Устройство для очистки промышленных сточных вод
Изобретение относится к технике очистки промышленных сточных вод от различных примесей и может быть использовано для интенсификации гальванокоагуляционной обработки воды. Технический результат изобретения заключается в увеличении скорости и глубины очистки воды за счет интенсификации массообменных процессов путем создания нестационарной гидродинамической обстановки на границе раздела фаз в условиях гидродинамической кавитации. Устройство также позволяет реализовать комбинированный метод обезвреживания трудноокисляемых органических примесей сточных вод при дополнительном введении окислителя.
Изобретение относится к технике очистки промышленных сточных вод от различных примесей, в частности к устройствам по осуществлению физико-химической очистки, и может быть использовано для интенсификации гальванокоагуляционной обработки воды от тяжелых металлов, органических загрязнителей (фенолы, нефтепродукты, СПАВ, красители) и др.
Метод гальванокоагуляции отличается простотой аппаратурного оформления и практически исключает использование химических реагентов. Важным условием для эффективного проведения процесса являются предотвращение расслоения и пассивации активной загрузки за счет перемешивания элементов гальванопары и интенсивная аэрация очищаемых растворов.
Для реализации гальванокоагуляционного метода разработаны аппараты различных модификаций, которые применяются для очистки воды от ионов тяжелых металлов, эмульгированных нефтепродуктов, взвешенных веществ, органических загрязнителей и др.
Известны устройства [заявка Франции 
2533910, МПК C02F 1/46, 1984 г., Патент РФ 2095319, МПК C02F 1/463, 1997 г.и др.] для очистки хромсодержащих, кислотно-щелочных промывных и сточных вод, которые представляют собой горизонтальный проточный аппарат барабанного типа, работающий в непрерывном режиме гальванокоагуляции. Недостатками устройств являются большие габариты, необходимость изготовления устройств из дорогостоящих коррозионностойких материалов, постоянный расход катодной части загрузки, затраты электроэнергии на вращение барабана.
Известны устройства [Патент РФ 2029735, МПК С02F 1/46, 1995 г., Патент РФ 2167110, С02F 9/06, 2001 г.и др.] в которых осуществляется перемешивание только загрузки, а не вращение всего корпуса. Недостатками данных устройств являются громоздкость аппаратурного оформления, затраты электроэнергии на перемешивание активной загрузки.
Известно устройство [Патент РФ 2057080, МПК C02F 1/46, 1996 г.] для осуществления процесса гальванокоагуляции в непрерывном режиме, в основе которого лежит принцип работы короткозамкнутого гальванического элемента на базе гальванических пар железо-углерод. Устройство содержит цилиндрический металлический корпус с активной загрузкой из смеси железной стружки и углеродсодержащего материала и снабжено диспергатором воздуха из пористого материала, размещенного под загрузкой. Недостатками известного устройства являются неравномерная степень газонасыщения по объему гальванокоагулятора, а также пассивация поверхности элементов гальванопары и высокая вероятность цементации во время длительной работы, что затрудняет его обслуживание. В целом явление цементации загрузки характерно для аппаратов колонного типа, что лимитирует их широкое распространение.
Известен гальванокоагулятор [Патент РФ 2079440, МПК C02F1/463], работающий в пульсационном режиме и состоящий из цилиндрического корпуса, внутри которого располагается слой насадки из дисперсного материала, образующего гальванопару, в центральной части устройства установлена пульсационная камера в виде трубы, нижний конец которой размещен ниже слоя насадки, в которой размещены параллельно оси корпуса вставки в виде гофрированных полос. Для предотвращения пассивации поверхности элементов наполнителя, образующих гальванопару, в данном устройстве предусмотрено периодическое взрыхление наполнителя за счет создания в пульсационной камере избыточного давления воздуха, в результате чего наполнитель перемещается от нижней ограничительной решетки к верхней. Перемещаясь, частицы наполнителя сталкиваются с гофрированными участками вставок, что вызывает разрушение агломератов частиц наполнителя. При снятии избыточного давления частицы движутся в обратном направлении.
В результате таких колебаний и столкновений частиц наполнителя с гофрированными вставками происходит непрерывное обновление диффузионного пограничного слоя на поверхности частиц наполнителя.
Недостатками известного устройства являются: периодичность прохождения потока очищаемых сточных вод через наполнитель вследствие необходимости создания' избыточного давления воздуха в пульсационной камере, в результате чего запирается линия подачи очищаемой жидкости и искусственно увеличивается ее расход; недостаточная эффективность очистки вследствие постепенной пассивации поверхности частиц наполнителя между моментами встряхивания последнего и образования отдельных струй потока очищаемых сточных вод в слое наполнителя за счет создания избыточного давления воздуха в пульсационной камере и разрыхления наполнителя.
Данное устройство является наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков и принимается в качестве прототипа.
Техническая задача - повышение эффективности очистки воды путем дополнительного воздействия гидродинамической кавитации на реакционную смесь и увеличение скорости гальванохимического растворения железа в условиях гидродинамической кавитации, а также снижение энергозатрат и упрощение аппаратурного исполнения.
Технический результат изобретения заключается в увеличении скорости и глубины очистки воды за счет интенсификации массообменных процессов путем создания нестационарной гидродинамической обстановки на границе раздела фаз загрузка (твердая фаза) - обрабатываемый раствор (жидкая фаза).
Кроме того, устройство позволяет реализовать комбинированный метод окисления токсичных органических примесей сточных вод с использованием синергетического эффекта возникающего при реализации процесса гальванохимического окисления токсичных органических примесей в условиях гидродинамической кавитации при дополнительном введении окислителя (пероксида водорода) в реакционную зону.
Принципиальная схема работы устройства представлена на фигуре.
1- усреднитель; 2- подающий насос; 3- подающая линия; 4- гидродинамический кавитатор струйного типа; 5- кассета с взвешенным слоем гальванокоагуляционной загрузки; 6- реакционная зона аппарата; 7-циркуляционный контур; 8- подача окислителя.
Устройство работает следующим образом. Поток рабочей жидкости поступает в усреднитель (1) где при необходимости корректируют pHнач. Затем нагнетаемый насосом (2) потоку проходит снизу вверх через генератор гидродинамических колебаний (генератор кавитации, далее генератор) (4). В кавитационной камере генератора формируется область пониженного давления и развивается кавитация - зарождение, рост и схлопывание пузырьков газа или пара в жидкости,- сопровождающаяся термической деструкцией молекул загрязнителей и образованием ОН радикалов. На верхней крышке кавитатора над выходным соплом располагается кассета (5), выполненная в виде конуса, с помещенной в нее активной гальванокоагуляционной загрузкой (далее загрузка). Под действием кавитирующего потока загрузка, находящаяся в кассете (5), разрыхляется, псевдоожижается, т.е. переходит во взвешенное состояние, играя при этом роль препятствия, на котором происходит дополнительное схлопывание пузырьков, находящихся в потоке жидкости и не подвергшихся коллапсу во внутренней полости кавитатора. Число кавитации о при этом снижается и увеличивается количество активных центров. Кавитация приводит к интенсивному окислению железосодержащей составляющей загрузки, с образованием ионов Fe2+ и далее, в зависимости от pH, гидроксосоединений Fe(II) и Fe(III) различного состава; образующиеся активные коагулянты гидроксосоединений железа способствуют сорбционному удалению присутствующих загрязнителей. Кроме того, кавитация способствует непрерывному обновлению диффузионного пограничного слоя на поверхности элементов загрузки и увеличению эффективности массообменных процессов между твердой и жидкой фазами, что предотвращает пассивацию загрузки и обеспечивает высокую эффективность очистки.
При подаче окислителя, например Н2О2, происходит кавитационная активация смеси перекиси водорода и ионов железа, сопровождающаяся радикально-цепными реакциями окисления органических примесей, находящихся в воде. Синергетический эффект позволяет снизить затраты окислителя.
Таким образом, использование предложенного устройства имеет следующие преимущества: снижение энергозатрат за счет отсутствия подвижных механических элементов, простота и технологичность конструкции, осуществление процесса очистки в непрерывном режиме, возможность реализации комбинированных методов обезвреживания трудноокисляемых органических примесей.
Устройство для очистки сточных вод, содержащее гальванокоагуляционную загрузку, размещенную в кассете, выполненной в виде конуса, отличающееся тем, что оно снабжено генератором гидродинамических колебаний струйного типа.
