Электролизер для очистки сточных вод

 

Устройство для электроочистки жидкостей, содержащее корпус, снабженный системой сбора и удаления пены, входным и выходным патрубками, с размещенными в нем секциями электродов, выполненных из растворимого при электролизе материала и расположенных перпендикулярно потоку очищаемой жидкости, дополнительно снабжено по крайней мере одним автономным блоком с секциями электродов из растворимого и/или нерастворимого при электролизе материала и по крайней мере тремя гидрозатворами, установленными на входе, выходе и между блоками с секциями электродов. Все электроды выполнены одинаковыми. Нечетные электроды установлены герметично с днищем и боковыми стенками, а четные герметично только с боковыми стенками корпуса. Нечетные и четные электроды смещены по высоте относительно друг друга. Зазор между днищем корпуса и нижней кромкой четных электродов равен высоте выступающей части этих же электродов над уровнем жидкости и расстоянию между соседними электродами. Оси входного и выходного патрубков находятся на одном уровне с верхней кромкой нечетных электродов. Днища всех секций электродов и гидрозатворов оборудованы трубопроводными коммуникациями с запорной арматурой. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области очистки жидкостей и может быть использовано для глубокой очистки промышленных стоков.

Известен электролизер для очистки сточных вод, содержащий корпус в виде прямоугольного открытого бака, оборудованный входным и выходным патрубками, внутри которого размещен блок с секциями электродов одинакового размера, выполненных из нерастворенного при электролизе материала и расположенных пеpпендикулярно потоку очищаемой жидкости и гидрозатворы, установленные на входы и выходы из электролизера.

Данная конструкция не обеспечивает достаточную степень очистки сточных вод производства красителей и некоторых других производств от загрязнителей. Во-первых, электроды выполнены только из одного, не растворимого при электролизе материала, что сужает функциональные и технологические возможности электролизера. Во-вторых, способ крепления электродов и их конструкция придают режиму течения жидкости турбулентный характер. Жидкость в электролизере-прототипе движется не только зигзагообразно, но и прямоточнно, за счет чего режим течения ее нарушается. На выходе из отверстия происходит зввихрение потока, а следовательно, перемешивание очищенной жидкости с частью выделенных из нее загрязнителей. Эффективность очистки по вышеуказанной причине существенно понижается.

Цель изобретения повышение степени очистки жидкостей и расширение функциональных и технологических возможностей устройства.

Эта цель достигается с помощью устройства для электроочистки жидкостей, содержащего корпус, снабженный системой сбора и удаления пены, входным и выходным патрубками, с размещенными в нем блоками с секциями электродов, выполненных из растворимого и/или нерастворимого при электролизе материала и расположенных перпендикулярно потоку очищаемой жидкости, которое дополнительно снабжено по крайней мере одним автономным блоком с секциями электродов и по крайней мере тремя гидрозатворами, установленными на входе, выходе и между блоками с секциями электродов. Все электроды выполнены одинаковыми, причем нечетные электроды установлены герметично с днищем и боковыми стенками, а четные герметично только с боковыми стенками корпуса. Нечетные и четные электроды смещены по высоте относительно друг друга. Зазор между днищем корпуса и нижней кромкой четных электродов равен высоте выступающей части этих же электродов над уровнем жидкости и расстояние между соседними электродами. Оси входного и выходного патрубков находятся на одном уровне с верхней кромкой нечетных электродов. Днища всех секций электродов и гидрозатворов оборудованы трубопроводными коммуникациями с запорной арматурой.

Система сбора и удаления пены представляет собой пеносъемный механизм, установленный на подвижной раме наклонный лоток, жестко закрепленный с боковой стенкой корпуса. Пеносъемный механизм выполнен в виде скребка, представляющего собой рабочие лопатки, один конец которых жестко закреплен к транспортеру. Ширина рабочих лопаток скребка равна расстояниям между боковыми поверхностями четных электродов и между стенками и перегородками гидрозатворов, а высота рабочих лопаток равна расстоянию смещения между четными и нечетными электродами относительно друг друга. Одна из стенок гидрозатворов, установленных на входе и выходе, и обе стенки гидрозатвора между блоками с секциями электродов являются одновременно нечетными электродами соответствующих блоков.

Устройство дополнительно снабжено по крайней мере одним автономным блоком с секциями электродов из растворимого и/или нерастворимого при электролизе материала. Данный признак необходим для решения задачи повышения степени очистки и расширения функциональных и технологических возможностей устройства, так как на практике часто встречаются случаи, когда стоки различных экологических процессов содержат различные по характеру загрязнения и для их очистки необходимо применять электроды, изготовленные из разных материалов (из растворимых, из растворимых и нерастворимых одновременно или только из не растворимых при электролизе материалов), что и обеспечивается наличием не менее двух автономных блоков (количество блоков в каждом конкретном случае определяется характером загрязнений и требуемой степенью очистки). Первый блок необходим для предварительной очистки от основной массы загрязнений или примесей определенного характера. Последующие блоки необходимы для достижения требуемой степени очистки.

Гидрозатвор, установленный на входе в первый блок установки, необходим для обеспечения ламинарного течения жидкости между электродами. Гидрозатворы, установленные между блоками и на выходе из устройства, предотвращают попадание примесей, выделенных из жидкости в предыдущем блоке в последующие или в отстойную емкость.

Одна из стенок гидрозатвора, установленных на входе, выходе и обе стенки гидрозатвора между блоками с секциями электродов являются одновременно нечетными электродами для снижения материалоемкости и уменьшения размеров устройства. Все электроды выполнены одинаковыми с целью упрощения технологии их изготовления и взаимозаменяемости в процессе эксплуатации. Нечетные электроды установлены герметично с днищем и боковыми стенками, а четные герметично только с боковыми стенками корпуса и смещены по высоте относительно друг друга для обеспечения зигзагообразного движения жидкости, увеличения времени электролиза и снижения материалоемкости устройства и повышения степени очистки жидкости.

Зазор между днищем корпуса и нижней кромкой четных электродов равен высоте выступающей части этих же электродов над уровнем жидкости и расстоянию между соседними электродами с целью придания зигзагообразного движения жидкости в ламинарном режиме, так как площадь поперечного сечения потока жидкости в любой точке ее движения постоянная. Оси входного и выходного патрубков находятся на одном уровне с верхней кромкой нечетных электродов, что обеспечивает поддержание постоянного уровня жидкости в корпусе установки и непрерывное ее течение. Днища всех секций электродов и гидрозатворов оборудованы трубопроводными коммуникациями с запорной арматурой для их разделения между собой, удаления осадка при эксплуатации и обслуживания.

Пеносъемный механизм выполнен в виде скребка, представляющего собой лопатки, один конец которых жестко закреплен к транспортеру. Ширина рабочих лопаток скребка равна расстояниям между боковыми поверхностями четных электродов и между стенками и перегородками гидрозатворов, а их высота равна расстоянию смещения между четными и нечетными электродами для более полного удаления пены с поверхности жидкости и предотвращения забивания ею межэлектродного пространства флотошламом.

На фиг. 1 и 2 представлена принципиальная схема устройства для электроочистки жидкостей.

Устройство состоит из корпуса 1, снабженного входным 2 и выходным 3 патрубками, с размещенными в нем блоками 4 и 5 с секциями электродов 6 и 7, выполненных из растворимого и/или нерастворимого при электролизе материала. Блоки 4 и 5 выполнены автономными и оборудованы, по крайней мере тремя гидрозатворами 8, 9 и 10, установленными на входе, выходе и между блоками с секциями электродов. Все электроды секций 6 и 7 выполнены одинаковыми (имеют однотипную конструкцию) и работают попеременно на анодном и катодном режимах. Нечетные электроды 11 установлены герметично с днищем 12 и боковыми стенками корпуса 1. Четные электроды 13 установлены герметично только с боковыми стенками корпуса 1. Нечетные 11 и четные электроды 13 смещены по высоте относительно друг друга. Зазор между днищем 12 корпуса 1 и нижней кромкой четных электродов 12 равен высоте выступающей части этих же электродов 13 над уровнем жидкости и расстоянию между соседними электродами 11 и 13. Оси входного 2 и выходного 3 патрубков находятся на одном уровне с верхней кромкой нечетных 11 электродов. Днища всех секций 6 и 7 электродов и гидрозатворов 8, 9 и 10 оборудованы трубопроводными коммуникациями 14 с запорной арматурой 15. Система сбора и удаления пены 16 представляет собой пеносъемный механизм, установленный на подвижной раме 17 и наклонный лоток 18, жестко соединенный с боковой стенкой корпуса 1. Пеносъемный механизм выполнен в виде скребка, представляющего собой рабочие лопатки 19, один конец которых жестко закреплен к транспортеру (не показан). Ширина рабочих лопаток 19 скребка соответственно равна расстояниям между боковыми поверхностями четных электродов 13 и между стенками и перегородками гидрозатворов 8, 9 и 10, а их высота равна расстоянию смещения между нечетными 11 и четными 13 электродами относительно друг друга. Стенки 20, 21 и 22 гидрозатворов 8, 9 и 10 являются одновременно нечетными электродами блоков 4 и 5.

Устройство для электроочистки жидкостей работает следующим образом.

Сточная жидкость через входной патрубок 2 поступает в корпус 1. Равномерно распределенный при помощи гидрозатвора 8 поток жидкости поступает в блок 4. Жидкость в ламинарном режиме зигзагообразно протекает между электродами секций 6, все время находясь в поле постоянного электрического тока заданной плотности, под воздействием которого в жидкости протекают электрохимические процессы, например растворение материала электродов (образование в обрабатываемой жидкости гидроксидов металлов) и другие окислительно-восстановительные реакции. Гидроксиды металлов нейтрализуют отрицательно заряженные загрязнения сточных вод и способствуют их коагуляции.

Выделяющиеся при электролизе газы (O₂, H₂ и т.д.) флотируют легкие загрязнения на поверхность жидкости в виде пены, которая удаляется в наклонный лоток 18 рабочими лопатками 19.

На поверхности образующихся в объеме жидкости хлопьев происходит адсорбция определенной части загрязнений. В связи с тем, что на образование хлопьев требуется определенное время, процесс хлопьеобразования заканчивается перед гидрозатвором 9. В гидрозатворе 9 за счет увеличения площади поперечного сечения потока жидкости скорость течения резко замедляется, время пребывания жидкости в гидрозатворе соответственно увеличивается, вследствие чего образуется слой взвешенного осадка, который способствует дополнительной очистке проходящей через него жидкости. Взвешенный осадок периодически удаляется из гидрозатвора 9 через трубопроводные коммуникации 14 и запорную арматуру 15. Таким образом, в блок 5 поступает предварительно очищенная жидкость, т.е. жидкость очищенная от основной массы загрязнений или примесей определенного характера. В последующих блоках (например в блоке 6) происходят аналогичные процессы, достигается требуемая степень очистки и/или жидкость очищается от примесей другого характера.

При входе в гидрозатвор 10 за счет увеличения площади поперечного сечения потока жидкости скорость течения резко замедляется, время пребывания жидкости в гидрозатворе соответственно увеличивается, что способствует выпадению хлопьев в осадок, который выводится через трубопроводные коммуникации 14 и запорную арматуру 15. Очищенная от загрязнений жидкость выводится из установки через патрубок 3.

Устройство для электроочистки жидкости было проверено в лабораторных условиях. Испытания проводили на лабораторных установках одинаковых по конструкции, но отличающихся материалом электродов, которые были выполнены из алюминия марки Аl 2 стали Ст.3 из графитизированного угля. Корпус установок изготавливали из органического стекла, толщиной 5,0 мм. Размеры установки, мм: длина 470; ширина 80; высота 60.

Корпус установки был разделен при помощи гидрозатвора на два блока и имел гидрозатворы на входе и выходе из установки. В блоках располагали по 12 электродов. Все электроды были выполнены одинаковыми. Размеры электродов, мм: ширина 75; высота 40; толщина 3,0. Нечетные электроды были установлены герметично с днищем и боковыми стенками, а четыре герметично только с боковыми стенками корпуса. Нечетные и четные электроды были смещены по высоте относительно друг друга. Зазор между днищем корпуса и нижней кромкой четных электродов был равен высоте выступающей части этих же электродов над уровнем жидкости и расстоянию между соседними электродами и составлял 10 мм.

Оси входного и выходного патрубков находились на одном уровне с верхней кромкой нечетных электродов. Днища всех секций электродов и гидрозатворов были оборудованы трубками с клапанами. Пена с поверхности жидкости убиралась при помощи пеносборного механизма в наклонный лоток, жестко соединенный с боковой стенкой корпуса.

П р и м е р 1. Очистке подвергали смешанный сток красильного и отделочного цехов камвольно-суконного комбината. Красители: кислотные, прямые катионные, активные лапазоли прямые, хромовые и вофланы. Исходное значение рН стока 6,5, концентрация красителя составляла 0,1 г/л. Скорость течения жидкости составляла 15 л/ч. Электроды из алюминия марки Al₂. Плотность тока в первой секции составляла 70 А/м², во второй секции 30 А/м². Степень очистки от красителей 99,9% П р и м е р 2. Разложению подвергали отработанные смазочно-охлаждающие жидкости, приготовленные на основе эмульсолов ЭГТ (ТУ 38.101149-75) и НГЛ-205 (ТУ 38.101547-80) взятые из цеха металлообработки изделий. Исходное значение: рН 11, содержание нефтепродуктов 4 г/л. СОЖ предварительно нейтрализовали 40% раствором серной кислоты до рН 6,5 и пропускали через установку с алюминиевыми электродами (Al ₂). Скорость течения жидкости составляла 10 л/ч. Плотность тока в первой секции составляла 120 А/м², во второй секции 40 А/м². Степень очистки от нефтепродуктов составляет 99,95% П р и м е р 3. Очистке подвергали стоки кожевенного комбината от ионов хрома и хлора. Исходное значение: рН 11, концентрация в сточной воде, г/л: хрома 1,2; хлора 0,47. Очищаемую жидкость предварительно нейтрализовали раствором НСl до рН 7 и пропускали последовательно через установки со стальными и графитовыми электродами. Скорость течения жидкости составляла 10 л/ч. Плотность тока в первой секции составляла 150 А/м², во второй 50 А/м². Степень очистки от ионов хрома составляла 99,8% от ионов хлора 99,7% Сравнительные экспериментальные данные устройства-прототипа и предлагаемого устройства показывают, что устройство-прототип обеспечивает очистку жидкостей только от хрома. Степень очистки составляет 97% Функциональные возможности устройства-прототипа ограничены очисткой жидкостей от примесей только одного характера.

Предлагаемое устройство обеспечивает повышение степени очистки жидкостей от хрома до 99,8% и, кроме того, позволяет очищать жидкости от красителей (степень очистки 99,9% ), от нефтепродуктов (степень очистки 99,95%) и от ионов хлора (степень очистки 99,7%).

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в существенном повышении степени очистки жидкостей и в расширении его функциональных и технологических возможностей.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, содержащий корпус в виде прямоугольного открытого бака, оборудованный входным и выходным патрубками, внутри которого размещен блок с секциями электродов одинакового размера, выполненных из нерастворимого при электролизе материала и расположенных перпендикулярно к потоку очищаемой жидкости, и гидрозатворы, установленные на входе и выходе из электролизера, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен по крайней мере одним автономным блоком с секциями электродов из растворимого и/или нерастворимого при электролизе материала и по крайней мере одним гидрозатвором, образованным установкой перегородки между блоками с секциями электродов, причем начетные электроды установлены герметично с днищем и боковыми стенками корпуса, а четные герметично только с боковыми стенками корпуса, нечетные и четные электроды смещены по высоте относительно друг друга, при этом зазор между днищем корпуса и нижней кромкой четных электродов равен высоте выступающей части этих же электродов над уровнем жидкости и расстоянию между соседними электродами, оси входного и выходного патрубков находятся на одном уровне с верхней кромкой нечетных электродов, а днища всех секций нечетных электродов и гидрозатворов оборудованы трубопроводными коммуникациями с запорной арматурой.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен устройством для сбора и удаления пены, выполненным в виде пеносъемного механизма, установленного на подвижной раме, и наклонного лотка, жестко скрепленного с боковой стенкой корпуса, при этом пеносъемный механизм выполнен в виде скребка, представляющего собой рабочие лопатки, один конец которых жестко закреплен к транспортеру, причем ширина рабочих лопаток скребка соответственно равна расстояниям между боковыми поверхностями четных электродов и между стенками и перегородками гидрозатворов, а их высота равна расстоянию смещения между четными и нечетными электродами относительно друг друга.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2