Устройство для электрофлотомембранной очистки сточных вод от органических загрязнителей

Полезная модель относится к устройствам для электрофлотомембранной очистки сточных вод от органических загрязнителей (фоторезиста, красителей и др.) и может быть использована на предприятиях машиностроения и приборостроения, радиоэлектроники и электротехнической промышленности, имеющих гальванические производства и производства печатных плат. Устройство включает корпус, с размещенным в нем электролизером в виде центральной и двух боковых камер и камерой электрофлотации. Новым, согласно предложенной полезной модели, является то, что устройство снабжено дополнительной камерой, образованной мембраной и расположенной внутри центральной камеры электролизера перед камерой электрофлотации, образующей единое пространство с двумя боковыми камерами, с размещенными внутри анодами и снаружи катодами, при этом подача сточных вод в электролизер осуществляется через боковые камеры. Предлагаемая конструкция устройства обеспечивает повышение производительности процессов мембранного электролиза и устройства в целом.

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для электрофлотомембранной очистки сточных вод от органических загрязнителей (фоторезиста, красителей и др.) и может быть использована на предприятиях машиностроения и приборостроения, радиоэлектроники и электротехнической промышленности, имеющих гальванические производства и производства печатных плат.

Известно устройство для электрофлотомембранной очистки сточных вод, представляющее собой корпус, разделенный на секции предварительной водообработки (выполнена в виде двухкамерного диафрагменного электролизера с анионообменной мембраной) и электрофлотационной очистки, с размещенным в нем комплектом нерастворимых электродов, патрубки для подачи сточной и вывода очищенной воды и приспособление для отвода шлама [А.с. СССР 1675215 А1, МПК C02F1/46, C02F 1/465, C02F 1/465, заявл. 13.10.1989; опубл. 07.09.1991, бюл. 33].

Недостатком данного устройства является низкая производительность, вследствие малой площади электродов и мембраны.

Известно, выбранное в качестве прототипа, устройство, содержащее корпус с размещенным в нем электролизером, центральная камера которого расположена между двумя боковыми камерами, отделенная от них катионообменными мембранами, и камерой электрофлотации, отделенной от электролизера переливной перегородкой. В центральной камере расположены два анода, а в катодной - по одному катоду. Подача очищаемой сточной воды осуществляется в центральную камеру. Камера электрофлотации снабжена перегородкой, разделяющей камеру на две секции, каждая из которых снабжена комплектом нерастворимых электродов, шламосборником и патрубком вывода очищенной воды [Патент РФ 2067555 С1 МПК⁶ C02F 1/46, 1/465. Способ очистки сточных вод производства печатных плат, содержащих водощелочной фоторезист типа СПФ-ВЩ, и устройство для его осуществления / Колесников В.А., Вараксин С.О., Камынина Л.Л. заявл. 28.04.1993; опубл. 10.10.1996].

Недостатком данного устройства является недостаточная производительность, вследствие малой площади электродов и мембран.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство для электрофлотомембранной очистки сточных вод от органических загрязнителей, является повышение производительности процессов мембранного электролиза и устройства в целом.

Поставленная техническая задача решается тем, что устройство включает корпус, с размещенным в нем электролизером в виде центральной и двух боковых камер и камерой электрофлотации. Новым, согласно предложенной полезной модели, является то, что устройство снабжено дополнительной камерой, образованной мембраной и расположенной внутри центральной камеры электролизера перед камерой электрофлотации, образующей единое пространство с двумя боковыми камерами, с размещенными внутри анодами и снаружи катодами, при этом подача сточных вод в электролизер осуществляется через боковые камеры.

Повышение производительности процессов мембранного электролиза и устройства в целом достигается за счет дополнительного размещения электродов и мембран, что увеличивает общую рабочую площадь их поверхности. При этом производительность процесса или установки (Q, м³/ч) будет определяться величиной изменения pH (кислотность) обрабатываемой воды. Основной расчетной величиной для требуемого изменения pH в рабочей анодной камере является расход тока (, Кл/л), которая может быть определена по формуле [Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.М. Технология электрохимической очистки воды. - Л.: Стройиздат, 1987. С.289-291.]

где К_К, и К_Н - требуемая соответственно конечная и начальная кислотность воды; - удельное изменение кислотности на 100 Кл/л, мг-экв/л.

Производительность процесса составит

где S_э - площадь поверхности электродов, i_э - плотность тока на электродах.

Таким образом, с увеличением площади поверхности электродов производительность процесса будет расти.

На производительность процесса оказывает также влияние скорости переноса ионов через мембрану, определяемая величиной изменения концентрации ионов (С_исх/С_кон), которую можно рассчитать по формуле [Богатырев А.Е., Варцов В.В., Шульпин Г.П. Мембранные электродиализные технологии очистки гальваностоков. Выпуск 3 (1697). - М.: ЦНИИ «Электроника», 1993. - С.57.]:

где D - коэффициент диффузии ионов; - толщина предельного диффузионного слоя; S_мб - площадь мембран; i_мб - плотность тока на мембране; W_n - линейная скорость потока обрабатываемой воды вдоль мембран.

Таким образом, с ростом площади мембран производительность процесса (скорость массопереноса) также будет расти.

Предлагаемое устройство иллюстрируется рисунком, на котором на фиг.1 представлен вид сверху.

Устройство для электрофлотомембранной очистки сточных вод от органических загрязнителей состоит из корпуса, разделенного перегородкой 1 на электролизер 2 и камеру электрофлотационной очистки 3. Электролизер состоит из центральной (катодной) 4, двух боковых камер 5 и камеры 6, расположенной внутри центральной камеры электролизера перед камерой электрофлотации, образующей единое анодное пространство с двумя боковыми камерами. В катодном пространстве центральной камеры установлены катоды 7, в анодном - аноды 8, а между ними расположены катионообменные мембраны 9.

Подача сточных вод в устройство осуществляется через патрубки 10, расположенные в боковых камерах электролизера. В центральной камере имеются патрубки для ввода 11 и вывода 12 щелочного электролита (католита).

Камера электрофлотации разделена перегородкой 13 на две независимые секции, в каждой из которых размещены электроды 14 (аноды и катоды) и патрубки 15 для вывода очищенной воды. С противоположного от электролизера торца камеры электрофлотации находится пеносборник 16. На раме корпуса устройства расположено пеносборное устройство 17, которое приводится в движение мотором-редуктором 18. Отвод пены из устройства осуществляется через патрубок 19.

Устройство для электрофлотомембранной очистки сточных вод от органических загрязнителей работает следующим образом. Щелочная сточная вода, содержащая, например, компоненты светочувствительного слоя водощелочного фоторезиста СПФ-ВЩ, поступает в устройство через патрубки 10, расположенные в боковых камерах 5 электролизера 2, и далее поступает в камеру 6, расположенную внутри центральной камеры 4 электролизера перед камерой электрофлотации. В анодном пространстве под действием постоянной токовой нагрузки при разряде на поверхности анодов 8 гидроксил-ионов ОН^- или молекул воды H₂O происходит выделения кислорода и подкисление воды за счет образования ионов водорода Н⁺; вследствие чего pH сточных вод снижается (подкисляется) до pH 2-4, при которой протекают процессы образования дисперсной фазы фоторезиста и их флотации пузырьками кислорода.

Одновременно в центральной камере электролизера при разряде на поверхности катодов 7 молекул воды происходит выделение газообразного водорода и подщелачивание воды за счет образования гидроксил-ионов ОН ^-.

Разделение продуктов анодной и катодной реакции катионообменными мембранами 9 подавляет транспорт ионов ОН^- и H⁺ в объеме обрабатываемой воды и их химическое взаимодействие с образованием молекул воды.

В камере электрофлотации осуществляется флотационная доочистка сточных вод электрохимически генерированными на электродах (анодах и катодах) 14 газами (водородом и кислородом), Очищенная вода удаляется из установки через патрубки 15, обеспечивающие постоянный уровень заполнения ее сточной водой.

Всплывшая в процессе электрофлотации на поверхность воды дисперсная фаза фоторезиста формируется в пену, которая удаляется пеносборным устройством 17 в пеносборник 16 и далее через патрубок 19 выводится из устройства.

Технический результат при решении поставленной задачи достигается за счет увеличения поверхности электродов и мембран электролизера, что позволяет повысить производительность процессов мембранного электролиза и устройства в целом.

Устройство для электрофлотомембранной очистки сточных вод от органических загрязнителей, содержащее корпус с размещенными в нем электролизером и камерой электрофлотации, отличающееся тем, что катодная камера электролизера расположена между боковыми анодными камерами, а перед переливной перегородкой, размещенной между катодной камерой электролизера и камерой электрофлотации, дополнительно размещена анодная камера, имеющая единое анодное пространство с боковыми анодными камерами.

РИСУНКИ