АППАРАТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Полезная модель относится к области очистки водных растворов и может быть использована на предприятиях металлургической, горной и пищевой промышленности при очистке отработанной воды от окисляемых ионов и молекул с извлечением их в виде дисперсной фазы.
Известен аппарат для электрофлотационной очистки сточных вод, содержащий цилиндрическую камеру отстаивания, внутри которой коаксиально установлена камера флотации с размещенным в ее нижней части блоком электродов, выполненных в виде коаксикальных усеченных конусов чередующейся полярности, обращенных меньшим основанием вверх, скребковое устройство для сбора пены, установленное с возможностью вращения под блоком электродов, водораспределительное устройство и устройства для подачи и отвода воды. (см. пат. РФ №2051117, С02F 1/465).
Недостатком данного устройства является низкое качество очистки водных растворов за счет частичного возврата образующихся частиц дисперсной фазы в очищаемый раствор при движении скребкового механизма, а также невозможность селективного извлечения из растворов ценных компонентов в процессе очистки.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является устройство для электрохимической очистки питьевой воды, содержащее флотационную камеру, выполненную в виде полого цилиндра, сопряженного с конусообразным патрубком для отвода дисперсной фазы, и блок электродов, установленный под флотационной камерой. При этом внутри флотационной камеры размещен фильтр, выполненный в виде вертикальной фильтровальной перегородки, образующей со стенками камеры закрытую полость для сбора очищенной воды. (см. пат. РФ №2203226, С02F 1/463, F 1/465).
Недостатком известного устройства является низкое качество очистки водных растворов за счет частичного попадания ионов загрязняющих веществ через фильтр в очищенную воду, а также из-за высокой скорости миграции скоагулированных частиц под конусообразный купол флотационной камеры, в результате чего, время закрепления взвешенных частиц на пузырьках газа значительно сокращается и, соответственно, снижается извлечение дисперсной фазы из очищаемых растворов. Кроме того, известное устройство энергоемко за счет использования растворимых анодов, для эффективной работы которых требуется высокая плотность тока на электродах.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении качества очистки водных растворов.
Техническая задача решается тем, что известный аппарат для электрохимической очистки водных растворов, содержащий флотационную камеру, выполненную в виде полого цилиндра, сопряженного с конусообразным куполом, соединенным с патрубком для отвода дисперсной фазы, и блок электродов, установленный под флотационной камерой, согласно изменению, снабжен корпусом с подводящим и отводящим патрубками, который разделен вертикальной перегородкой на камеру электрокоагуляции со съемной крышкой и замкнутую камеру отстаивания и дегазации, при этом к съемной крышке камеры электрокоагуляции жестко прикреплены две параллельно расположенные пластины из инертного материала, образующие со стенками камеры дополнительную полость, а в днище указанной камеры установлены параллельно друг другу два вертикальных нерастворимых электрода одинаковой длины, конец одного из которых заведен в дополнительную полость, флотационная камера выполнена с открытым дном и установлена внутри замкнутой камеры отстаивания и дегазации так, что со стороны открытого дна в ее полость заведена верхняя часть блока электродов, а патрубок для отвода дисперсной фазы флотационной камеры выведен наружу замкнутой камеры отстаивания и дегазации и соединен с наклонным пеносборником, на выходе которого установлен фильтр, при этом камеры электрокоагуляции и флотации выполнены сообщающимися между собой снизу посредством U-образной трубки, одна изогнутая часть которой размещена в дополнительной полости камеры электрокоагуляции, а другая - в полости флотационной камеры, причем концы U-образной трубки относительно друг друга расположены в одном уровне, а относительно нерастворимых электродов - выше их уровня, а сверху указанные камеры сообщены между собой посредством гибкого шланга, один конец которого заведен в дополнительную полость камеры электрокоагуляции и жестко зафиксирован в съемной крышке, а другой конец шланга свободно размещен в полости конусообразного купола флотационной камеры с возможностью регулирования глубины его погружения.
При этом длина пластин, образующих дополнительную полость, равна 0,6-0,7 высоты камеры электрокоагуляции, а длина нерастворимых электродов равна 0,5-0,6 высоты указанной камеры.
Кроме того, нерастворимые электроды камеры электрокоагуляции и блок электродов камеры флотации подключены к источникам постоянного тока, питающихся от разных фаз.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично изображен аппарат для электрохимической очистки водных растворов, в разрезе.
Аппарат для электрохимической очистки водных растворов содержит корпус 1 с подводящими 2 и отводящими 3 патрубками, который вертикальной перегородкой 4 разделен на камеру электрокоагуляции 5 со съемной крышкой 6 и замкнутую камеру отстаивания и дегазации 7, внутри которой установлена флотационная камера 8. К съемной крышке 6 камеры электрокоагуляции 5 изнутри жестко прикреплены две параллельно расположенные пластины 9, которые торцами уперты в стенки камеры электрокоагуляции 5 и образуют с последними дополнительную полость 10. При этом пластины 9 выполнены из инертного материала, например, органического стекла и имеют длину, равную 0,6-0,7 высоты камеры электрокоагуляции 5. В днище 11 камеры электрокоагуляции 5 установлены параллельно друг другу два вертикальных нерастворимых электрода, соответственно, 12 и 13 так, что конец электрода 12 заведен в дополнительную полость 10 камеры электрокоагуляции 5, а конец электрода 13 размещен непосредственно в полости последней. При этом нерастворимые электроды 12 и 13 имеют одинаковую длину, равную 0,5-0,6 высоты камеры электрокоагуляции 5. Нерастворимые электроды 12 и 13 камеры электрокоагуляции 5 при помощи гибких изолированных токоподводов 14 подключены к источнику 15 сети переменного тока фазы А.
Заявляемое конструктивное выполнение камеры электрокоагуляции 5 на данной стадии очистки растворов позволяет создать в ней катодную и анодную зоны, способствующие увеличению значения рН обрабатываемых растворов и повышению окислительной способности электролизной системы, в результате чего, изменением плотности тока, создаваемой электродами 12 и 13, обеспечивается селективность перевода окисляемых ионов и молекул в дисперсную фазу и одновременно с этим снижается энергоемкость процесса электролиза.
Устанавливать в камере электрокоагуляции 5 пластины 9, длина которых меньше 0,6 высоты указанной камеры, а также - нерастворимые электроды 12 и 13 с длиной меньше, чем 0,5 высоты данной камеры нецелесообразно, так как в этом случае значительно возрастает время образование дисперсной фазы в растворе. Это приводит к увеличению расхода электроэнергии на проведение процесса электролиза.
Длина пластин 9, превышающих 0,7 высоты камеры электрокоагуляции 5, а также длина нерастворимых электродов 12 и 13, превышающих 0,6 высоты указанной камеры, приводит к снижению скорости движения обрабатываемого раствора в объеме этой камеры.
С другой стороны вертикальной перегородки 4 корпуса 1 заявляемого аппарата расположена замкнутая камера отстаивания и дегазации 7, внутри которой установлена флотационная камера 8, а под ней блок нерастворимых электродов 16, подключенный посредством гибких изолированных токоподводов 17 к сети переменного тока 18 фазы С. Флотационная камера 8 выполнена в виде цилиндра 19 с открытым дном, сопряженного в верхней части с конусообразным куполом 20, соединенным с патрубком 21 для отвода дисперсной фазы. При этом со стороны открытого дна флотационной камеры 8 в ее полость заведена верхняя часть блока нерастворимых электродов 16, а патрубок 21 для отвода дисперсной фазы выведен наружу камеры отстаивания и дегазации 7 и соединен с наклонным пеносборником 22, на выходе которого установлен фильтр 23. Камеры электрокоагуляции 5 и флотации 8 выполнены сообщающимися между собой. Причем снизу они сообщены посредством пропущенной через вертикальную перегородку 4 U-образной трубки 24, одна изогнутая часть которой размещена в дополнительной полости 10 камеры электрокоагуляции 5, а другая - в полости флотационной камеры 8. При этом концы U-образной трубки 24 относительно друг друга в указанных камерах расположены в одном уровне, а относительно нерастворимых электродов 12 и 13 - выше уровня последних. В верхней части аппарата камера электрокоагуляции 5 и флотационная камера 8 сообщены между собой посредством гибкого шланга 25, один конец которого заведен в дополнительную полость 10 камеры электрокоагуляции 5 через съемную крышку 6 и жестко зафиксирован в ней, а другой конец шланга 25 свободно размещен в полости конусообразного купола 20 флотационной камеры 8 с возможностью регулирования глубины его погружения.
Такое конструктивное выполнение аппарата позволяет на данной стадии очистки осуществлять подвод обработанного в камере электрокоагуляции 5 дисперсного раствора непосредственно в зону верхней части флотационной камеры 8, что предотвращает оседание в ней взвешенных частиц за счет активизации газонасыщения раствора. Кроме того, во флотационной камере 8 создаются условия для снижения скорости движения очищаемого раствора. Это приводит к увеличению времени контакта газовых пузырьков с частицами дисперсной фазы раствора, в результате чего происходит усиление захвата и прочное закрепление взвешенных частиц на поверхности газовых пузырьков, что способствует интенсивному их удалению из очищаемого раствора, а, следовательно, повышается качество очистки последнего.
Работает заявляемый аппарат для электрохимической очистки водных растворов следующим образом.
-
-
2+
3+
4+
-
2+
2+
3
-
3
2
2
2
Очищаемый водный раствор через подводящий патрубок 2 подают в камеру электрокоагуляции 5. От источника 15 сети переменного тока фазы А на нерастворимые электроды 12 и 13 подают ток требуемой плотности, что позволяет непосредственно в камере электрокоагуляции 5 создать катодную зону, а в образованной пластинами 9 дополнительной полости 10 - анодную зону. В результате этого очищаемый раствор в начале проходит через катодную зону, где вследствие образования гидроксильных групп ОН происходит подщелачивание раствора, после чего указанный раствор поступает в анодную зону дополнительной полости 10, где происходит выделение окислителей: Сl, НСlO, СlO, О участвующих в процесс электрохимического окисления, сопровождающегося активным образованием дисперсной фазы. При этом, в зависимости от природы окисляемых ионов или молекул, содержащихся в очищаемом водном растворе, на электроды 12 и 13 подают ток соответствующей плотности. Например, для окисления ионов Мn и переведения их в нерастворимые формы Мn и Мn плотность тока на электродах 12 и 13 камеры электрокоагуляции 5 выбирают с учетом концентрации ионов Сl и Мn, времени электролиза, ионного состава очищаемого раствора и других характеристик. Так, при исходной концентрации ионов Мn 200 мг/дм и Сl не менее 600 мг/дм при электролизе раствора в течении 1 минуты в камере электрокоагуляции 5 плотность тока на электродах 12 и 13 составит 300 А/м.
Кроме того, в заявляемом аппарате посредством крышки 6 обеспечивается замкнутость камеры электрокоагуляции 5. Это препятствует улетучиванию газов - окислителей, образующихся в дополнительной полости 10 камеры электрокоагуляции 5 и, соответственно, приводит к повышению их растворимости, способствуя усилению окислительной активности электролизной системы. При этом получение повышенной концентрации окислителей в очищаемом растворе может быть достигнуто при небольших плотностях тока на электродах 12 и 13, что способствует снижению энергоемкости процесса электролиза на данной стадии очистки.
2
2
После этого дисперсный раствор из дополнительной полости 10 камеры электрокоагуляции 5, через U-образную трубку 24 поступает в верхнюю часть флотационной камеры 8. Одновременно на нерастворимых электродах 16, подключенных к источнику 18 переменного тока фазы С, создают плотность тока, обеспечивающую протекание процесса электролиза во флотационной камере 8. При этом на поверхности нерастворимых электродов 16 происходит образование и отрыв мелкодисперсных газов O и H. Пузырьки газа, медленно подымаясь вверх, захватывают частицы дисперсной фазы очищаемого раствора, транспортируют их на поверхность последнего в зону конусообразного купола 20 флотационной камеры 8 и накапливаются там в виде шлама, который через патрубок 21 самотеком поступает в пеносборник 22, и затем удаляется для дальнейшей переработки с целью получения товарной продукции, например, марганцевого концентрата. При этом качественно очищенный водный раствор через открытое днище флотационной камеры 8 поступает в камеру отстаивания и дегазации 7 и через отводящей патрубок 3 самотеком выводится из аппарата.
Использование в конструкции аппарата U-образной трубки 24, соединяющей камеры электрокоагуляции 5 и флотации 8, позволяет осуществлять процесс флотации при ламинарном режиме движения очищаемого раствора через аппарат, что способствует интенсификации процесса флотации и, следовательно, повышению извлечения дисперсной фазы из водных растворов путем усиления захвата и прочного закрепления взвешенных частиц на поверхности газовых пузырьков в процессе очистки. Это ведет к повышению качества очистки водных растворов. Кроме того, заявляемая конструкция обеспечивает дополнительное введение электролизных газов в нижнюю часть флотационной камеры 8 посредством гибкого шланга 25 из дополнительной полости 10 камеры электрокоагуляции 5, что приводит к дополнительному увеличению газонасыщения очищаемого дисперсного раствора при проведении процесса флотации.
Таким образом, заявляемый аппарат для электрохимической очистки водных растворов позволяет по сравнению с прототипом повысить качество их очистки. Эффективность очистки водных растворов в заявляемом аппарате составляет 97,4-99,6%. Кроме того, заявляемый аппарат снижает энергоемкость процесса на 20%.