ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Электрохимический фильтр для очистки сточных вод
Полезная модель относится к области очистки промышленных сточных вод от органических соединений и металлов электрохимическим фильтром.
Известен способ очистки сточных вод от ионов тяжелых, цветных металлов и органических соединений и устройство для его осуществления, включающее корпус, трехслойную загрузку из гранулированного алюминия, фильтрующего зернистого материала и активированного угля, патрубки подвода сточной воды, отвода очищенной воды, подачи промывной воды, отвода промывной воды (Назаров В.Д., Зенцов В.Н., Назаров М.В. Водоснабжение в нефтедобыче: учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. - Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело», 2010. - с.265). Недостатком изобретения является использование большого количества стратегического металла - алюминия.
Наиболее близким техническим решением является скорый фильтр для очистки сточных вод (Назаров В. Д., Зенцов В.Н., Назаров М.В. Водоснабжение в нефтедобыче: учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. - Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело», 2010. - с. 257). Скорый фильтр содержит корпус, фильтрующий материал, распределительную систему, сборную систему, отвод очищенной воды, патрубок подвода промывной воды, эжектор, пульпопровод, отвод промывной воды. Недостатками изобретения являются невысокая эффективность для очистки сточных вод от металлов и органических загрязнений.
Задачей полезной модели является разработка устройства для очистки сточных вод, обеспечивающего достижение техническое результата - повышения эффективности очистки воды от органических соединений и металлов с использованием энергии генерируемой самим устройством.
Технический результат заключается в повышении эффективности очистки воды.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для очистки сточных вод, включающем корпус, заполненный фильтрующим материалом, в котором размещены электроотрицательные электроды выполненные из алюминия и электроположительные электроды выполненные из графита, количеством более двух, патрубки подвода и отвода воды, особенность заключается в том, что электроды образуют параллельные ряды, а электрохимический фильтр имеет внешнюю цепь, при этом электроды одинаковой полярности соединены последовательно друг с другом и с клеммами подключения к источнику постоянного тока во внешней цепи, который состоит из емкостей с растворами NaCl с размещенными в них электродными парами, выполненными из магниевых и алюминиевых стержней, причем между клеммами разной полярности подключен вольтметр. Электроотрицательные электроды внутри фильтра выполнены из алюминия, электроположительные электроды внутри фильтра выполнены из графита. Электродные пары емкостей внешней цепи с растворами NaCl соединены между собой последовательно. В качестве фильтрующего материала использован силицированный кальцит фракции 2-5 мм.
На фиг. 1 приведен электрохимический фильтр для очистки сточных вод. На фиг. 2 приведена зависимость эффективности очистки от органических соединений в электрохимическом фильтре от напряжения па электродах. На фиг. 3 приведена диаграмма эффективности очистки сточных вод от металлов (Cu, Ni, Zn) в скором и электрохимическом фильтрах.
Электрохимический фильтр имеет корпус 1, с входным патрубком 2, в корпусе фильтра размещены электроды 3 и 4. Электроотрицательные электроды 3 выполнены из алюминия, электроположительные дисковые электроды 4 выполнены из графита. Межэлектродное пространство заполнено фильтрующим материалом 5. Электрохимический фильтр имеет выходной патрубок 6. Электроды одинаковой полярности соединены последовательно друг с другом проводником и имеют выход на клеммы 7. К этим же клеммам 7 подключен внешний электрохимический источник энергии, который состоит из емкостей 8 с растворами NaCl с размещенными в них электродными парами, выполненными из магниевых 9 и алюминиевых 10 стержней. Между клеммами 7 разной полярности подключен вольтметр 11.
Электрохимический фильтр для очистки сточных вод представляет собой корпус 1, заполненный минеральным зернистым фильтрующим материалом 5 - силицированным кальцитом (Патент на изобретение №2086510) фракции 2-5 мм. Силицированный кальцит является активным фильтрующим материалом, способствующим образованию нерастворимых гидроксидов металлов и их извлечению из очищаемых вод путем фильтрования.
Очищаемая вода подается через входной патрубок 2 в верхней части корпуса 1 и фильтруется в направлении «сверху вниз».
Для увеличения эффекта очистки воды в фильтрующей загрузке расположены электроды 3 и 4, образующие электрохимические источники тока. Действие электрохимических источников тока проявляется за счет двух механизмов. Во-первых, под действием тока происходит растворение алюминия с образованием гидроксида алюминия, который является коагулянтом. Во-вторых, происходит поляризация минеральных зерен фильтрующего материала под действием электрического поля с образованием связанных зарядов, что увеличивает эффект закрепления извлекаемых частиц за счет электростатических сил.
Оптимальное расстояние между разнополярными электродами равно 220 мм ±10% (Назаров М.В. Очистка природных и сточных вод с применением электрохимических методов. / Автореферат канд. дисс: Уфа, 2008, 24 с, см. с. 15).
Электроположительные 4 и электроотрицательные 3 электроды расположены в шахматном порядке, как показано на Фиг. 1. Электроды одинаковой полярности образуют чередующиеся ряды так, что весь объем фильтрующего материала находится в электрическом поле, создаваемом электродами 3 и 4. К сожалению, напряжение, создаваемое источниками тока, измеряемое вольтметром 11, подключенным к клеммам 7, не превышает 1 В. Экспериментально установлено (Фиг. 2), что эффективность очистки существенно зависит от напряжения. Из приведенного графика следует, что при напряжении 2,3 В происходит резкое изменение крутизны графика зависимости эффекта очистки сточной воды от напряжения, то есть напряжение между электродами 3 и 4 должно быть не менее 2,3 В. Добиться этого можно двумя путями: либо подключить к электрохимическому фильтру выпрямитель, работающий от электрической сети, либо создать автономный возобновляемый источник энергии. Естественно, второй путь более рационален.
Автономный источник энергии, который является внешним относительно электрохимического фильтра, создан за счет последовательного соединения электродных пар 9 и 10, размещенных в отдельных емкостях 8 с раствором NaCl. В этом случае напряжение, создаваемое внешним источником энергии, равно сумме напряжений источников, размещенных в емкостях 8.
Напряжение, создаваемое электродной парой магний-алюминий, обладает высокой стабильностью, повысило эффект очистки воды от загрязняющих веществ.
Выбор электродных пар для внешнего источника энергии существенной роли не играет. Задачей внешнего источника энергии является получение напряжения на клеммах 7 более 2,2 В.
Примеры опытов доказывают достижение поставленной задачи, т.е. при очистке сточных вод электрохимическим фильтром эффективность очистки повышается.
Пример 1.
Проводили опыты по очистке в электрохимическом фильтре раствора красителя метилепового синего с исходной оптической плотностью 0,7 меняя напряжение на клеммах от 1,25 до 5 В, изменяя количество подключенных внешних электродных пар к клеммам. Также проводили фильтрацию этого раствора в скором фильтре с фильтрующим материалом, без электронов и получили эффективность очистки при напряжение 0 В. По данным опытов установлена зависимость эффекта очистки сточных вод от органических загрязнений в электрохимическом фильтре от напряжения на электродном блоке. Результаты приведены на фиг. 2.
Пример 2.
Готовили растворы металлов на водопроводной воде, дозируя их в виде водорастворимых солей. Исходная концентрация растворов составила для меди, никеля и цинка 5 мг/л. Проводили очистку исходных растворов со скоростью обработки 5 м/ч без внешнего источника тока и проводили анализ отобранных проб па выходе из электрохимического фильтра. ЭДС, генерируемая электроположительными и электроотрицательными электродами фильтра, составила 2,3 В. Попутно проводили очистку исходных растворов со скоростью обработки 5 м/ч в скором фильтре без электродов с тем же объемом фильтрующего материала, что и в электрохимическом фильтре. Результаты приведены на фиг. 3.
Установлено, что на устройстве по полезной модели очистка воды от меди, никеля, цинка и красителя метиленового синего выше, чем по прототипу. При очистке воды на устройстве по ПМ используется электроэнергия, генерируемая самим устройством.
Таким образом, достигается технический эффект - эффективность очистки воды повысилась по цинку, никелю, меди, органическому красителю.