УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, СОДЕРЖАЩИХ ВОДОЩЕЛОЧНОЙ ФОТОРЕЗИСТ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для очистки сточных вод производства печатных плат, содержащих водощелочной фоторезист, и может быть использована на предприятиях приборостроения и радиоэлектроники.
6
Известно устройство, содержащее корпус с размещенным в нем электролизером, анодная камера которого расположена между симметричными катодными камерами, и камерой электрофлотации [Патент РФ №2067555 C1 МПК C02F 1/46, 1/465. Способ очистки сточных вод производства печатных плат, содержащих водощелочной фоторезист СПФ-ВЩ, и устройство для его осуществления; заявл. 28.04.1993; опубл. 10.10.1996].
Недостатком данного устройства является низкая производительность процессов мембранного электролиза, вследствие малой площади электродов и мембран.
Известно, выбранное в качестве прототипа, устройство, содержащее корпус с размещенными в нем камерой электрофлотации и электролизером в виде анодной и двух боковых катодных камер и катодной камеры, расположенной внутри анодной камеры [Патент на полезную модель РФ №138577 U1 МПК C02F 1/46. Устройство для очистки сточных вод производства печатных плат, содержащих водощелочной фоторезист СПФ-ВЩ; заявл. 28.03.2013; опубл. 20.03.2014. Бюл. №8].
Недостатком данного устройства является недостаточная производительность процессов мембранного электролиза, вследствие малой площади электродов и мембран.
Технической задачей и результатом, на решение которых направлено заявляемое устройство для очистки сточных вод производства печатных плат, содержащих водощелочной фоторезист, является повышение производительности процессов мембранного электролиза.
Технический результат достигается тем, что устройство включает корпус, с размещенными в нем камерой электрофлотации и электролизером в виде анодной и двух боковых катодных камер и катодной камеры, расположенной внутри анодной камеры. Новым, согласно предложенной полезной модели, является то, что боковые катодные камеры электролизера снабжены патрубками для ввода и вывода сточной воды и трубопроводами, соединяющими их с анодной камерой, при этом внутри боковых катодных камер дополнительно размещены катионообменная мембрана и анод.
Предлагаемое устройство иллюстрируется рисунком, на котором на фиг. 1 представлен вид сверху.
Устройство состоит из корпуса 1, разделенного переливной перегородкой 2 на электролизер 3 и камеру электрофлотации 4. Электролизер выполнен в виде анодной 5, двух боковых 6 катодных камер и катодной 7 камеры, расположенной внутри анодной камере в передней ее части. Анодная камера отделена от катодных - катионообменными мембранами 8.
Анодная камера 5 снабжена патрубками 9 для ввода подкисленной сточной воды.
Внутри боковых катодных камер электролизера расположены катионообменные мембраны 10, образующие анодные секции 11.
Боковые катодные камеры снабжены патрубками для ввода 15 и вывода 16 щелочной воды (католита), патрубками для ввода щелочной сточной воды 12 и вывода подкисленной сточной воды 13 и трубопроводами 14, соединяющие их с анодной камерой.
В анодной камере 5 и анодных секциях 11 боковых катодных камерах установлены вертикальные нерастворимые аноды 17, а в катодных камерах - вертикальные нерастворимые катоды 18.
В камере электрофлотации размещены в виде гребенки горизонтальные нерастворимые электроды 19 (катоды и аноды) и имеются патрубки 20 для вывода очищенной воды. С противоположного от электролизера торца камеры электрофлотации находится сборник пены 21.
В верхней части устройства, расположенного выше уровня воды, смонтирован пеносборник 22, приводимый в движение электродвигателем редуктора 23.
-
+
2
2
2
2
Устройство работает следующим образом. Щелочная сточная вода, содержащая водощелочной фоторезист СПФ-ВЩ, поступает через патрубки 12 в анодные секции 11 боковых катодных камер 6 электролизера, в которых под действием токовой нагрузки на нерастворимых анодах 17 протекает электрохимическая анодная реакция разряда гидроксил-ионов с образованием газообразного кислорода и молекул воды (4OH→O+2HO). Далее подкисленная сточная вода поступает по трубопроводам 14 в анодную камеру 5 электролизера, в которой под действием токовой нагрузки на анодах 17 протекает электрохимическая анодная реакция разряда молекул воды с образованием газообразного кислорода и ионов водорода (2HO→O+4H), вследствие чего pH сточных вод снижается (подкисляется) до pH 2-4, при которой протекают процессы образования частиц дисперсной фазы фоторезиста и их флотации пузырьками кислорода.
-
Одновременно в катодных камерах при разряде молекул воды на поверхности нерастворимых катодов 18 происходит выделение газообразного водорода и подщелачивание воды за счет образования гидроксил-ионов OH.
-
+
Разделение продуктов анодной и катодной реакции катионообменными мембранами 8 и 10 подавляет транспорт ионов OH и H в объеме обрабатываемой воды и их химическое взаимодействие с образованием молекул воды.
Далее, из анодной камеры сточная вода, содержащая частицы дисперсной фазы фоторезиста СПФ-ВЩ, 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) 19 при электролизе воды, происходит процесс разделения сточной воды и частиц дисперсной фазы фоторезиста. Очищенная вода выводится из устройства через патрубки 20.
Всплывшая в процессе электрофлотации на поверхность воды дисперсная фаза фоторезиста формируется в пену, которая удаляется пеносборником 22 в сборник пены 21 и далее выводится из устройства.
3
Повышение производительности процессов мембранного электролиза достигается за счет дополнительного размещения анодов и катионообменных мембран, что увеличивает общую рабочую площадь их поверхности в электролизере. При этом производительность процесса или установки (Q, м/ч) будет определяться величиной изменения PH (щелочность) обрабатываемой воды. Основной расчетной величиной для требуемого изменения pH в рабочей анодной камере является расход тока (, Кл/л), которая может быть определена по формуле [Яковлев СВ., Краснобородько И.Г., Рогов В.М. Технология электрохимической очистки воды. - Л.: Стройиздат, 1987. С 289-291.]
,
К
Н
где K, и K - требуемая соответственно конечная и начальная кислотность воды;  - удельное изменение кислотности на 100 Кл/л, мг-экв/л.
Производительность процесса составит
,
э
э
где S - площадь поверхности электродов; i - плотность тока на электродах.
Таким образом, с увеличением площади поверхности электродов производительность процесса будет расти.
исх
кон
На производительность процесса оказывает также влияние скорость переноса ионов через мембрану, определяемая величиной изменения концентрации ионов (C/C). которую можно рассчитать по формуле [Богатырев А.Е., Варцов В.В., Шульпин Г.П. Мембранные электродиализные технологии очистки гальваностоков. Выпуск 3 (1697). - М.: ЦНИИ «Электроника», 1993. - С. 57.]:
мб
мб
n
где D - коэффициент диффузии ионов; δ - толщина предельного диффузионного слоя; S - площадь мембран; i - плотность тока на мембране; W - линейная скорость потока обрабатываемой воды вдоль мембран.
Таким образом, с ростом площади мембран производительность процесса (скорость массопереноса) также будет расти.
Технический результат при решении поставленной задачи достигается за счет увеличения общей рабочей площади поверхности катионообменных мембран и анодов.
Предлагаемая конструкция устройства для очистки сточных вод производства печатных плат, содержащих водощелочной фоторезист, обеспечивает повышение производительности процессов мембранного электролиза.