Электрофлотомембранное устройство

Полезная модель относится к устройствам для электрохимической очистки сточных вод, содержащих анионы, ионы щелочных, тяжелых и цветных металлов и может быть использована на предприятиях цветной и черной металлургии, машиностроения, приборостроения, радиоэлектроники, электротехнической промышленности для создания систем водоочистки и замкнутого водооборота. Технический результат заключается в повышении общей степени очистки сточной воды за счет удаления, наряду с ионами тяжелых и цветных металлов, анионов и ионов щелочных металлов, и достигается тем, что устройство снабжено катионообменной мембраной, расположенной в анодной камере диафрагменного электролизера между анодом и анионообменной мембраной, и образующей камеру концентрирования со стороны анионообменной мембраны. Наличие катионообменной мембраны препятствует смешению очищенной воды с анионами и обеспечивает перенос из анодной камеры в камеру концентрирования катионов щелочных металлов под действием электрического тока.

Полезная модель относится к устройствам для электрохимической очистки сточных вод, содержащих анионы, ионы щелочных, тяжелых и цветных металлов и может быть использована на предприятиях цветной и черной металлургии, машиностроения, приборостроения, радиоэлектроники, электротехнической промышленности для создания систем водоочистки и замкнутого водооборота.

Известно устройство для электрохимической очистки сточных вод, представляющее собой корпус, разделенный на секции предварительной водообработки в виде двухкамерного диафрагменного электролизера с анионообменной мембраной и электрофлотационной очистки, с размещенным в нем комплектом нерастворимых горизонтальных электродов, патрубками для подачи сточной и вывода очищенной воды и приспособлением для отвода шлама [А.с. СССР 1675215 A1, МПК C02F 1/46, C02F 1/465, C02F 1/465, заявл. 13.10.1989; опубл. 30.08.1991. Бюл. 32].

Недостатками данной конструкции устройства является то, что она не обеспечивает очистку сточной воды от ионов щелочных металлов и недостаточная общая степень очистки.

Известно, выбранное в качестве прототипа, устройство, для электрохимической очистки сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлов, содержащее корпус, разделенный на секции предварительной электрообработки в виде анодной и катодной камер диафрагменного электролизера и электрофлотационной очистки, с размещенным в нем комплектом нерастворимых горизонтальных электродов, патрубками для подачи сточной и вывода очищенной воды и приспособлением для отвода шлама и трубопроводом, соединяющем секцию электрофлотационной очистки с анодной камерой диафрагменного электролизера [Патент РФ 2453502 C2 РФ, МПК⁷ C02F 1/46, C02F 1/465, C02F 101/20. Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлов и устройство по его осуществлению / В.И. Ильин, В.А. Колесников, С.О Вараксин, А.Ф, Губин, П.Н. Кисиленко; заявл. 08.07.2010; опубл. 20.06.2012. Бюл. 17].

Недостатками данной конструкции устройства является то, что она не обеспечивает очистку сточной воды от анионов и ионов щелочных металлов и недостаточная общая степень очистки.

Целью заявляемой полезной модели является устранение указанного недостатка, а именно, очистка сточной воды от анионов и ионов щелочных металлов, наряду с очисткой от катионов тяжелых и цветных металлов, что позволяет повысить общую степень очистки воды.

Технический результат достигается тем, что устройство снабжено катионообменной мембраной, расположенной в анодной камере диафрагменного электролизера между анодом и анионообменной мембраной и образующей камеру концентрирования со стороны анионообменной мембраны. Наличие катионообменной мембраны препятствует смешению очищенной воды с анионами и обеспечивает перенос из анодной камеры в камеру концентрирования ионов щелочных металлов под действием электрического тока, что повышает общую степень очистки воды.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства полезной модели и прототипа показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что устройство снабжено катионообменной мембраной, расположенной в анодной камере диафрагменного электролизера между анодом и анионообменной мембраной и образующей камеру концентрирования со стороны анионообменной мембраны.

Заявляемое устройство для электрохимической очистки сточных вод, содержащих анионы, ионы щелочных, тяжелых и цветных металлов представлено на фиг. 1.

Устройство состоит из корпуса 1, разделенного переливной перегородкой 2 на диафрагменный электролизер и секцию электрофлотационной очистки с размещенным в ней комплектом нерастворимых горизонтальных электродов 3. Корпус устройства оборудован патрубками 4, 5, 12 соответственно для ввода сточной воды и отвода очищенной воды, ввода раствора реагента и приспособлением 6 для сбора и вывода флотошлама.

Диафрагменный электролизер выполнен трехкамерным в виде катодной, концентрированной и анодной камер. Между катодной и анодной камерами расположена камера концентрирования отделенная от них анионообменной 7 и катионообменной 16 мембранами.

Катодная камера снабжена вертикальным нерастворимым электродом (катодом) 9 и патрубком 4 ввода сточной воды, который расположен в нижней части катодной камеры.

Анодная камера снабжена вертикальным нерастворимым электродом (анодом) 8 и патрубками 10 и 11 соответственно для ввода щелочной очищенной воды и вывода нейтрализованной очищенной воды.

После катодной камеры диафрагменного электролизера расположена камера смешения, образованная тремя вертикальными переливными перегородками 2, 13 и 14 и снабженная патрубком 12, расположенным в нижней ее части, и предназначенным для ввода раствора флоккулирующего реагента. Перегородка 13 имеет зазор между дном аппарата и ее нижней кромкой для протока сточной воды.

Перегородки 13 и 14, используемые в качестве электродов (оксидно-рутениевотитанового анода и катода из нержавеющей стали), предназначены для дополнительной генерации газовых пузырьков кислорода и водорода.

Трубопровод 15 соединяет секцию электрофлотационной очистки с анодной камерой диафрагменного электролизера.

Устройство работает следующим образом. Сточная вода, содержащая анионы (SO₄^2-, Cl^-, NO₃^-), ионы щелочных (Na⁺, K⁺ ), тяжелых и цветных металлов (Cd²⁺, Cu²⁺ , Ni²⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Fe²⁺ , Fe³⁺) подается через патрубок 4 в катодную камеру диафрагменного электролизера. В результате электролиза на катоде 9 происходит реакция разряда молекул воды, сопровождающая выделением пузырьков водорода и образованием гидроксил-ионов (2H₂ O+2=H₂+2OH^-), что обеспечивает подщелачивание воды до величины pH 8-10, при которой происходит образование частиц гидроксидов тяжелых и цветных металлов (Meⁿ⁺+nOH ^-=Me(OH)_n). Одновременно происходит флотация частиц гидроксидов тяжелых и цветных металлов пузырьками водорода и перенос из сточной воды анионов через анионообменную мембрану 7 в камеру концентрирования под действием электрического тока.

Далее сточная вода из катодной камеры переливается через перегородку 2 и поступает в камеру смешения. При движении вверх между перегородками 13 и 14 сточная вода с целью интенсификации процесса очистки смешивается с раствором флоккулирующего реагента, поступающим в камеру смешения через патрубок 12.

Из камеры смешения сточная вода переливается через перегородку 14 в секцию электрофлотационной очистки, где частицы гидроксидов тяжелых и цветных металлов извлекаются на поверхность воды за счет работы электродного блока 3, генерирующего газовые пузырьки водорода и кислорода.

В секции электрофлотационной очистки обеспечивается нисходящее движение воды с ее отводом из-под электродного блока 3. При этом наблюдается дополнительный эффект очистки, связанный с фильтрацией воды через плотный фильтр электролитических пузырьков.

Очищенная вода от частиц гидроксидов тяжелых и цветных металлов с pH 8-10 вытекает из секции электрофлотационной очистки через патрубок 5 и по трубопроводу 15 поступает в анодную камеру диафрагменного электролизера через патрубок 10. В анодной камере на аноде 8 в результате разряда гидроксил-ионов происходит образование молекулы воды и выделение кислорода (2OH^-=H₂O+1/2O₂+2), что сопровождается нейтрализацией pH до величины 6,5-7,0. Одновременно происходит перенос из очищенной воды катионов щелочных металлов через катионообменную мембрану 16 в камеру концентрирования под действием электрического тока.

Нейтрализованная и очищенная вода выводится из установки через патрубок 11.

Всплывшая в процессе электрофлотации на поверхность воды катодной камеры и секции электрофлотационной очистки, включая камеру смешения, дисперсная фаза загрязнений в виде гидроксидов цветных и тяжелых металлов формируется в пенный слой (флотошлам), который удаляется с поверхности воды, приспособлением 6.

Предлагаемая полезная модель позволяет повысить общую степень очистки сточной воды за счет удаления, наряду с катионами тяжелых и цветных металлов, анионов и катионов щелочных металлов.

Устройство для очистки сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлов, содержащее корпус, разделенный на секции предварительной электрообработки в виде анодной и катодной камер диафрагменного электролизера и электрофлотационной очистки, отличающееся тем, что устройство снабжено катионообменной мембраной, расположенной в анодной камере диафрагменного электролизера между анодом и анионообменной мембраной и образующей камеру концентрирования со стороны анионообменной мембраны.