Установка для электрохимической обработки и очистки воды и/или водных растворов

 

Использование: все области техники, где требуется очистка или обработка воды с направленным изменением ее свойства. Сущность изобретения: установка для электрохимической обработки воды и/или водных растворов, содержащая последовательно установленные электролизер с электродами из нерастворимого материала, выполненные в виде коаксиальных цилиндрического катода и стержневого анода, установленных в диэлектрических втулках, и ультрафильтрационной диафрагмы из керамики на основе оксидов циркония, алюминия и иттрия, также установленной в диэлектрических втулках и разделяющих межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры с входом в нижней и выходом в верхней частях, и флотатор с приспособлениями для подвода и отвода обрабатываемой воды, а также приспособлением для отделения флотошлама, причем патрубок ввода обрабатываемой воды соединен с входом катодной камеры, патрубок вывода катодной камеры, соединенный с приспособлением для ввода обрабатываемой воды флотатора, соединен со входом анодной камеры, а патрубок отвода воды из флотатора соединен с входом анодной камеры. Устройство дополнительно содержит емкость с углеродным или диоксидномарганцевым, или углероддиоксидномарганцевым катализатором с входом в верхней и выходом в нижней частях. Флотатор может быть выполнен в виде герметичной цилиндрической конусообразной емкости и установлен расширением вверх, приспособление для подвода обрабатываемой воды выполнено в виде тангенциального ввода и размещено в верхней части флотатора, приспособление для отвода обрабатываемой воды из флотатора размещено в его нижней части, а в верхней части флотатора установлено приспособление для отвода флотошлама. Приспособление для отвода обрабатываемой воды из флотатора выполнено в виде вертикальной трубы, установленной по его оси с входом в нижней части флотатора, у его днища. Перед флотатором может быть установлено приспособление для насыщения обрабатываемой воды воздухом, выполненное в виде водоструйного насоса или эжектора. На линии, соединяющей выход флотатора и вход анодной камеры, установлен патрубок для отвода части обработанной в катодной камере воды. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к установкам для электрохимической обработки воды и/или водных растворов и может быть использовано в различных областях деятельности человека для очистки и регулирования свойств воды и водных растворов.

Известны электролизеры различных конструкций как бездиафрагменные, так и с разделенными электродными пространствами для обработки и очистки воды при однократном и многократном прохождении воды через электролизер. Однако при такой обработке степень очистки воды является недостаточной, что заставляет применять в сочетании с электролизерами различные дополнительные устройства, в частности флотаторы, баки-отстойники и т.п. что значительно увеличивает габариты и стоимость установок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является установка для очистки воды, содержащая диафрагменный электролизер с нерастворимыми электродами, и негерметичный флотатор, т.е. с открытой верхней частью, сообщающейся с атмосферой, причем подвод обрабатываемой воды осуществляется в катодную камеру электролизера, после чего вода поступает во флотатор и из флотатора выводится очищенная вода. В качестве диафрагмы использована анионообменная мембрана и во флотаторе размещены нерастворимые электроды для насыщения обрабтанной в катодной камере воды пузырьками электролизных газов. Мембрана принята за прототип.

Известная установка позволяет очистить воду от металлов за счет преимущественного образования частиц гидроксидов на поверхности пузырьков электролитического водорода без существенного повышения pH обрабатываемой воды.

Недостатком известного решения является относительная сложность и громоздкость установки, сравнительно большой расход электроэнергии на стадиях электрообработки и электрофлотации, невозможность замены каких-либо узлов без полной остановки и опорожнения установи. Кроме того, как следует из описания известного решения, кислый раствор, циркулирующий в анодной камере, используется для регулирования pH обработанной воды, что требует использования дополнительных узлов и оборудования.

Целью изобретения является упрощение установки, снижение ее металлоемкости, обеспечение возможности замены отдельных узлов без полного опорожнения установки, а также снижение расхода энергии на процесс обработки и очистки воды.

Поставленная цель достигается тем, что в установке, содержащей последовательно установленные электролизер с электродами из нерастворимого материала, разделенный диафрагмой на анодную и катодную камеры с входом в нижней и выходом в верхней частях, и флотатор с приспособлениями для подвода и отвода обрабатываемой воды, а также приспособлением для отделения флотошлама, патрубок ввода обрабатываемой воды, соединенный с входом катодной камеры, патрубок вывода катодной камеры, соединенный с приспособлением для ввода обрабатываемой воды флотатора, и патрубок отвода обработанной и очищенной воды, электролизер и флотатор выполнены в виде отдельных аппаратов, электроды электролизера выполнены в виде коаксиальных цилиндрического и стержневого и установлены в диэлектрических втулках, причем цилиндрический электрод является катодом, а стержневой анодом, диафрагма выполнена ультрафильтрационной из керамики на основе оксидов циркония, алюминия и иттрия, и также установлена в диэлектрических втулках, приспособление для отвода обрабатываемой воды из флотатора соединено линией перетока с входом в анодную камеру электролизера, и устройство дополнительно содержит емкость с катализатором с входом в верхней и выходом в нижней частях, причем вход емкости соединен с выходом анодной камеры, а патрубок отвода обработанной и очищенной воды соединен с выходом емкости с катализатором. Флотатор в установке может быть выполнен в виде герметичной цилиндрической емкости с конусообразным днищем и установлен расширением вверх, приспособление для подвода обрабатываемой воды выполнено в виде тангенциального ввода и размещено в верхней части флотатора, приспособление для отвода обрабатываемой воды из флотатора размещено в его нижней части, а в верхней части флотатора установлено приспособление для отвода флотошлама, причем это приспособление для отвода обрабатываемой воды из флотатора выполнено в виде вертикальной трубы, установленной по его оси с входом в нижней части флотатора, у его днища.

В качестве катализатора устройство содержит углеродный или диоксидномарганцевый, или углерод-диоксидномарганцевый катализатор.

Устройство может содержать приспособление для насыщения обрабатываемой воды воздухом, установленное между выходом воды из катодной камеры и входом во флотатор, которое может быть выполнено в виде эжектора или водоструйного насоса.

Устройство может содержать парубок с вентилем для отвода части обрабатываемой воды, установленный на линии, соединяющей выход флотатора и вход анодной камеры.

Использование электролизера с коаксиальными цилиндрическим и стержневым электродами и керамической диафрагмой позволяет проводить обработку в неоднородном электрическом поле и обеспечить такую гидродинамику процесса, при которой все микрообъемы воды неоднократно соприкасаются с поверхностью электродов и этим обеспечивается равномерность обработки, что приводит к снижению энергозатрат. Кроме того, на снижение энергозатрат также влияет применение вместо анионообменной мембраны керамической диафрагмы. Существенным также является то, что в электролизере поверхность катода больше поверхности анода, что позволяет добиться значительного увеличения pH обрабатываемой воды. Кроме того, обработка воды после флотатора в анодной камере позволяет регулировать pH, не применяя дополнительных узлов и оборудования. Также исключаются все узлы, связанные с приготовлением и прокачкой специального электролита.

В зависимости от требуемой производительности установка может быть выполнена в виде набора модулей, содержащих электролизер и флотатор, или содержащая несколько электролизеров, обеспечивающих требуемую производительность, и флотатор. В качестве электролизеров могут быть использованы электрохимические ячейки по патенту России N 2042639, обеспечивающие модульное их соединение для обеспечения требуемой производительности.

В установке могут быть использованы различные типы флотаторов, однако наилучший эффект дает использование герметичного цилиндрического флотатора с конусообразным днищем, установленным расширением вверх. Соотношение объемов анодной, катодной камеры и флотатора составляет 1:(1,25 -1,8):(20 150).

Устройство схематично изображено на чертеже.

Устройство, представленное на чертеже, содержит электролизер 1, флотатор 2, выполненные в виде отдельных аппаратов, емкость с катализатором 3, вход которой соединен с выходом анодной камеры электролизера 1, а выход соединен с патрубком отвода обработанной и очищенной воды. Кроме того, устройство может содержать эжектор 4, установленный между выходом из катодной камеры электролизера 1 и входом флотатора 2. Линия, соединяющая флотатор с входом анодной камеры электролизера 1, снабжена патрубком 5 с вентилем для отвода части воды. Установка содержит линию 6 подвода очищаемой воды.

Устройство работает следующим образом.

Вода, подлежащая обработке, подается на вход катодной камеры электролизера 1. После прохождения катодной камеры pH воды увеличивается от 71 до 91, ионы тяжелых металлов превращаются в нерастворимые гидроксиды, т.е.

Me⁺ⁿ + ne _ Me(OH)_n. Вода с выхода катодной камеры поступает во флотатор 2. Ввод воды во флотатор осуществляется тангенциально в верхней части аппарата, поток, закручиваясь, движется сверху вниз с увеличивающейся скоростью, что обеспечивает интенсивное перемешивание, укрупнение и всплытие пузырьков газа вместе с прилипшими к ним частичками гидроксидов и частицами механических примесей.

Для ускорения разделения флотационной смеси используют эжектор 4, засасывающий воздух, крупные пузырьки которого ускоряют подъем в верхнюю часть флотатора мелких пузырьков водорода с прилипшими к ним частицами удаляемых примесей. Через приспособление в верхней части флотатора 2 происходит отвод флотошлака.

Часть воды, прошедшая катодную обработку и очистку во флотационном реакторе, может быть отведена через патрубок 5 с вентилем для приготовления биологически активных жидкостей, обладающих повышенной антиоксидантной активностью.

Другая часть воды по линии перетока поступает из флотатора 2 на вход анодной камеры электролизера 1. Здесь происходит окисление органических примесей, уничтожение всех видов и форм микроорганизмов, насыщение воды кислородом и озоном. Пройдя обработку в анодной камере, вода поступает в емкость с катализатором 3, позволяющую регулировать состав воды на выходе, исключив проскок активного хлора.

Выполнение электролизера и флотатора в виде отдельных аппаратов позволяет осуществлять осмотр, ремонт и замену элементов без полного слива воды из установки, что значительно упрощает эксплуатацию установки.

При соотношении объемов анодной, катодной камеры и флотатора в предлагаемой установке, составляющем 1:(1,25 1,8):(20 150), в прототипе - 1:(2 4): (7 15), повышается эффективность работы установки.

Использование эжектора, засасывающего дополнительный воздух, дает возможность ускорить процесс флотационного разделения.

Снабжение установки емкостью с катализатором позволяет регулировать состав воды, исключая проскок активного хлора.

Введение патрубка с вентилем для отвода части воды, прошедшей обработку в катодной камере и во флотаторе, позволяет использовать эту воду для приготовления биологически активных жидкостей.

Кроме того, за счет регулирования соотношения объемов воды, протекающих через анодную и катодную камеры, появляется дополнительная возможность направленно влиять на свойства обработанной воды, что значительно расширяет функциональные возможности установки, обеспечивая возможность получения растворов с различными характеристиками.

Формула изобретения

1. Установка для электрохимической обработки воды и/или водных растворов, содержащая последовательно установленные электролизер с электродами из нерастворимого материала, разделенный диафрагмой на анодную и катодную камеры, с входом в нижней и выходом в верхней частях, и флотатор с приспособлениями для подвода и отвода обрабатываемой воды, а также приспособлением для отделения флотошлама, патрубок ввода исходной обрабатываемой воды, соединенный с входом катодной камеры, патрубок вывода обрабатываемой воды из катодной камеры, соединенный с приспособлением для ввода обрабатываемой воды во флотатор, и патрубок отвода обработанной и очищенной воды, отличающаяся тем, что электролизер и флотатор выполнены в виде отдельных аппаратов, электроды электролизера выполнены в виде коаксиальных цилиндрического и стержневого и установлены в диэлектрических втулках, причем цилиндрический электрод является катодом, а стержневой анодом, диафрагма выполнена ультрафильтрационной из керамики на основе оксидов циркония, алюминия и иттрия, и также установлена в диэлектрических втулках, приспособление для отвода обрабатываемой воды из флотатора соединено линией перетока с входом в анодную камеру электролизера, и устройство дополнительно содержит емкость с катализатором с входом в верхней и выходом в нижней частях, а патрубок отвода обработанной и очищенной воды соединен с выходом емкости с катализатором.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что флотатор выполнен в виде герметичной цилиндрической конусообразной емкости и установлен расширением вверх, приспособление для подвода обрабатываемой воды выполнено в виде тангенциального ввода и размещено в верхней части флотатора.

3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что приспособление для отвода обрабатываемой воды из флотатора выполнено в виде вертикальной трубы, установленной по его оси с входом в нижней части флотатора, у его днища.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что емкость с катализатором содержит углеродный или диоксидномарганцевый, или углерод-диоксидномарганцевый катализатор.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит приспособление для насыщения обрабатываемой воды воздухом, установленное между выходом воды из катодной камеры и вводом обрабатываемой воды во флотатор.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что приспособление для насыщения воды воздухом выполнено в виде водоструйного насоса или эжектора.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит патрубок с вентилем для отвода части обрабатываемой воды, установленный на линии, соединяющей выход флотатора и вход анодной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1