УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к устройствам для очистки природных и сточных вод от тяжелых металлов и взвешенных веществ и может быть использована на промышленных предприятиях.
Известен гальванокоагулятор для очистки сточных вод, представляющий собой цилиндрическую обечайку, установленную с возможностью вращения вокруг продольной оси, воронку, расположенную у одного из торцов обечайки с зазором относительно нее, и систему подачи сжатого воздуха, снабжен расположенным внутри обечайки барботером, выполненным в виде двух пересекающихся и соединенных между собой трубок, каждая из которых имеет отверстия, выполненные по винтовой линии, шаг которой равен двум длинам трубки. Один из концов барботера жестко закреплен на воронке, а другой подсоединен к системе подачи сжатого воздуха. [1].
Недостатком изобретения являются значительные затраты электроэнергии на обеспечение вращения аппарата с наполнителем, имеется возможность проскока сточных вод без контакта с наполнителем.
Известно устройство, в котором организованы встречные потоки очищаемой жидкости и очищающих реагентов [2]. Подача сточных вод осуществляется снизу через отверстие в центре дна корпуса, а корпус выполнен в виде бункера вибрационного конвейера с винтовым лотком, поднимающего вверх и сбрасывающего навстречу движению жидкости реагентную смесь - гальванопару. Аппарат для очистки сточных вод содержит цилиндрический корпус с днищем с размещенной в нем металлической стружкой, камеру для сбора очищенной воды, устройство для перемешивания, патрубки ввода и вывода воды. При этом на внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса размещена по винтовой линии полка, предназначенная для перемещения металлической стружки снизу вверх. Под действием колебательных движений загруженная смесь стружки и кокса смещается на полку и движется по ней по винтовой траектории вверх, а затем соскальзывает с полки и падает вниз, чтобы повторить цикл движения.
Указанное устройство обладает существенными недостатками: при его работе имеется возможность прохода сточных вод без контакта с гальванопарой вследствие наличия "зеркала" обрабатываемых вод в цилиндрической вертикальной емкости гальванокоагулятора; недостаточное перемешивание гальванопары, так как поднимается только та часть гальванопары, которая находится в каналах вибробункера; значительные затраты электроэнергии на обеспечение перемещения гальванопары.
Известно устройство для гальванохимической очистки сточных вод [3], представляющее собой рабочую камеру, заполненную гальванопарой, с патрубками подвода сточной воды, отвода обработанной воды и удаления шламов и механизм рыхления гальванопары, который выполнен в виде магнитной системы из постоянных магнитов, установленных под дном рабочей камеры на платформе, опирающейся на тележку. При этом устройство дополнительно снабжено приводом с кривошипно-шатунным механизмом, ограничительными решетками на входе и выходе камеры и узлом регулировки угла наклона устройства. Магнитная система выполнена из магнитов, полярность которых чередуется вдоль направления перемещения системы. Рабочая камера имеет прямоугольное сечение и вытянутую форму, изготовлена из немагнитного материала.
Указанное изобретение обладает следующими недостатками: ограничение высоты слоя гальванопары, которое составляет не более 30% от шага полюсов магнитной системы, что приводит к уменьшению площади контакта очищаемой воды с гальванопарой и увеличению количества магнитов магнитной системы, что влияет на удорожание конструкции устройства и ограничение габаритов камеры, содержащей гальванопару; рыхление гальванопары осуществляется воздействием возвратно-поступательных движений с помощью кривошипного механизма на всю конструкцию устройства, что приводит к значительным энергозатратам и необходимости в обеспечении мер безопасности при работе с гальванокоагулятором.
Устройство для гальванохимической очистки сточных вод является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и принимается в качестве прототипа [3].
Техническим результатом полезной модели является увеличение степени очистки природных и сточных вод и упрощение конструкции устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки природных и сточных вод, состоящем из камеры гальванокоагуляции, заполненной гальванопарой, механизма рыхления, трубопроводов подачи загрязненной воды, отвода очищенной воды и сброса осадка, механизм рыхления выполнен в виде электромагнитного стержня, закрепленного на корпусе, в объеме гальванопары расположены алюминиевые и графитовые перфорированные пластины, соединенные с механизмом рыхления, при этом дополнительно введена камера осветления, с расположенными в ней дефлекторами, и камера фильтрации, заполненная фильтрующей минеральной загрузкой, в качестве гальванопары используется смесь алюминиевой стружки и активированного угля, электроды выполнены из электроположительного графита и электроотрицательного алюминия, поочередно и равномерно расположенные в объеме гальванопары, дефлекторы в камере осветления расположены под углом 45° к стенкам камеры, в камере фильтрации в качестве фильтрующей загрузки используется силицированный кальцит фракции 2-5 мм.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство содержит последовательно расположенные камеру гальванокоагуляции, камеру осветления и камеру фильтрации. Камера гальванокоагуляции заполнена смесью алюминиевой стружки и активированного угля, образующие гальванопару. В объеме гальванопары расположены перфорированные пластины из электроотрицательного материала (алюминий) и электроположительного материала (графит), образующие электрохимический источник тока. Электрохимические источники тока чередуются, равномерно расположены по высоте. Вдоль оси камеры гальванокоагуляции, сквозь пластины электродных пар, проходит стержень, верхним концом соединенным с электромагнитом, закрепленным на корпусе устройства и предназначенном для создания вибрации. В камере осветления расположены дефлекторы, расположенные под углом 45° к стенкам камеры, направленные против движения потока воды. Камера фильтрации загружена силицированным кальцитом фракции 2-5 мм. Камера гальванокоагуляции и осветления снабжены патрубком для сброса осадка.
На фиг. 1 представлен эскиз устройства для очистки природных и сточных вод.
Устройство для очистки природных и сточных вод (фиг. 1) содержит камеру гальванокоагуляции 1, камеру осветления 2, камеру фильтрации 3. Камера гальванокоагуляции состоит из гальванопары 4, алюминиевых 5 и графитовых 6 перфорированных пластин, соединенных с механизмом рыхления, состоящим из стержня 7 и электромагнита 8, закрепленным на корпусе устройства. В камере осветления 2 расположены дефлекторы 9. Камера фильтрации 3 заполнена минеральной загрузкой 10 фракции 2-5 мм. Устройство оборудовано трубопроводом подачи загрязненной воды 11, отвода очищенной воды 12 и сброса осадка 13.
Устройство для очистки природных и сточных вод работает следующим образом.
Обрабатываемая вода подается через трубопровод подачи загрязненной воды 11 в камеру гальванокоагуляции 1, которая содержит гальванопару 4 и перфорированные диски из алюминия 5 и графита 6, представляющие собой электроды электрохимического источника тока. В ходе фильтрации вибрация, создаваемая электромагнитом 8, воздействует на алюминиевые 5 и графитовые 6 перфорированные пластины через стержень 7, которые в свою очередь передают вибрацию на элементы гальванопары 4. Вибрация создается за счет однополупериодного выпрямления переменного тока 220 В частотой 50 Гц, подающегося на клеммы питания электромагнита 8. Воздействие вибрации на гальванопару 4 предотвращает пассивацию поверхности гранул гальванопары. Воздействие вибрации на алюминиевые 5 и графитовые 6 перфорированные пластины электрохимического источника тока препятствует образованию на них осадков, увеличивает скорость растворения анодного материала, при этом образующийся гидроксид алюминия в виде хлопьев начинает интенсивней перемещаться в камере гальванокоагуляции, сталкиваясь с большим количеством загрязняющих веществ, тем самым ускоряя процесс их коагуляции. Из камеры гальванокоагуляции 1 обрабатываемая вода поступает в камеру осветления 2, в которой скоагулированные загрязнения, задерживаясь на дефлекторах 9, выпадают в осадок, а осветленная вода перетекает в камеру фильтрации 3, где на загрузке из силицированного кальцита 10 фракции 2-5 мм происходит тонкая очистка воды. Чистая вода из камеры фильтрации 3 отводится по отводу очищенной воды 12. Осадок из камеры осветления 3 периодически отводится на обработку по трубопроводу сброса осадка 13.
Пример. На очистку поступают сточные воды, содержащие тяжелые металлы и взвешенные вещества. Камера гальванокоагуляции заполнена смесью алюминиевой стружки и активированного угля АГ-3 в соотношении 3:1. После обработки воды в гальванопаре под воздействием вибрации, вода проходит через камеру осветления и камеру фильтрации.
Анализ сточной воды производят до обработки и после нее, с воздействием вибрации на гальванопару и без. Результаты анализов представлены в таблице 1, из которых хорошо видно, что включение вибрации в процесс обработки воды вносит положительный результат и увеличивает эффект очистки, концентрация тяжелых понижается более чем на 99%.
Таблица 1
Вещество
Начальная
Конечная
Конечная
Степень
концентрация, мг/л
концентрация без вибрации, мг/л
концентрация с вибрацией, мг/л
очистки, %
Cu
1273,0
3,4
1,3
99,9
Ni
1072,2
29,5
7,4
99,3
Zn
2914,9
4,2
0,2
99,9
Fe
618,0
24,0
5,4
99,1
Бентонит
2000,0
10,0
5,5
99,7
Таким образом, заявленное устройство позволяет эффективно очищать сточную воду от тяжелых металлов и взвешенных веществ.
К преимуществам данного устройства можно отнести простоту и надежность конструкции, а также высокую эффективности очистки природных и сточных вод за счет улучшения условий коагуляции и фильтрации загрязняющих веществ.
Источники информации
1. Патент РФ 2113412 C1, МПК C02F 1/463. Гальванокоагулятор для очистки сточных вод. Опуб.20.06.98.
2. Патент РФ 2002704 C1, МПК C02F 1/46. Аппарат для очистки сточных вод. Опуб. 15.11.93 Бюл. №41-42.
3. Патент РФ 2318734 C2, МПК C02F 1/463. Устройство для гальванохимической очистки сточных вод. Опуб. 10.03.2008 Бюл. №7 (прототип).