Электролизер для очистки сточных вод от тяжелых металлов

Техническое решение относится к устройствам для очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов, таких как Fе, Сr⁺⁶, Сu, Zn, Cd, Hg и др., и может найти применение в металлургической, машиностроительной, химической промышленности, а также в экологии при очистке промстоков. Задачей предлагаемого технического решения является упрощение его конструкции и эксплуатации за счет перехода на постоянный ток и предотвращения растворения стальных неподвижных электродов. Технический результат достигается тем, что в электролизере для очистки сточных вод от тяжелых металлов, содержащем корпус с конусным днищем, внутри которого неподвижно установлены стальные электроды и электрод, выполненный в виде перфорированного пластикового контейнера, заполненного металлическим ломом, при этом корпус выполнен в виде прямоугольника и соединен с заземлением, неподвижные стальные электроды изготовлены в виде плоских пластин, подключенных к отрицательному источнику постоянного тока, а электрод - контейнер, выполнен в виде набора чередующихся со стальными электродами прямоугольных контейнеров, симметрично установленных между стальными электродами, при этом внутри каждого контейнера симметрично установлена плоская шина, соединенная с положительным полюсом источника постоянного тока.

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов, таких как Fe, Сr⁺⁶, Сu, Zn, Cd, Hg и др., и может найти применение в металлургической, машиностроительной, химической промышленности, а также в экологии при очистке промстоков.

Известна конструкция электролизера для очистки сточных вод, содержащего пластинчатый анод с переточными отверстиями, катод, выполненный в виде блока спрессованной стружки, уплотнительные прокладки, два штуцера ввода сточных вод, расположенные у крайних электродов, крышку со штуцерами для подвода воздуха и отвода газов, промежуточную камеру со штуцером вывода очищенной воды и размещенную между двумя комплектами электродов (авт. св. СССР 1566674, C02F I/46, 1988 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относятся сложность конструкции и эксплуатации электролизера в связи с необходимостью подготовки катода в виде блока спрессованной стружки.

Известна конструкция электрокоагулятора для очистки сточных вод, содержащая цилиндрический корпус и два днища из диэлектрического материала, кольцевой анод, заполненный анодорастворимой стружкой, перфорированные диафрагмы, катод в виде неподвижных пластин, каждая из которых находится в перфорированном диэлектрическом кожухе. (Патент РФ 58115, C02F I/46, 2006 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится сложность конструкции и эксплуатации известного технического решения, связанная с трудностями при равномерном заполнении горизонтального кольцевого зазора анода анодорастворимой стружкой, а также необходимостью установки диафрагмы и ее регенерации.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту и принятому за прототип является конструкция электролизера для очистки сточных вод, описанная в патенте РФ "Способ и устройство для электровыделения тяжелых металлов из технологических растворов и сточных вод". Устройство содержит цилиндрический корпус, выполненный из токонепроводящего материала с коническим днищем, на периферии которого с внутренней стороны неподвижно установлены стальные электроды, подключенные к трехфазному электрическому току и в межэлектродном пространстве которых установлен алюминиевый биполярный электрод, выполненный в виде съемного перфорированного пластикового контейнера, заполненного алюминиевым или дуралюминиевым ломом. (Патент РФ 2221754, COF/463; COFF 101:20; C02F 101:22; C02F 103:16, 2004 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции и эксплуатации, связанная с необходимостью специальной установки стальных неподвижных электродов, подключенных к трехфазному электрическому току. Кроме того, при использовании трехфазного переменного тока энергозатраты выше при использовании постоянного тока, и помимо алюминиевого или дуралюминиевого лома растворяются стальные неподвижные электроды, что требует их периодической замены.

Техническим результатом предлагаемой конструкции электролизера для очистки сточных вод является упрощение его конструкции и эксплуатации за счет перехода на постоянный ток и предотвращения растворения стальных неподвижных электродов.

Поставленный технический результат достигается тем, что в электролизере для очистки сточных вод от тяжелых металлов, содержащем корпус с конусным днищем, внутри которого неподвижно установлены стальные электроды и электрод, выполненный в виде перфорированного пластикового контейнера, заполненного металлическим ломом, при этом корпус выполнен в виде прямоугольника и соединен с заземлением, неподвижные стальные электроды изготовлены в виде плоских пластин, подключенных к отрицательному источнику постоянного тока, а электрод - контейнер, выполнен в виде набора чередующихся со стальными электродами прямоугольных контейнеров, симметрично установленных между стальными электродами, при этом внутри каждого контейнера симметрично установлена плоская шина, соединенная с положительным полюсом источника постоянного тока.

Выполнение корпуса в виде прямоугольника позволяет установить в нем стальные электроды в виде плоских пластин, а перфорированные пластиковые контейнеры прямоугольной формы обеспечивают максимальные площади поверхностей смежных электродов, а значит, одинаковые плотности тока, и равномерное растворение металлического лома во всех контейнерах по их обеим боковым сторонам, что позволяет упростить конструкцию и эксплуатацию.

Присоединение корпуса к заземлению упрощает изготовление его, так как не требует специальных диэлектрических материалов и позволяет использовать обычную конструкционную сталь, что позволяет упростить конструкцию и эксплуатацию.

Присоединение плоских пластин к отрицательному полюсу источника постоянного тока позволяет создать большую поверхность катода с двух сторон плоских пластин, что способствует восстановлению растворенных ионов металлов, что позволяет упростить конструкцию и эксплуатацию.

Выполнение контейнера в виде набора контейнеров, имеющих прямоугольную форму и симметрично установленных между стальными электродами, позволяет увеличить площадь поверхности металлического лома и создать одинаковый зазор между электродами по всей длине и высоте электродов, что позволяет упростить конструкцию и эксплуатацию.

Присоединение металлического лома в контейнерах к плоской шине, установленной осесимметрично с контейнером и соединенной с положительным полюсом источника постоянного тока позволяет подавать одинаковый положительный потенциал на металлический лом, что приводит к его равномерному растворению по всей высоте и ширине каждого контейнера, что позволяет упростить конструкцию и эксплуатацию.

Все описанные отличительные признаки предлагаемого электролизера для очистки сточных вод от тяжелых металлов позволяют упростить как его конструкцию, так и эксплуатацию, обеспечить изготовление из обычного проката конструкционной стали как корпуса и конического днища, так и стальных электродов катода и плоских шин анода, а также развить большие поверхности стальных электродов-катодов и боковые поверхности металлического лома, являющегося анодом, и равномерно восстанавливать на боковых поверхностях стальных плоских пластин, являющихся катодами, ионы растворенных в сточной воде металлов, и растворять металлический лом в прямоугольных контейнерах, являющихся анодом.

На фигуре представлен в разрезе общий вид предлагаемой конструкции электролизера для очистки сточных вод от тяжелых металлов.

Он состоит из прямоугольного корпуса 1, выполненного из конструкционного материала, например стального проката, конусного днища 2 с патрубком 3 подвода сточной воды, съемной крышки 4 с патрубком 5 для отвода очищенной воды и патрубка 6 для отвода газов электролиза и воздуха.

Корпус 1 установлен на опорах 7 и присоединен к заземлению 8. В корпусе 1 сверху и снизу установлены рамы 9 и 10 с прорезями для жесткого закрепления неподвижных плоских пластин 11 стальных электродов, присоединенных шиной 12 к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Электрод-контейнер выполнен в виде набора чередующихся со стальными электродами 11 прямоугольных контейнеров 13, симметрично установленных между стальными электродами. В каждом контейнере 13 с металлическим ломом осесимметрично установлена плоская шина 14, патрубком 5 для отвода очищенной воды и патрубка 6 для отвода газов электролиза и воздуха.

Корпус 1 установлен на опорах 7 и присоединен к заземлению 8. В корпусе 1 сверху и снизу установлены рамы 9 и 10 с прорезями для жесткого закрепления неподвижных плоских пластин 11 стальных электродов, присоединенных шиной 12 к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Электрод-контейнер выполнен в виде набора чередующихся с плоскими пластинами 11 стальных электродов прямоугольных контейнеров 13, симметрично установленных между стальными электродами. В каждом контейнере 13 с металлическим ломом осесимметрично установлена плоская шина 14, прикрепленная к общей шине 15, соединенной с положительным полюсом источника постоянного тока. Шины 12 и 15 выведены к соответствующим полюсам через диэлектрические пробки 16 на корпусе 1, чтобы предотвратить короткое замыкание их на корпусе.

Электролизер для очистки воды работает следующим образом.

Открывают патрубок 3 и подают в корпус 1 сточную воду, которая заполняет днище 2, корпус и часть крышки 4 до уровня с патрубком 5. Открывают патрубок 6 и подают на шины 12 и 15 разность потенциалов от источника постоянного тока.

Так как положительный полюс источника постоянного тока соединен шиной 15 с плоскими шинами 14, установленными осесимметрично в прямоугольных перфорированных пластиковых контейнерах 13 с ломом, то от них равномерно по всему объему металлического лома передается положительный заряд, под действием которого лом растворяется.

Около поверхности пластин 11 стальных электродов, присоединенных шиной 12 к отрицательному источнику постоянного тока идет восстановление ионов тяжелых металлов, находящихся в сточной воде.

Кроме того, уменьшаются затраты электроэнергии, идущие на растворение металлического лома в контейнерах 13, так как при использовании переменного тока значительная часть его энергии идет на нагревание сточной воды.

Плоские пластины 11 и соответственно плоские шины 14 с контейнерами 13 позволяют обрабатывать весь объем сточной воды, проходящей через корпус 1 электрическими зарядами, так как зазоры между плоскими пластинами 11 и металлическим ломом в плоских контейнерах одинаковые по всей ширине корпуса 1, имеющего прямоугольную форму, что приводит к упрощению изготовления и эксплуатации узлов и деталей электролизера и выравниванию степеней очистки воды по ее объему в межэлектродных зазорах корпуса 1.

Электролизер для очистки сточных вод от тяжелых металлов, содержащий корпус с конусным днищем, внутри которого неподвижно установлены стальные электроды и электрод, выполненный в виде перфорированного пластикового контейнера, заполненного металлическим ломом, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде прямоугольника и соединен с заземлением, стальные электроды выполнены в виде плоских пластин, подключенных к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а электрод - контейнер выполнен в виде набора чередующихся со стальными электродами прямоугольных контейнеров, симметрично установленных между стальными электродами, при этом внутри каждого контейнера симметрично установлена плоская шина, соединенная с положительным полюсом источника постоянного тока.