ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯТОР

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для электрохимической очистки водных сред и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой, автотранспортной, машиностроительной, металлургической и других отраслей промышленности, а также при решении экологических проблем очистки промышленных и бытовых сточных вод.
Известна конструкция электрокоагулятора, состоящего из корпуса с двумя камерами, в одной из которых находится металлическая стружка, а другая предназначена для обрабатываемой жидкости.
Камеры разделены вертикальной диафрагмой [Яковлев С.М., Краснобородько И.Г. Рогов В.И. Технология электрохимической очистки воды. - Л.: Стройиздат, 1987, с.128].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится высокое электрическое сопротивление межэлектродного пространства из-за большого расстояния между электродами, особенно при низкой электропроводности жидкой среды, что приводит к повышенным затратам электроэнергии и стоимости очистки.
Известна конструкция электрокоагулятора, включающего корпус из диэлектрического материала, засыпной анод из стружки, перфорированной плиты и свободно размещенной на сетке диэлектрика [Авт. св. СССР №700468, С02F 1/46, 1979].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результате, относятся повышенное электрическое сопротивление менеэлектродного пространства из-за неравномерного и переменного зазора между катодом и засыпным анодом, что приводит к повышенным затратам электроэнергии и стоимости очистки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту по совокупности признаков и принятому за прототип является электрокоагулятор, включающий корпус из диэлектрического материала, горизонтальный перфорированный анодный токопровод с размещенным на нем засыпанным анодом, сетку из диэлектрика и катод, выполненный сетчатым из электропроводных нитей, при этом катод и сетка из диэлектрика выполнены в виде гибкой двуслойной ткани, площадь которой в 1,5-2,5 раза больше площади анодного токопровода. [Патент РФ №2039710, С02F 1/463, 1995].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится повышенный расход электроэнергии и материала засыпного анода из-за невозможности создания высокой скорости вымывания хлопьев коагулянта через отверстия гибкой двухслойной ткани. Увеличение скорости потока очищаемой жидкости приводит к отрыву двухслойной ткани от поверхности засыпного анода, что увеличивает напряжение и также ведет к возрастанию расхода электроэнергии и стоимости очистки.
Техническим результатам предлагаемой конструкции является практически полное вымывание хлопьев коагулянта, образующихся при электрохимическом растворении материала засыпного анода, через отверстия двухслойной сетки из диэлектрика и катода за счет увеличения скорости потока очищаемой воды, что приводит к увеличению скорости и степени очистки воды и уменьшению расхода электроэнергии.
Поставленный технический результат достигается тем, что в электрокоагуляторе, содержащем корпус из диэлектрического материала, горизонтальный перфорированный анодный токопровод с размещенным на нем засыпным анодом, сетку из диэлектрика и сетчатый катод из электропроводного материала, образующих гибкий двухслойный материал, площадь которого в 1,5-2,5 раза больше площади анодного
токопровода, при этом сетчатый катод выполнен в виде колец из металлической проволоки, свободно продетых друг в друга.
Выполнение сетчатого катода в виде колец из металлической проволоки (по типу кольчуги), свободно продетых друг в друга, значительно увеличивает его вес, что позволяет проводить процесс электрокоагуляции при высоких скоростях потока очищаемой жидкости с более полным вымыванием хлопьев коагулянта из-под двухслойного материала, сохраняя при этом минимальный зазор между поверхностью материала засыпного анода и сетчатого катода. Высокие скорости потока очищаемой жидкости приводят не только к более полному вымыванию хлопьев коагулянта из-под двухслойного материала, но и равномерному перемешиванию этих хлопьев во всем объеме очищаемой жидкости, что увеличит ее степень очистки и позволяет эффективно использовать все образовавшиеся хлопья коагулянта для улавливания на них частиц и капель дисперсной фазы, находящихся в очищаемой жидкости, а сохранение минимального зазора между поверхностью материала засыпного анода и катода позволяет вести процесс электрокоагуляции при наименьшем напряжении и расходе электроэнергии.
Уменьшение активной площади катода, по которой движется ток, при его изготовлении в виде колец, продетых друг в друга, по сравнению с сетчатым катодом в прототипе, и увеличение катодной плотности тока не приводит к его растворению, так как под действием электрического тока растворяется анод, выполненный из засыпного материала. Преимуществом анода в виде колец из металлической проволоки, свободно продетых друг в друга у является увеличение гибкости по сравнению с сетчатым анодом в прототипе, что в совокупности с повышенным весом такого катода заставляет его плотно охватывать неровную, меняющуюся во времени из-за растворения поверхность насыпного анода, создавая постоянный зазор между ними,
равный толщине сетки из диэлектрического материала. Оба достигаемых результата при использовании конструкции катода, выполненного в виде колец из металлической проволоки, свободно продетых друг в друга, приводят к снижению стоимости очистки, как за счет уменьшения расхода материала растворимого анода, так и за счет уменьшения расхода электроэнергии.
На фигуре 1 представлена схема электрокоагулятора предлагаемой конструкции, а на фигуре 2 вид сверху на катод.
Электрокоагулятор состоит из корпуса 1, выполненного из диэлектрического материала, внутри которого в нижней части горизонтально установлен анодный токопровод 2, который представляет собой жесткий перфорированный диск из электропроводного материала, например, из нержавеющей стали, титана, углерода, и соединен с положительным полюсом источника постоянного тока. На анодном токопроводе 2 расположен засыпной анод 3 в виде стружки, кусков металлолома, обрезков листов, трубок и т.д. Сверху засыпного анода уложен гибкий двухслойный материал, площадь которого в 1,5-2,5 раза больше площади анодного токопровода 2, при этом нижний слой, прилегающий к материалу засыпного анода 3, представляет собой сетку 4 из диэлектрика, например полимерных нитей, капрона, полипропилена и т.п., а верхний слой представляет собой гибкий катод 5. Выполнение катода в виде колец 6 из металлической проволоки (по типу кольчуги), свободно продетых друг в друга, и соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, увеличивает вес катода. На дне корпуса 1 установлен патрубок 7 с вентилем 8 для подачи очищаемой воды. В верхней части корпуса 1 расположен кольцевой карман 9 для сбора пены с уловленными частицами и капельками дисперсной фазы, а на боковой поверхности корпуса 1 установлен патрубок 10 для отвода очищенной воды.
Электрокоагулятор работает следующим образом. В корпус 1 по патрубку 7 подают очищаемую воду, предназначенную для электрообработки. Ее расход регулирует вентилем 8. От источника постоянного тока подают напряжение на анодный токопровод 2 и гибкий катод 5. Под действием веса колец 6 и электрических сил, притягивающих засыпной анод 3 и гибкий катод 5, последний плотно охватывает неровности поверхности засыпного анода 3, создавая постоянный зазор между ними, равный толщине сетки 4, так как последняя выполнена из диэлектрического материала, то она препятствует короткому замыканию между материалом засыпного анода 3 и кольцами 6 гибкого катода 5.
Под действием электрического тока материал засыпного анода 3 растворяется с образованием хлопьев коагулянта, которые легко вымываются потоком очищаемой воды через сравнительно большие по сравнению с их размерами отверстия колец 6 гибкого катода 5, при этом большой вес колец 6, выполненных из металлической проволоки, не позволяет потоку жидкости приподнимать их над поверхностью материала засыпного анода 3. Наоборот, по мере растворения верхних слоев материала засыпного анода 3, кольца 6 гибкого катода 5 вместе с сеткой из диэлектрика 4 опускаются вниз с образованием постоянного зазора между поверхностью засыпного анода 3 и гибким катодом 5. Хлопья коагулянта вместе с уловленными частицами или капельками дисперсной фазы и пузырьками электролитических газов (водорода и кислорода, образующихся при электролизе воды на катоде и аноде), образуя пену, поднимаются вверх в кольцевой карман 9 для сбора пены, очищенную воду по патрубку 10 выводят из корпуса 1.
Для предотвращения перемещения сетки 4 из диэлектрического материала относительно гибкого катода 5 кольца 6 последнего могут быть сшиты с материалом сетки 4 нитями из диэлектрического материала, например, капрона, полипропилена и др.
Предлагаемая конструкция электрокоагулятора позволяет вести процесс очистки воды при постоянном токовом режиме, минимизировать разность потенциалов между анодом и катодом, снижать расход электроэнергии за счет полного использования хлопьев коагулянта, образующихся при растворении материала засыпного анода 3, их интенсивному вымыванию из-под сетки 4 и колец 6 гибкого катода 5 и интенсивному перемешиванию очищаемой воды в корпусе 1. В конечном счете это приводит к уменьшению стоимости очистки воды за счет уменьшения расхода электроэнергии и расхода материала засыпного анода.