ЭЛЕКТРОФЛОТАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД
ELECTRIC FLOTATOR FOR CLEANING OIL-BEARING WATERS

Изобретение относится к устройствам для очистки нефтесодержащих вод, в частности промышленных сточных вод, ливневых и талых вод.
Известен электрофлотатор для очистки сточных вод, содержащий камеру флотации и камеру флотошлама, электродные блоки. Катод выполнен в виде пакета стальных сеток, причем ячейки одной сетки смещены относительно ячеек другой сетки (Патент РФ №2102330, МПК C02F 1/24, C02F 1/465. Электрофлотатор для очистки сточных вод. /Брейво А.Э. и др., опубл. 20.01.1998).
Недостатком устройства является низкая степень очистки нефтесодержащих вод за счет низкой скорости барботажа.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство электрохимической очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащее корпус с вертикальными перегородками и патрубками подвода очищаемой и отвода очищенной воды, приемную камеру, флотационную камеру с горизонтально размещенными электродами, камеру сбора очищенной воды, камеру сбора шлама и пеносборное устройство в виде последовательно расположенных усеченных пирамид. При этом устройство дополнительно содержит каталитическую камеру, заполненную катализатором, патрубок подачи очищенной воды в анодную камеру, а также патрубки отвода газообразного водорода и кислорода. Флотационная камера разделена горизонтальной мембраной на катодную и анодную камеры, причем анод выполнен в виде сплошной пластины и расположен на дне анодной камеры, а сетчатый катод выполнен из расположенных параллельно аноду отдельных элементов. Изобретение позволяет повысить эффективность и безопасность проведения процесса очистки воды (Патент РФ №2341464, МПК C02F 9/06, C02F 1/465. Способ электрохимической очистки нефтесодержащих сточных вод и устройство для его осуществления. Опубл. 20.12.2008).
Недостатком устройства является недостаточная степень очистки нефтесодержащих вод за счет низкой скорости барботажа.
Задачей изобретения является интенсификация процесса очистки нефтесодержащих вод увеличением скорости барботажа.
Поставленная задача решается тем, что в электрофлотаторе, содержащем каталитическую камеру, заполненную катализатором, флотационную камеру, разделенную горизонтальной мембраной на катодную и анодную камеры, причем мембрана расположена между катодом и анодом, патрубок подачи очищенной воды в анодную камеру, патрубки отвода газообразного водорода и кислорода, анод, выполненный из графита в виде сплошной пластины и расположенный на дне анодной камеры, катод, выполненный из расположенных параллельно аноду отдельных элементов, в качестве катализатора используют зернистый материал фракции 2-5 мм, имеющий следующий состав: железо - 38%, сера - 36%, кремний - 8%, остальное - жидкое стекло и кремнефтористый натрий, мембрана выполнена из капроновой ткани, согласно изобретению катод электрофлотатора выполнен из повторяющихся элементов, представляющих собой пластину прямоугольной формы, выполненную из углеродсодержащей массы, внутри которой расположены электроконтакты в виде сетки из медной проволоки, к которым подсоединен внешний токопровод, при этом пластина содержит сквозные отверстия для прохождения воды, причем углеродсодержащая масса состоит из 30-40 маc.% нефтяного пека, остальное - нефтяной кокс.
На фигуре 1 изображен электрофлотатор, на фигуре 2 - элемент катода электрофлотатора, на фигуре 3 - результаты определения скорости барботажа на катоде из меди, на фигуре 4 - результаты определения скорости барботажа на катоде из АЗ-1К.
Электрофлотатор (фиг.1) содержит корпус 1 с вертикальной перегородкой 2, которая делит аппарат на приемную камеру 3 и флотационную камеру 4, разделенную горизонтальной мембраной 5 на катодную 6 и анодную 7 камеры с горизонтально размещенными электродами. Анод 8 выполнен в виде сплошной пластины и расположен на дне анодной камеры 7. Катод 9 выполнен из расположенных параллельно аноду 8 повторяющихся элементов, изображенных на фиг.2, соединенных с отрицательным полюсом внешнего токопровода 10.
Электрофлотатор содержит каталитическую камеру 11, заполненную катализатором, и камеру сбора очищенной воды 12. Камера сбора шлама 13 находится над усеченными призмами пеносборного устройства 14, откуда через патрубки отвода газа 15, 16 удаляется соответственно водород и кислород. Количество усеченных призм пеносборного устройства 14 равно числу повторяющихся элементов катода 9 (фиг.1).
Для подвода очищаемой воды используется патрубок 17, для отвода очищенной воды - патрубок 18. Рециркуляция производится патрубком подачи очищенной воды 19 в анодную камеру 7.
Повторяющийся элемент катода (фиг.2) представляет собой углеродосодержащую пластину прямоугольной формы 9 из углеродсодержащей массы, внутри которой расположены электроконтакты из медной проволоки 20, к которым подсоединен отрицательный полюс внешнего токопровода 10. Пластина 9 содержит сквозные отверстия 21 для прохождения воды.
Очистка сточных вод производится следующим образом. Вода через патрубок 17 подается в приемную камеру 3, откуда во флотационную камеру 4, где происходит флотация за счет выделившегося в процессе электролиза воды водорода. Шлам через пеносборное устройство 14 удаляется в шламовую камеру 13, водород отводится через патрубок 15, а предварительно очищенная вода попадает в каталитическую камеру 11, заполненную каталитической минеральной загрузкой, где смешивается с насыщенной кислородом водой из анодной камеры. В качестве каталитической загрузки применена загрузка, содержащая оксиды многовалентных металлов. В частности, в качестве катализатора использован зернистый материал фракции 2-5 мм, имеющий следующий состав: железо - 38%, сера - 36%, кремний - 8%, остальное жидкое стекло и кремнефтористый натрий. За счет кислорода происходит окисление органических веществ, причем эффект усиливается каталитической загрузкой.
Загрязняющие вещества флотируются и удаляются с помощью пеносборного устройства 14 в шламовую камеру 13, кислород отводится через патрубок 16, а вода поступает в камеру сбора очищенной воды 12 и отводится из аппарата через патрубок 18. Часть очищенной воды через систему рециркуляции 19 подается на вход анодной камеры 7.
Принцип действия катода заключается в следующем. В теле электрофлотатора размещена электродная пара, катодом в которой является пластина из углеродсодержащей массы АЗ-1K (Райзер Ю.С. Совершенствование технологий извлечения углеводородсодержащих отходов нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий г.Уфы. Автореферат кандидатской диссертации. Уфа, 2010 г. - 24 с), за счет которого повышается скорость барботажа, что сказывается на эффекте очистки воды.
В процессе очистки нефтесодержащих сточных вод в электрофлотаторе на катоде из углеродсодержащей массы АЗ-1K образуются пузырьки водорода, которые, всплывая, проходят через толщу очищаемой воды, вынося на поверхность загрязнения в виде флотошлама.
Пример. Проводили работы по определению скорости барботажа воды пузырьками водорода, образованными на катоде из меди и АЗ-1К. Результаты приведены на фигурах 3, 4.
В результате проведенных исследований было установлено, что скорость барботажа линейно зависит от плотности тока, скорость барботажа не зависит от концентрации электролита в исследованном диапазоне. Определена константа скорости барботажа для водорода с катода из меди и АЗ-1К:
3
м/А·ч
3
м/А·ч
Следовательно, скорость барботажа на катоде АЗ-1K в 14 раз превосходит скорость барботажа на катоде из меди.
Изготовление заявляемых катодов не представляет труда, так как углеродная масса при температуре 180-300°С становится текучей и ее заливают в форму, в которой проложены электроконтакты. Электроконтакт уменьшает сопротивление катодов, создает возможность надежного подсоединения катодов к внешней электрической цепи.