная система крепления растворимых электродов газогенератора. В процессе работы устройства происходит растворение материала электродов, что приводит к увеличению межэлектродного пространства, а это вызывает увеличение электрического сопротивления, и, следовательно, приводит к увеличению и потерь напряжения на его преодоление, т.е. к увеличению энергозатрат на очистку. Невозможность управления величиной плотности тока приводит к ухудшению качества очистки жидкостей. Очищаемые жидкости имеют разные физико-химические свойства, поэтому в процессе работы устройства приходится производить замену электродов, выставлять необходимое межэлектродное пространство, что приводит к остановке устройства. Выбор материала электродов зависит от состава очищаемой воды.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат и повышение стабильности процесса очистки за счет введения в газогенераторе контроля за расходом электродов. Кроме того, устройство обеспечивает повышение эффективности и качества очистки жидких сред любого физико-химического состава.

Устройство для электрохимической очистки жидких сред содержит расположенный в нижней части флотатора газогенератор с пакетом нерастворимых и размещенных над ними растворимых электродов, при этом флотатор выполнен в виде конического раструба, установленного внутри отстойника открытой расширенной частью вверх, а патрубок подвода воды расположен в нижней части газогенератора.

Отстойник снабжен коаксиально расположенной относительно флотатора не замкнутой снизу цилиндрической перегородкой, электроды газогенератора установлены горизонтально и параллельно друг другу с возможностью регулировки расстояния между электродами посредством настроечного механизма и механизма перемещения, при этом механизм перемещения выполнен в виде установленного с возможностью вращения в опорах стержня с правой и левой резьбой с жестко закрепленной регулировочной гайкой и установленными на его концах с возможностью возвратно-поступательного движения опорными пластинами, находящимися в контакте с электродами, а механизм перемещения представляет собой охватывающую электрод Г-образную подпружиненную лапку и подпружиненный толкатель.

При пропускании очищаемой воды через нижний пакет нерастворимых электродов происходит нагрев воды. Проходя далее через пакет растворимых электродов в результате электрохимического растворения материала электродов, прошедшие в воду катионы металлов электродов гидролизуются с образованием активных коагулянтов-гидрооксидов металлов, сорбирующих на своей поверхности коллоидные, молекулярные и ионные частицы. С помощью образовавшихся мельчайших газовых пузырьков коагулируются практически все тонкодисперсные вещества, гидрооксиды тяжелых металлов, полимеры, жиры, масла, нефтепродукты, латексы, продукты органического синтеза, поверхностно-активные вещества и т.д. Так как электроды установлены горизонтально и параллельно друг другу, то весь проходящий поток очищаемой воды проходит очистку. Под действием напора подаваемой жидкости образовавшиеся газовые пузырьки поднимаются вверх и поступают во флотатор, где завершается процесс хлопьеобразования. По мере работы устройства при растворении электродов происходит увеличение межэлектродного пространства, что приводит к повышению электрического сопротивления и, следовательно, приводит к потерям напряжения на его преодоление. Регулировка межэлектродного пространства решается посредством настроечного механизма и механизма перемещения. Первоначально межэлектродное пространство настраивается с помощью настроечного механизма, а по мере растворения электродов, при помощи подпружиненных Г-образной лапки и толкателя происходит автоматическое перемещение электродов до выставленного первоначально размера в процессе работы устройства без его остановки. Размер межэлектродного расстояния зависит от состава воды, подвергаемой очистке. При одном и том же составе воды данное расстояние будет постоянным и требует одноразовой настройки. Данная настройка и регулировка межэлектродного пространства чаще применяется в стационарных установках с постоянным составом очищаемой воды.

Приведенные выше отличительные признаки являются новыми по сравнению с прототипом, поэтому изобретение соответствует критерию "новизна".

Патентные исследования показали, что в изученном уровне техники отсутствуют аналогичные технические решения, т.е. заявляемое техническое решение не следует явным образом из изученного уровня техники и, таким образом, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Данное техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлен общий вид устройства для электрохимической очистки жидких сред; на фиг.2 - настроенный механизм; на фиг.3 - механизм перемещения.

Устройство для электрохимической очистки жидких сред содержит газогенератор 1, включающий пакет нерастворимых параллельных горизонтальных электродов 2, пакет растворимых параллельных горизонтальных электродов 3, расположенный над пакетом электродов 2. Электроды 2 и 3 связаны с источником постоянного тока (не показан). Нерастворимыe электроды 2 - угольные. Пакет растворимых электродов 3 состоит из нескольких пар различных электродов: железных, алюминиевых, а также сплавов этих металлов, содержащих легирующие элементы. В нижней части генератора 1 имеется патрубок 4 для подвода очищаемой жидкости. Газогенератор 1 соединен с нижней частью флотатора 5, выполненного в виде конического раструба, установленного внутри отстойника 6 расширенной частью вверх, причем верхняя часть конуса выполнена перфорированной с нанесением тефлонового покрытия. Внутри отстойника 6 коаксиально относительно флотатора 5 установлена незамкнутая снизу цилиндрическая перегородка 7. Между цилиндрической перегородкой 7 и конической частью флотатора 5 установлена перфорированная фильтрующая мембрана 8. Отстойник снабжен патрубками для отвода пены 9, очищенной воды 10 и шлама 11. Растворимые электроды 3 газогенератора 1 установлены на расстоянии друг от друга. Настройка межэлектродного пространства осуществляется с помощью настроечного механизма 12 и механизма перемещения электродов 13. Настроечный механизм 12 выполнен в виде двух неподвижных опор 14, резьбового стержня 15 с правой и левой резьбой на концах и регулировочной гайкой 16, расположенной между этими опорами 14, и двух опорных пластин 17, установленных на концах стержня с возможностью возвратно-поступательного перемещения и находящихся в контакте с электродами 3. Механизм перемещения 13 выполнен в виде охватывающей электрод Г-образной лапки 18, пружины сжатия 19, толкателя 20 и пружины растяжения 21.

Устройство работает следующим образом.

Очищаемая вода поступает через нижний патрубок газогенератора 1. Проходя через угольные электроды 2, вода нагревается до 35^oС. Далее вода под напором проходит через растворимые электроды 3. В процессе анодного растворения электродов 3 происходит образование гидроокиси металла, которая всплывает вместе с пузырьками газа вверх. Образующиеся в ходе реакции хлопья сорбируют на своей поверхности частицы коллоидных, молекулярных и ионных примесей в результате интенсивного перемешивания, которое получается за счет электролиза воды, при котором выделяется большое количество газовых пузырьков. Ионы растворенного металла анода концентрируются по границам раздела фаз, т.е. на поверхности пузырьков газа. Хлопья коагулянта с малорастворимыми соединениям транспортируются во флотатор 5 вверх с потоком воды. Здесь происходит разделение чистой вода от газов и хлопьев в виде пены. Далее жидкость фильтруется через перфорированный конус флотатора 5 и перфорированную мембрану 8. Очищенная вода, огибая кольцевую перегородку 7, поступает в отстойник 6, где она дополнительно отстаивается от мелких хлопьев, которые просочились. В дальнейшем хлопья оседают на дно отстойника 6, скатываются по наклонному дну и удаляются через нижний патрубок 11. Пена собирается вверху и постепенно удаляется через соответствующий патрубок 9. Очищенная вода удаляется через патрубок 10.

Перед началом работы устройства осуществляют настройку межэлектродного пространства в зависимости от физико-химического состава очищаемой воды с помощью настроечного механизма 12. В процессе работы устройства происходит растворение электродов 3, что приводит к увеличению межэлектродного пространства. Посредством механизма перемещения 13 в процессе работы автоматически происходит постоянное перемещение электродов 3 до первоначального размера. Данная конструкция чаще всего применяется в устройствах, где осуществляется очистка воды примерно постоянного физико-химического состава.

Для снижения жесткости очищаемой воды при необходимости во флотатор добавляют щелочь и также дополнительно подают воздух. При этом находящиеся в жидкости карбонаты Са и Mg распадаются, образуются их гидрооксиды, кристаллизирующиеся с образованием твердой фазы, которая затем удаляется. Вода при этом становится мягкой.

Таким образом, предлагаемая конструкция устройства характеризуется низкими удельными энергозатратами, обеспечивает высокоэффективную, качественную очистку воды. Предлагаемая конструкция устройства обеспечивает также высокую производительность.

Устройство, кроме перечисленного выше, может найти применение для очистки воды, применяемой для водогрейных котлов, для подготовки воды перед ионированием, обессоливанием, электродиализом, гиперфильтрацией, для создания замкнутой системы водного хозяйства промышленных предприятий.

Формула изобретения

Устройство для электрохимической очистки жидких сред, содержащее расположенный в нижней части флотатора газогенератор с пакетом нерастворимых и размещенных над ними растворимых электродов, при этом флотатор выполнен в виде конического раструба, установленного внутри отстойника открытой расширенной частью вверх, а патрубок подвода воды расположен в нижней части газогенератора, отличающееся тем, что отстойник снабжен коаксиально расположенной относительно флотатора не замкнутой снизу цилиндрической перегородкой, электроды газогенератора установлены горизонтально и параллельно друг другу с возможностью регулировки данного расстояния посредством настроечного механизма перемещения, при этом настроечный механизм выполнен в виде установленного с возможностью вращения в опорах стержня с правой и левой резьбой с жестко закрепленной регулировочной гайкой и установленными на его концах с возможностью возвратно-поступательного движения опорными пластинами, находящимися в контакте с электродами, а механизм перемещения представляет собой охватывающую электрод Г-образную подпружиненную лапку и подпружиненный толкатель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3