Устройство для электрохимической обработки осадка сточных вод

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМ ЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВО содержащее корпус, разделенный диа 4°о°о° -о 000 ж f° о да рООо о О о jdo . poopi фрагмой на анодную и катодную камеры с размещенными в них растворимым и нерастворимым анодом и катодом, патрубок ввода, размещенный в анодной камере, и патрубок вывода, размещенньш в катодной камере, отличаю щ е е с я тем, что, с целью сокращения энергозатрат на процесс очистки , растворимый анод выполнен из алюминия и размещен между патрубком ввода и нерастворимым анодом, соотношение объемов анодной и катодной камер составляет 1:1-3, камеры заполнены сферическими частицами из магнитного токонепроводящего материала и корпус снабжен приспособлением, создающим переменное магнитное поле. ra

Соаэ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

gyp С 02 Е 1/46

Г

Ж Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHGMV -СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3386310!23-26 (22) 02.02.32 (46) 23.07.84, Бюл. Р 27 (72) В В. Ковалев (71) Всесоюзный проектно-технологический институт по электробытовым машинам и приборам (53) 628.543(088.8) (56) 1. Патент США М 2852456, кл. 204-151, 1958.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 565889, кп. С 02 F 1 46, 1977 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД, содержащее корпус, разделенный диа..SU„„1104110 А фрагмой на анодную и катодную камеры с размещенными в них растворимым и нерастворимым анодом и катодом, патрубок ввода, размещенный в анодной камере, и патрубок вывода, размещенный в катодной камере, о т л и ч а ю " щ е е с я тем, что, с целью сокращения энергозатрат на процесс очистки, растворимый анод выполнен из алюминия и размещен между патрубком ввода и нерастворимым анодом, соот" ношение объемов анодной и катодной камер составляет 1:1-3, камеры заполнены сферическими частицами из магнитного токонепроводящего материала и корпус снабжен приспособлением, создающим переменное магнитное поле.

1 104 1 1<3

Изобретение относится к очистке промышленных сточных вад, преимущественно гальванических производств, путем их электрокоагуляционной обработки, кондиционирования образующегося при этом осадка для последующего его обезвоживания и утилизации.

Известно устройство для очистки сточных вод, содержащее емко< ть с помещенными в ней катодом и нераства- 18 римым анодом, разделенных диафрагмой, с патрубками для ввода воды в анодное пространство, перетока из анодного пространства в катоднае и вывода воды из катодного пространства.15

При помощи такого устройства можно производить электрохимическую обрабат— ку осадка сточных вад путем ега кондиционирования =-:a счет arðåãèðîâàния частиц осадка пад влиянием изме в )0 нения рН дисперсной среды (1 1.

Однако такое устройство обладает недостатком из-за невысокой эффективности обработки дисперсных систем, обладающих повышенной вязкостью. Течение дисперсной среды в нем имеет ламинарный характер, поэтому ее падкисление в анодной камере и падщелачивание в катоднай происходит в узксй приэлектродной области. (Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для очистки стачньгс вод, содержащее корпус, разделенный диафрагмой на анодную и катодную камеры с размещенными в них растворимым и нерастворимым анодом и катодом, патрубак ввода, размещенный в аноднай камере, и патрубок вывода, размещенных в катодной камере.

Растворимый анод изготавливается из железа для перевода ионов шестивалентнога хрома в трехвапентное сос— таяние за счет образующихся при электрохимическам растворении анода ионоь двухвалентнага железа. Подкисленная вода поступает B катоднае простран-ство, где в результате падщелачива-ния при электролизе выпадает осадок гидраокисей металлов <. 2 3.

Недостатком известного устройства являются повышенные затраты энергии при электрохимической обработк:е осад— ка сточных вод. Эта связано с блокированием поверхности электродов в результате концентрирования частиц

cóñïåHçèè осадка в приэлектраднам пространстве за счет электраф<.рет;,<ч»ского движения в электрическом поле частиц гидраокисей металлов, обладающих электрическим <арядом. Одновременна па этс>й причин» происходит концентрирование частиц на поверхности циафрагмь< со стороны анацнога пространства. Эти факторы, наряду с пас—

< ивацией и зашламлением поверхности электродов в условиях ламинарнаго

:-:.ротока дисперсной среды, приводят к возрастанию электрическ <то сопротивленияя в электрической цепи и самопроизвольному снижению плотности тока.

Для поддержания заданного значения плотности тока необходимо постоянно увеличивать напряжение на электродах, что приводит к повышению расхода эл»ктроэнергии на единицу абьема обрабатываемой дисперснай среды.

Цель изобретения — сокращение энергозатрат на працссс очи< тки сточных вод.

Поставленная цель достигается

<»è, чта в устройстве, сад»ржащем корпус, разделенный диафрагмой на анадную и катодную камеры с размещенными в них растворимым и нерастворимым анодам и катодом, патрубок ввода размещенный в анодной камере, и натрубок вь<вада, размещенный в катадной камере, причем растворимый анод выполнен из алюминия и размещен между патрубкам ввода. и нерастворимым анодам, соотношение объемов анадной и катоднай камер составляет 1:1-3, камеры заполнены сферическими частицами из магнитного таканепроводящега материала и корпус снабжен приспособлением, создающим переменное магнитное поле.

Соотношение объемов анадной и катодной камер, равное 1:1-3, является оптимальным. Снижение этого соотношения менее, чем 1:1,приводит к повышению расхода электроэнергии, необходимой для изменения пред»лов рН в камерах, которое, в свою очередь, влия»т на увсличение гидравлической крупности и скорости уплотнения осадка. Превышение такого ".оатношения более, чем 1:3, является -нецелесообразньм, так как связано с перерасхопам ":ë»êòðoý«åpãHè на достижение значений рН в катадной камере, при котором гидраакиси ряда металлов, например цинка,, о ава и других„ ввиду амфотернасти могут повторно растворяться в сильнощелачной < репе.

3 11041

На чертеже показано предлагаемое устройство. !

Устройство состоит из корпуса 1, растворимого алюминиевого анода 2, нерастворимого анода 3 и катода 4, отделенного от анода диафрагмой 5.

Патрубок 6 служит для ввода осадка, патрубок,7 — для перетока его из анодного пространства в катодное, а патрубок 8 — для вывода обработан- 10 ного осадка из катодного пространства.

Катодные и анодные пространства заполняются магнитной сферической загрузкой 9. Корпус помещается в t5 устройство 10 для создания переменного магнитного поля.

Растворимый анод 2 изготавливают из низколегированного алюминиевого сплава типа АМг, АМц, Д95, Д16 и др. щ

В качестве нерастворимого анода 3 и катода 4 может быть использована нержавеющая сталь, графит и др. Диафрагму 5 изготавливают из "бельтингткани", брезента, мешковины, ткани 2g типа "хлорин" анионитовой мембраны

МЛ-40 и .др. Элементы магнитной загрузки могут быть выполнены в виде сфер диаметром 4-8 мм из керамики, спеченной совместно с ферритом бария, которые покрываются слоем пластмассы, например фторопластом, или без покрытия и затем намагничиваются до состояния магнитного насьпцения в поле п.остоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемая дисперсная система гидроокисей металлов, образующаяся в результате электрокоагуляцион- 40 ной очистки сточных вод, после отделения осадка отстаиванием подается через патрубок 6 в анодное пространство корпуса 1, катодное пространство которой предварительно заполнено водой для замыкания электрической цепи. Расположение растворимого алюминиевого электрода перед нераство римым по движению потока обрабаты ваемого осадка в анодной камере свя- 0 зано с предотвращением торможения процесса электрохимического растворения алюминия при подкислении осадка.

В прианодном пространстве происходят электрохимические реакции растворе- 55 ния алюминиевого электрода и подкисления дисперсной среды вследствие электролиза воды.

10 4

При подаче переменного тока на устройство 10, представляющее собой соленоид, сферическая магнитная загрузка 9 совершает хаотические колебательные движения и выбросы в верхнем ее слое. Величина такого движения и выбросов определяется величиной подаваемого на соленоид напряжения. Благодаря этому происходит ин- тенсивное перемешивание обрабатываемой дисперсии среды осадка и активация поверхности электродов путем механического удаления пассивной и шламовой пленки. Движение потока дисперсной среды приобретает турбулентный характер, что предотвращает концентрирование частиц на поверхности диафрагмы. Благодаря перемешиванию создаются условия для равномерного распределения кислотности в объеме, что способствует более равномерному растворению мелкодисперсной фракции гидроокисей металлов в анолите.

Работа соленоида может производиться как в периодическом, так и в постоянном режиме его включения. Оптимальной формой магнитной загрузки является сфера, позволяющая обеспе— чить протекание дисперсий в межшаровом пространстве. Количество этой загрузки находится в пределах 0,30,5 по отношению к высоте электродов в устройстве для возможности ее движения и выбросов в пределах объема корпуса, свободного от такой загрузки. Уменьшение соотношения общего объема к объему загрузки ниже, чем

1:0,3,связано с необходимостью повышения напряжения-на соленоид для обеспечения механической активации электродов по их высоте, что приводит к увеличению энергозатрат.Превышение количества загрузки вьппе, чем

1:0 5,является нерациональным из-за повышения степени блокирования рабочей части электродов, снижающего суммарную электрическую проводимость в объеме, что также отрицательно отражается на общих энергозатратах при проведении процесса обработки осадка.

Подкисленная дисперсная среда с частично растворившимися гицроокисями металлов и ионами алюминия по пятрубку 7 поступает в катодное пространство, где благодаря электрохимическим процессам образуется Il(Pлочная среда. Суммарный объем катодных камер должен быть равным или превьппать

110110 Гидрав- Средний личес- удельньь, Изменение рН10бъем осадка после уплотнения,мп

В ано-, - В ка

1 лите ;толи-:-;Vñõoö Через Через

:;те, =,,ный 24 ч:; 96 ч

3 1

1 !

Условия кая расход круп- электроэнергии, кВт /ч м3 ность осадка,мм/с

L ч7,5

<80 3,,70 0,55

9,3,000

470

300 0,5

8,0 !000

35,5

3 i0 255 0,72

8. 3,000 толита

3 объем анодного пространства для возможности увеличения времени нахождения обрабатываемого осадка в катодном пространстве по отношению к анодному и увеличения значения рН обрабатываемой среды по отношению к его исходному значению.

В катодном пространстве предлагаемого устройства происходит агрегирование частиц осадка под влиянием 1Q следующих факторов: повышение рН дисперсной среды приводит к гидратации ионов металлов с последуюшей конгломерацией образующихся частиц на нерастворившихся ранее более крупных гидроокисных образованиях, которые являются центрами аггрегирования; присутствие ионов алюминия способствует ускорению коагуляционных процессов в дисперсной среде при более низких значениях рН и благоприятствует дополнительному укрупнению агрегатов гидроокисей металлов; воздействие электрического поля способствует уплотнению осадка. бла-годаря наличию заряда у частиц, под влиянием магнитного поля улуч-. шаются коагуляционные свойства осадка благодаря наличию определенной магнит=, ной восприимчивости у молекул воды, приводящей к дегидрации преимущественно мелких коагуляционных структур и интенсификации их агрегирования.

В результате механического воздей7 ствия при колебательном движении сферической магнитной загрузки в переменном электрическом поле происходит удаление уплотняющегося слоя гидроокисей в зоне диафрагмы, а также активируется поверхность катода,. что улучшает условия электролиза и приводит к эащелачиванию катодного проПо известному устройству 4, 7

В предлагае- Соотноше- 1:0,9 5,3 мом устрой- ние аностве лита:ка- 1:i 5,1

""-транства при более низких удельных затратах электроэ нергии.

Перечисленные факторы в совокупности способствуют устранению ограничений, связанных с возрастанием сопротивления в электрической цели, что приводит к общему снижению расхода энергии при электр охимич ес кой обработке осадка сточных вод.

В таблице приведены данные по эф@активности энергозатрат при проведении электрокоагуляционной очистки сточных вод и предварительно его шестичасового отстаивания . Исходное значение рН суспензии после введения в нее 1 г/л хлорида натрия составляла

6-„8, а значен:1е гидравлической крупно.-ти acapxa — 0>3 мм/с. Скорость протока суспензия регулировалась исходя из условия, чтобы на выходе из анодного пространства рН обрабатываемой дисперсной срепы составляла

4,5, а на выходе из катодного пространства — 9,5, что обусловлено временем выдержки осадка в анодной и катодной камерах и соотношением их объемов.

Эффективность обработки осадка оценивались по скорости уплотнения, а также по изменению его гидравлической крупности. Расход электроэнергии рассчитывался исходя из объема обрабатываемого осадка по изменению вольт-амперных характеристик в про.— цессе обработки осадка при поддержании заданной плотности тока, составляющей 2,5 А/дм"- .

Как видно из приведенных данных, использование предлагаемого устройства позволяет в 1,3 раза снизить расход электроэнергии и одновременно улучшить свойства осадка.

1104110,Продолжение таблицы

Гидравt

Изменение р

Условия

Объем осадка после уплотнения, мл личесВ анолите

В ка кая т Через

24 ч

Через

96 ч

Исходный толикрупность те осадка,мм/с

35,5

35,5

36,0

Составитель Т. Барабаш

Техред Л.Коцюбняк Корректор И. Муска

Редактор Г. Волкова

1 2 4 5 9 5 1000 290 210 О 92

1:3 4,2 9,8 1000 230 195 0 95

1:3,5 4, 15 9,86 1000 225 195 0,93

Заказ 5153/15 Тираж 867 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Средний удельный расход электроэнергии, кВт/ч м