ЭЛЕКТРОЛИЗЁР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области очистки промышленных сточных вод от органических соединений и металлов электролизом.
Известен способочистки сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлови устройство для его осуществления, включающее корпус, разделенный на секции предварительной электрообработки в виде катодной камеры диафрагменного электролизера и электрофлотационной очистки (Патент РФ №2453502). Недостатком изобретения является большой объем устройства из-за наличия отдельного блока для предварительной очистки и камеры смешения и дозатора реагентов.
Наиболее близким техническим решением является диафрагменный электролизер для очистки сточных вод (Аксенов В.И., Ладыгичев М.Г., Ничкова И.И., Никулин В.А., Кляйн С.Э., Аксенов Е.В. Водное хозяйство промышленных предприятий: Справочное издание: В 2-х книгах. Книга 1/ Под ред. В.И. Аксенова. - М.: Теплотехник, 2005, стр.359-360). Электролизер содержит корпус, катод, анод, разделенные диафрагмой, и источник постоянного тока. Недостатками изобретения являются высокие энергозатраты и малая эффективность для очистки сточных вод. Электролизер разработан для очистки сточных вод от растворенных примесей (цианидов, роданидов, аминов, спиртов, альдегидов, нитросоединений, азокрасителей, сульфидов, меркаптанов, и др.). Нет направленной очистки сточных вод от металлов, а от органических соединений эффект очистки ниже.
Задачей полезной модели является разработка устройства для очистки сточных вод, обеспечивающего достижение технического результата - снижения энергозатрат и повышения эффективности очистки воды от органических соединений и металлов.
Поставленная задача решается тем, что в электролизере для очистки сточных вод, включающем корпус, в котором размещены катод и анод, разделенные диафрагмой, патрубки подвода и отвода воды согласно полезной модели электроды электролизера выполнены из электроотрицательных и электроположительных материалов, количеством более двух, образуют параллельные ряды, при этом электроды одинаковой полярности соединены последовательно друг с другом, а межэлектродное пространство заполнено фильтрующим зернистым минеральным материалом, в качестве которого использован кварцевый песок фракции 1,0-1,6 мм. При этом электроотрицательные электроды выполнены из магния, а их количество равно 8, электроположительные электроды выполнены из графита, а их количество равно 8.
На фиг.1 приведен электролизер для очистки сточных вод. На фиг.2-4 приведены зависимости остаточных концентраций металлов (Сu, Zn, Ni) от минерализации воды, очищаемой в электролизерах по прототипу и по полезной модели.
Электролизер имеет корпус 1, в котором размещены катод 2 и анод 3, разделенный диафрагмой 4, патрубки подвода 5, 6 и патрубки отвода 7, 8 воды. Электроотрицательные катоды 2 выполнены из магния, электроположительные стержневые электроды 3 выполнены из графита. Межэлектродное пространство заполнено фильтрующим материалом 9 - кварцевым песком. Электроды одинаковой полярности соединены друг с другом проводником. Между электроотрицательными и электроположительными электродами подключен вольтметр 10.
Устройство работает следующим образом. Очищаемая вода подается через патрубки подвода 5 и 6 в нижнюю часть электролизера, между электроотрицательными 2 и электроположительными 3 электродами образуется ЭДС и начинается процесс переноса электрического тока через диафрагму. Под действием электрического поля, положительно заряженные ионы мигрируют к катоду 2, а отрицательно заряженные ионы - к аноду 3. На электродах 2 и 3 происходит переход от ионной проводимости в растворе к электронной проводимости в проводниках. В приэлектродном пространстве происходят окислительно-восстановительные процессы. Кроме того, происходит образование гидроксида магния электрохимическим путем, за счет чего происходит интенсивное хлопьеобразование труднорастворимых соединений на поверхности фильтрующего материала. Фильтрующий материал 9 не только способствует интенсивному хлопьеобразованию, но также сорбирует ионы тяжелых металлов и продукты окисления органических соединений. Далее вода проходит через весь слой фильтрующей загрузки снизу вверх к патрубкам отвода 7 и 8, расположенным в верхней части электролизера, очищаясь от загрязняющих веществ.
Примеры опытов доказывают достижение поставленной задачи, т.е. при очистке сточных вод электролизером энергоэффективность и эффективность очистки повышается с использованием магниевых электродов.
Пример 1.
Готовили растворы NaCl на водопроводной воде с минерализацией от 1 до 50 г/л. В полученные растворы дозировали металлы в виде водорастворимых солей. Исходная концентрация растворов составила для меди 150 мг/л, никеля 550 мг/л, цинка 1000 мг/л. Проводили очистку исходных растворов с изменением скорости обработки от 1 до 15 м/ч и проводили анализ отобранных проб на выходе из электролизера. Данные, полученные для электролизера по полезной модели при скорости обработки воды 5 м/ч при ее минерализации NaCl 1, 5, 10, 50 г/л, сопоставили с данными, полученными опытным путем на электролизере по прототипу при тех же значениях скорости обработки воды и ее минерализации (NaCl). Попутно определяли удельную вырабатываемую энергию электролизером по полезной модели, используя данные замеренных величин силы тока и напряжения, возникающих в электродном блоке. Для точности эксперимента данные величин силы тока и напряжения, генерируемые на электролизере по полезной модели, полностью дублировали на электролизере по прототипу, используя внешний источник постоянного тока. Результаты приведены в таблице 1 и на фиг. 2-4.
Пример 2.
Аналогично готовили растворы красителя метиленового синего с исходной оптической плотностью 0,7. Проводили очистку исходных растворов со скоростью обработки 5 м/ч и проводили анализ отобранных проб на выходе из электролизера. Данные, полученные для электролизера по полезной модели при скорости обработки воды 5 м/ч при ее минерализации NaCl 1, 5, 10, 50 г/л, сопоставили с данными, полученными опытным путем на электролизере по прототипу при тех же значениях скорости обработки воды и ее минерализации (NaCl). Попутно определяли удельную вырабатываемую энергию электролизером по полезной модели, используя данные замеренных величин силы тока и напряжения, возникающих в электродном блоке. Для точности эксперимента данные величин силы тока и напряжения, генерируемые на электролизере по полезной модели, полностью дублировали на электролизере по прототипу, используя внешний источник постоянного тока. Результаты приведены в таблице 1.
Пример 3.
Готовили растворы NaCl на водопроводной воде с минерализацией от 1 до 50 г/л. В полученные растворы дозировали бензол в химически чистом виде, взбивая эмульсию в закрытом крышкой смесителе со скоростью 800 оборотов в минуту. Исходная концентрация бензола в эмульсии составила 1000 мг/л. Проводили очистку исходных эмульсий со скоростью обработки 5 м/ч и проводили анализ отобранных проб на выходе из электролизера. Данные, полученные для электролизера по полезной модели при скорости обработки воды 5 м/ч при ее минерализации NaCl 1, 5, 10, 50 г/л, сопоставили с данными, полученными опытным путем на электролизере по прототипу при тех же значениях скорости обработки воды и ее минерализации (NaCl). Попутно определяли удельную вырабатываемую энергию электролизером по полезной модели, используя данные замеренных величин силы тока и напряжения, возникающих в электродном блоке. Для точности эксперимента данные величин силы тока и напряжения, генерируемые на электролизере по полезной модели, полностью дублировали на электролизере по прототипу, используя внешний источник постоянного тока. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
Вид электролизера
Концентрация NaCl,г/л
Скорость фильтровавания, м/ч
Удельная вырабатываемая (затрачиваемая) энергия, Вт·ч/м<sup>3</sup>
Эффективность очистки, %
Металлы
Органические соединения
медь
никель
цинк
метиленовый синий
бензол
генерируемая
потребляемая
по ПМ
1
1
0,90
-
93,3
50,0
99,9
87,0
93,6
5
0,18
-
98,0
87,4
99,9
84,0
90,1
10
0,09
-
96,0
78,1
99,9
34,5
37,1
15
0,06
-
95,0
0
99,4
33,2
35,7
по ПМ
5
1
3,24
-
86,6
-
-
-
-
5
0,64
-
92,0
-
-
81,8
87,3
10
0,32
-
87,3
-
-
-
-
15
0,21
-
86,6
-
-
-
-
по ПМ
10
1
6,35
-
95,0
-
-
-
-
5
1,27
-
95,0
61,0
-
71,4
76,0
10
0,63
-
90,0
-
-
-
-
15
0,42
-
89,3
-
-
-
-
по ПМ
50
1
71,0
-
97,3
60,0
99,9
-
-
5
12,2
-
97,3
42,1
99,9
41,2
48,5
10
2,43
-
80,7
0
99,9
-
-
15
1,21
-
80,0
0
99,9
-
-
по прототипу
1
5
-
0,18
28,6
0
99,5
0
0
5
5
-
0,64
33,3
15,0
99,9
7,0
1,0
10
5
-
1,27
33,3
20,0
99,9
13,0
4,0
50
5
-
12,2
0
20,0
99,9
14,0
5,0
Установлено, что на устройстве по полезной модели очистка воды от - меди, никеля, красителя метиленового синего, бензола выше, чем по прототипу, цинк извлекается с одинаковым эффектом.
При очистке воды по полезной модели происходит генерация электроэнергии, причем с увеличением минерализации величина удельной электроэнергии увеличивается.