ЭЛЕКТРОФЛОТОМЕМБРАННОЕ УСТРОЙСТВО С КОРРЕКЦИЕЙ КИСЛОТНОСТИ СРЕДЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Полезная модель относится к устройствам для электрофлотомембранной очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов с коррекцией кислотности среды и может быть использована на предприятиях цветной и черной металлургии, машиностроения, приборо-, судо- и авиастроения, электротехнической промышленности для создания систем водоочистки и замкнутого водооборота.
Известно устройство для очистки сточных вод, представляющее собой корпус, разделенный на секции предварительной водообработки (в виде двухкамерного диафрагменного электролизера с анионообменной мембраной) и электрофлотационной очистки [А. с. СССР №1675215 Al, C02F 1/46, C02F 1/465; заявл. 13.10.1989; опубл. 07.09.1991, бюл. №33].
Недостатком данного устройства является то, что очищенные воды являются сильноагрессивной средой из-за повышенной щелочности.
Известно выбранное в качестве прототипа устройство, содержащее корпус с размещенными в нем камерой электрофлотации и мембранным электролизером в виде катодной и двух боковых анодных камер [Патент на полезную модель РФ№148091 U1 МПК C02F 1/46, C02F 1/465; заявл. 29.04.2014; опубл. 20.12.2014, бюл. №35].
Недостатком данного устройства является то, что очищенные воды являются сильноагрессивной средой из-за высокой щелочности.
Технической задачей и результатом, на решение которых направлено заявляемое устройство для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов является электрохимическая коррекция кислотности среды щелочных очищенных вод, что позволяет исключить образование сильноагрессивной среды.
Технический результат достигается тем, что устройство содержит корпус, с размещенными в нем камерой электрофлотации и мембранным электролизером в виде катодной и двух боковых анодных камер. Новым, согласно предложенной полезной модели, является то, что устройство снабжено трубопроводами, соединяющими камеру электрофлотации с боковыми анодными камерами мембранного электролизера.
Предлагаемая полезная модель устройства иллюстрируется рисунком, где на фиг. 1 представлен вид сверху.
Устройство состоит из корпуса 1, разделенного переливной перегородкой 2 на мембранный электролизер 3 и камеру электрофлотации 4. Мембранный электролизер выполнен в виде катодной 5 и двух боковых анодных камер 6.
Катодная камера электролизера отделена от анодных - анионообменными мембранами 7.
В катодной камере установлены пластинчатые нерастворимые катоды 8, а в анодных камерах пластинчатые нерастворимые аноды 11.
В катодной камере 5 мембранного электролизера имеются патрубки 13 для ввода нейтрализованной сточной воды.
Внутри анодных камер 6 мембранного электролизера расположены анионообменные мембраны 9, образующие катодные секции 10, в которых установлены пластинчатые нерастворимые катоды 12 и имеются патрубки 14 для ввода кислой сточной воды и 15 вывода нейтрализованной сточной воды. При этом катодные секции 10 мембранного электролизера снабжены трубопроводами 16, соединяющие их с катодной камерой 5.
В камере электрофлотации размещены в виде гребенки горизонтальные нерастворимые электроды 17 (катоды и аноды) и имеются патрубки 18 для вывода щелочной очищенной воды.
Устройство снабжено трубопроводами 22, соединяющими камеру электрофлотации 4 с боковыми анодными камерами 6 мембранного электролизера.
С противоположного от мембранного электролизера торца камеры электрофлотации находится сборник пены 19.
В верхней части устройства, расположенного выше уровня воды, размещено пеносборное устройство 20, приводимое в движение электродвигателем редуктора 21.
3
2
2
2
2
n
+
-
n+
-
Устройство работает следующим образом. Кислая сточная вода с рН 3-5, содержащая ионы тяжелых (железо, медь, никель, цинк и другие) металлов индивидуально или в смеси, поступает через патрубки 14 в катодные секции 10 боковых анодных камер 6 мембранного электролизера, в которых под действием токовой нагрузки на нерастворимых катодах 12 протекает электрохимическая катодная реакция восстановления ионов гидроксония с образованием водорода и молекул воды (2Н0→Н+2НO). Далее нейтрализованная сточная вода поступает по трубопроводам 16 в катодную камеру 5 электролизера, в которой под действием токовой нагрузки на катодах 8 протекает электрохимическая катодная реакция разряда молекул воды с образованием водорода и гидроксил-ионов (2НO→H↑+2OH), вследствие чего рН сточных вод повышается (подщелачивается) до 10-10,5, при которых за счет химических реакций (Ме + nОH=Ме(ОН)↓) происходит образование частиц дисперсной фазы малорастворимых соединений тяжелых металлов в виде гидроксидов и их флотация пузырьками водорода на поверхность воды.
+
Одновременно в боковых анодных камерах 6 при разряде гидроксил-ионов на поверхности нерастворимых анодов 11 происходит выделение кислорода и коррекция (нейтрализация) щелочной среды за счет образования молекул воды и ионов водорода Н.
-
Разделение продуктов катодной и анодной реакции анионообменными мембранами 7 и 9 препятствует транспорту ионов OH из катодных секций в анодные камеры.
Далее, сточная вода, содержащая частицы дисперсной фазы малорастворимых соединений тяжелых металлов, переливается через перегородку 2 и поступает в камеру электрофлотации 4, в которой под действием газовых пузырьков (водорода и кислорода), образующихся на нерастворимых электродах (анодах и катодах) 17 при электролизе воды происходит флотационное отделение частиц дисперсной фазы малорастворимых соединений тяжелых металлов от сточной воды с образованием на поверхности воды пены.
Щелочная сточная вода, очищенная от частиц дисперсной фазы тяжелых металлов, с рН 10-10,5 вытекает из камеры электрофлотации через патрубки 18 и по трубопроводам 22, соединяющими камеру электрофлотации с боковыми анодными камерами мембранного электролизера, поступает в них через патрубки 23.
+
В анодных камерах мембранного электролизера на поверхности нерастворимых анодов 11 протекает электрохимическая реакция разряда гидроксил-ионов с образованием газообразного кислорода, молекул воды и ионов водорода Н.
+
Разделение продуктов катодной и анодной реакции анионообменными мембранами 7 и 9 препятствует транспорту молекул воды и ионов водорода H из анодных камер в катодные секции, в результате чего происходит коррекция рН щелочной очищенной воды с 10-10,5 до 7,5-6,0. Нейтрализованная очищенная вода выводится из установки через патрубки 24.
Всплывшая в процессе электрофлотации на поверхность воды дисперсная фаза малорастворимых соединений тяжелых металлов формируется в пену, которая удаляется пеносборным устройством 20 в сборник 19 и далее выводится из устройства.
-
+
Исключение образования сильноагрессивной щелочной среды обеспечивается тем, что щелочные очищенные воды после извлечения дисперсной фазы тяжелых металлов подвергаются дополнительной стадии очистки - электрохимической коррекции воды в анодной камере, в которой на анодах протекает электрохимическая анодная реакция разряда гидроксил ионов ОН с образованием газообразного кислорода и ионов водорода H, вследствие чего рН очищенной воды снижается (подкисляется) с 10-10,5 до 7,5-6,0.
Технический результат при решении поставленной задачи достигается за счет того, что устройство снабжено трубопроводами, соединяющими камеру электрофлотации с боковыми анодными камерами мембранного электролизера, что позволяет осуществить дополнительную стадию электрохимической обработки щелочных очищенных вод.
Предлагаемая конструкция устройства полезной модели для электрофлотомембранной очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов позволяет исключить образование сильноагрессивной щелочной среды.