Устройство для электрохимической очистки сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлов

Полезная модель относится к устройствам для электрохимической очистки сточных вод от ионов 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 степени очистки сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлов, и достигается тем, что анодная камера диафрагменного электролизера снабжена двумя катионообменными мембранами, пространство между которыми заполнено катионообменной смолой и соединено трубопроводом с секцией электрофлотационной очистки. Наличие катионообменной смолы в H-форме обеспечивает повышение степени очистки сточной воды от ионов тяжелых и цветных металлов за счет их сорбции. Катионообменная мембрана, расположенная со стороны анионообменной мембраны, обеспечивает повышение степени очистки сточной воды от ионов тяжелых и цветных металлов за счет их переноса под действием электрического тока из очищаемой сточной воды, а катионообменная мембрана, расположенная со стороны анода, обеспечивает перенос ионов водорода, образующихся в процессе разложения воды, способствующих регенерации катионообменной смолы и нейтрализации pH очищенной воды.

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для электрохимической очистки сточных вод от ионов 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 электрофлотации, включающее камеру, корпус которой выполнен в виде двух герметично разделенных водонепроницаемой токопроводящей диафрагмой электродов и разгрузочный патрубок [Авторское свидетельство СССР 486792 A1, МПК B03D 1/14, заявл. 04.01.1974; опубл. 05.08.1975. Бюл. 37].

Недостатком этого устройства является невысокая эффективность при разделении тонкодисперсных частиц.

Известен способ очистки сточных вод и устройство для его осуществления, включающий электрофлотацию в аппарате с перфорированными электродами и предварительную электрообработку с использованием нерастворимых анодов (Авторское свидетельство СССР 966025 A1, МПК C02F 1/46, C02F 1/465, заявл. 12.12.1979; опубл. 15.10.1982. Бюл. 38).

Недостатком данного изобретения является невысокая степень очистки сточных вод от суспендированных и эмульгированных примесей.

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 [Авторское свидетельство СССР 1675215 A1, МПК C02F 1/46, C02F 1/465, заявл. 13.10.1989; опубл. 30.08.1991. Бюл. 32].

Недостатком данного устройства является невысокая степень очистки сточной воды от ионов тяжелых и цветных металлов.

Целью заявляемой полезной модели является устранение указанного недостатка, а именно, повышение степени очистки сточных вод от ионов цветных и тяжелых металлов.

Технический результат достигается тем, что анодная камера диафрагменного электролизера снабжена двумя катионообменными мембранами, пространство между которыми заполнено катионообменной смолой в Н-форме и соединено трубопроводом с секцией электрофлотационной очистки.

Наличие катионообменной смолы в Н-форме обеспечивает повышение степени очистки сточной воды от всех ионов тяжелых и цветных металлов за счет их сорбции. Катионообменная мембрана, расположенная со стороны анионообменной мембраны, обеспечивает повышение степени очистки сточной воды от ионов тяжелых и цветных металлов за счет их переноса под действием электрического тока из очищаемой сточной воды, а катионообменная мембрана, расположенная со стороны анода, обеспечивает перенос ионов водорода, образующихся в процессе электрохимического разложения воды. Наличие ионов водорода в очищаемой воде обеспечивает регенерацию катионообменной смолы и ее нейтрализацию.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства полезной модели и прототипа показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что анодная камера диафрагменного электролизера снабжена двумя катионообменными мембранами, пространство между которыми заполнено катионообменной смолой в Н-форме и соединено трубопроводом с секцией электрофлотационной очистки.

На фиг. 1. изображен общий вид предлагаемой полезной модели устройства для электрохимической очистки сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлов.

Устройство для электрохимической очистки сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлов 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 патрубком 5 для отвода осветленной воды и приспособлением 6 для сбора и вывода флотошлама.

Диафрагменный электролизер выполнен в виде анодной и катодной камер.

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

Анодная камера диафрагменного электролизера снабжена вертикальным нерастворимым электродом (анодом) 8, двумя катионообменными мембранами 12 и 13, пространство между которыми заполнено катионообменной смолой 14 в Н-форме и патрубками 10 и 11 для ввода осветленной воды и вывода очищенной воды.

Устройство снабжено трубопроводом 15, соединяющим секцию электрофлотационной очистки с пространством анодной камерой диафрагменного электролизера, образованным катионообменными мембранами.

Устройство работает следующим образом. Сточная вода с pH 5-7, содержащая индивидуальные ионы тяжелых и цветных металлов (Cd²⁺ , Cu²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺, Zn²⁺ , Pb²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺) или в смеси поступает 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 (2H₂O+2=H₂+2OH^-). Наличие анионообменной мембраны 7 обеспечивает подщелачивание сточной воды до величины pH 8-10, при которой происходит образование частиц малорастворимых соединений в виде гидроксидов тяжелых и цветных металлов (Meⁿ⁺+nOH ^-=Me(OH)_n). Одновременно происходит флотация образовавшихся частиц пузырьками водорода.

Далее сточная вода из катодной камеры переливается через перегородку 2 и поступает в секцию электрофлотационной очистки, где частицы гидроксидов тяжелых и цветных металлов извлекаются на поверхность сточной 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 сточной воды через плотный фильтр электролитических пузырьков.

Всплывшие в процессе электрофлотации на поверхность воды частицы гидроксидов цветных и тяжелых металлов формируются в пенный слой (флотошлам), который удаляется приспособлением 6.

Осветленная вода с pH 8-10 вытекает из секции электрофлотационной очистки через патрубок 5 и по трубопроводу 15 поступает через патрубок 10 в пространство анодной камеры диафрагменного электролизера, образованное двумя катионообменными мембранами 12 и 13, и заполненное катионообменной смолой 14 в Н-форме.

При прохождении осветленной воды через слой катионообменной смолы в H-форме смола сорбирует все оставшиеся в ней ионы тяжелых и цветных металлов, и в воду переходит эквивалентное количество ионов водорода, что сопровождается нейтрализацией pH очищаемой воды до величины pH 7-9.

В анодной камере диафрагменного электролизера на аноде 8 в результате разряда молекул воды происходит образование ионов водорода H⁺ и выделение газообразного кислорода O₂ (2H₂O=О₂+4H⁺+4). Ионы водорода под действием электрического тока мигрируют через катионообменную мембрану 13 в пространство, заполненное катионообменной смолой. При снижении сорбционной емкости катионообменной смолы, она сорбирует из осветленной воды ионы водорода, и в воду переходят ионы тяжелых и цветных металлов, которые под действием электрического тока мигрируют из осветленной воды через катионообменную мембрану 12.

Наличие ионов водорода в очищаемой воде обеспечивает непрерывную регенерацию катионообменной смолы без ее замены и без использования дополнительных регенерационных реагентов и специальных устройств.

Очищенная вода с pH 7-8 выводится из установки через патрубок 11.

Предлагаемая полезная модель позволяет повысить степень очистки сточной воды от ионов тяжелых и цветных металлов до 99,99%.

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 анодная камера диафрагменного электролизера снабжена двумя катионообменными мембранами, пространство между которыми заполнено катионообменной смолой в -форме и соединено трубопроводом с секцией электрофлотационной очистки.