Электролизер

 

Союз Советски и

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii)966027 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (5! )М. Кл. (22) Заявлено 29 ° 10.80 (21) 2998219/23-26 с ярисоелинением заявки М (23)Приоритет

С 02 F 1/46

Ввударстееиый комитет

СССР ао дблан изобретений и атирытий (53) УДК 628. S43 (088.8) Опубликовано 1 5. l О. 82 .. Бюллетень Ме 38

Дата опубликования описания 18.10.82 (72) Авторы изобретения

А.И. Гладкий, В.Г. Сергеев, Е.Я. Сокол и В.Й

Харьковский отдел Всесоюзного научно-исследов института водоснабжения, канализации, гидроте сооружений, инженерной гидрогеологии "ВОДГ (7I ) Заявитель (54) ЭДЕКТРОДИЗЕР

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 подкисленных сточных вод в электролизере 1о с растворимыми электродами (1 1.

Подкисление обеспечивает подавление диссоциации эмульгаторов и тем самым снижает агрегативную устойчивость 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 подкис2 ление, 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 ripoисходит за счет генерирования ионов водорода непосредственно в электролизере, что позволяет отказаться от кислотного узла в очистной установке.

В этом электролизере обработка. стоков производится L,âåðòèêàëüíîé 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

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 количествах 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, 50

966027 за счет выделения газообразного водорода и накопления в электролите ионов гидроксила. В анодной камере, снабженной нерастворимым анодом, находится кассета, заполненная железными опилками. В этой камере происходит растворение железных опилок, так как кассета представляет собой биполярный электрод, а также подкисление сточной воды за счет реак" <у ции разложения воды на нерастворимом аноде. Образовавшиеся растворы из катодной и анодной камер выводятся в смеситель, где происходит их взаимная нейтрализация, затем вода, содер- 1 жащая скоагулировавшие примеси, направляется в осветлитель для доочист-, ки (2 ). . Недостатком данного решения является то, что в верхней части засыпки возможно образование газообразного кислорода за счет электрохимического разложения воды, в результате в верхней части засыпки накапливается кислота, содержащая. равновесные концентрации ионов железа в гидрозакиси железа. Это приводит к тому, что коагуляция загрязнений начинается уже в верхней части засыпки. В ходе электролиза происходит загрязнение засыпки коагулянтом.

Это снижает скорость электрохимического растворения железа и степень очистки, повышая напряжение на электролизере, хотя это напряжение и беэ того высоко за счет биполярного 33 включения засыпного электрода. Кроме того, нарушается гидравлический режим очистки. ф резко снижает работоспособность электролизера.

В известной конструкции не обеспечивается также использование газов, выделяющихся при.электролизе, хотя известно, что.такие газы xopowo флотируют загрязнения коллоидно-дисперсного характера, в связи с чем в схеме очистки предусмотрены смеситель и осветлитель, усложняющие эту схему.

Цель изобретения - повышение сте пени 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 15-25 к вертикали.

При этом камеры сообщаются между собой в верхней и нижней частях, и соотношение объемов катодной и анодной камер составляет (1: 10) (1:15).

Предлагаемое соотношение объемов катодной и анодной камер обеспечи-. вает одновременное завершение процесса полного подавления диссоциации эмульгаторов в анодной качере, 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 состоянии .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.

966027 6

1Е кращают и через электролизер пропусКонцентрация,кают электрический ток. загрязнений В ходе электролиза в анодной ка(нефтепродук- 1 мере 3 накапливаются ионы водорода, тов) в очищен- которые взаимодействуя с эмульгато" ной воде, мг/л . ром, например с мылом, подавляют диссоциацию последнего с образованием

Угол наклона анода к вертикальной оси,о

Напряжение на электролизере, В

90 10 320

45 9,5 250

30 90

25

8,3

15 8,0

10 7,8

1, при угле трация загрязчину, допустисооружения

Как видно из табл. наклона 15-25о концен нений составляет вели мую при сбросе вод на биологической очистки

5

Наилучшие результаты rio глубине очистки получены при наклоне анода к вертикальной оси на угол 15-25о.

Результаты опытов по определению глубины очистки маслоэмульсионных сточных вод и напряжения на элей- тролизере при различных углах наклона анода и обязательном соотношении обьемов катодной и анодной камер 1:10 приведены в табл. 1.

Таблица 1

На чертеже представлен предлагаемый электролизер, разрез.

Электролизер состоит из корпуса 1, разделенного диафрагмой 2, выполненной из диэлектрического материала, на дне камеры - анодную 3 и катодную 4.

Камера 3 снабжена нерастворимым анодом 5, например из графита, установленным под углом к вертикали, а камера 4 - катодом 6, например из алюминия. Камера 3 выполнена с бункером.

7 для сбора осадка и снабжена пено- . снимателем 8 и пеноприемником 9. Трубопровод 10 предназначен для подачи очищаемой жидкости в камеру 3, а трубопровод 11 - для отведения очищенной жидкости за пределы электролиэера. Камеры 3 и 4 сообщаются через снабженный вентилем 12 патрубок 13.

Камера 4 снабжена трубопроводом 14 с вентилем 15 для подачи в нее водопроводной воды. Для принудительного пе,ремещения католита в анодную камеру

3 используется устройство 16 и переливной патрубок 17.

Электролизер работает следующим образом.

Камеру 3 по трубопроводу 10 заполняют сточной водой, а камеру 4 по трубопроводу 14 при открытом вентиле

15 — водопроводной водой. При этом вентиль 12 патрубка 13 закрыт. После заполнения камер 3 и 4 до уровня пеносборника 9 подачу жидкостей пренерастворимых соединений, что снижает агрегативную устойчивость коллоиднодисперсной системы. .Одновременно s камере 4 накапливаются ионы гидроксила, при этом происходит изменение реакции среды в щелочную сторону. После достижения значений рН-11-13 накопление ионов гидроксила прекращается за счет расходования их на реакцию химического растворения алюминиевого катода.

Образующимся на катоде газообразным водородом коагулянт выносится в верхнюю часть катодной камеры 4. Одновременно с электролизом начинается подпитка камеры 4 по .трубопроводу 14 при открытом вентиле 15.чистой водой..

В результате этого католит, насыщенныи 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

4, 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 анод7 9660 ной камеры происходит подавление диссоциации эмульгаторов в перемещающемся вниз объеме анолита, в среднейкоагуляция загряэйений 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 4 по тру- le бопроводу 14 прекращается; открывается вентиль 12 патрубка 13 и католит под действием устройства 16 для принудительной подачи поступает в анодную камеру 3. lS

Продолжительность работы электролизера, ч

Технологические факторы процесса и результаты. очистки

10 из вест- предла гае ного мого извест предла- извест- предного гаемого ного лагаемого

Сила тока, А

Напряжение, В

8,2

25

Концентрация дисперсной фазы s очищенной воде, мг/л

2000 22

50

30

Как видно из табл. 2, после 1О ч работы известного устройства напря. жение на электродах увеличивается в 2 раза и примерно в 70 раз увеличи45 вается концентрация дисперсной фазы

s очищенной сточной воде по сравне-, нию с 1 ч. работы, тогда как при ра боте предлагаемого устройства в те.чение того же времени снижения эффекта очистки и повышения напряжения практически не наблюдается.

После этого процесс ведут непрерывно: в анодную камеру 3 поступает сточ-. ная вода, подлежащая очистке. После электрообработки очищенная вода со скоростью, равной скорости ее подачи в камеру 3, самопроизвольно .вы27 8 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 4 очищенной воды, переходящей туда по патрубку 13. Циркуляция католита, ведущаяся с задаваемой скоростью, не нарушает гидростатических и электричес" ких равновесий и материального баланса в камерах 3 и 4, 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 r/ë, проведенные в гальваностатическом режиме на моделях известного и предлагаемого электролизеров. !

Таблица 2

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 прищвдены в табл. 3.

966027

10 .

Таблица 3

Показатели

Категория сточных вод поли ви нилхлоридные латексные водно- масляные исходные очищенные

Концентрация дисперсной фа" зы, мг/л

4000 100

7,0 8,2

13500 300

-рН

ХпК, мг О/л формула изобретения

Как видно из табл. 3, степень очистки этих сточных вод от содержащихся в них загрязнений составляет 98-993.

Применение предлагаемого изобретения позволяет эффективно очищать различные типы сточных вод с высокой степенью очистки при сравнительно небольшом расходе энергии на проведение процесса, Злектролизер для очистки сточных вод, содержащий корпус, катод и анод, выполненный из нерастворимого материала, диафрагму, разделяющую электроды и образующую катодную и анодную исход очи- исход- очищенные ные щен- ные ные

5200 100 25000 25 8,0 8,3 895 7,5

13000 250 42000 200 камеры, и патрубки ввода и вывода сточных вод, 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 15-25 к вертикальной оси корпуса, соотношение объв мов катодной и анодной камер составляет (1:10) - (1:I5) и они снабжены элементами для перетока в верхней и нижней частях.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

8 513655, кл. С 02 F 1/46, 1978.

2. Заявка Японии М 52-27461, кл. С 02 С 5/12, 1977 (прототип).

966027 каз 77 /33 Тираж 9 1

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, Составитель Т. Барабаш

Редактор M. Келемеш Техред Л. Пекарь Корректор С. Шекмар