Электролизер для очистки кислой металлосодержащей сточной воды

 

Использование: для очистки кислых сточных вод, содержащих катионы различных металлов. Электролизер содержит последовательно расположенные анодные и катодные камеры, соответственно с пластинчатыми анодами и сетчатыми катодами, снабженные с плоских сторон синтетической сеткой и разделенные диафрагмой в виде змеевика, изогнутой вокруг анодов и катодов. Воздухораспределитель в виде многозубчатой двухсторонней гребенки размещен под камерами. Имеется крышка со штуцерами ввода и вывода воздуха и штуцера ввода и вывода воды. Сетка выполнена из нити толщиной 0,8 - 1,2 мм с ячейками 2х 2 мм. Электроды выполнены в виде плотного пакета анодов и катодов, чередующихся сетками с диафрагмой. 2 з. п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к устройствам для электрохимической очистки кислых сточных вод и может быть использовано для очистки природных и сточных вод, содержащих катионы различных металлов.

Известен способ умягчения природной воды в диафрагменном электролизере с отдельной подачей воды в катодную и анодную камеры, раздельным выводом католита и анолита с последующим их смещением, очисткой католита от труднорастворимых соединений. Процесс ведут с использованием пористого или перфорированного катода. Умягченную воду подают с одной стороны вдоль него, а с другой в закатодное пространство часть очищенного католита, насыщенного кислородом, с фильтрацией его через пористый катод для увеличения стабильности работы последнего. Установка для реализации этого способа содержит диафрагменный электролизеp, состоящий из анодной и катодной камер с размещенным в них соответственно анодом и перфорированным катодом, закатодной камеры, бачок-сепаратор, механический фильтр и эжектор. Данный электролизер взят за прототип.

Недостатки электролизера-прототипа наличие устройства для раздельной подачи воды в катодную и анодную камеры, наличие в схеме сепаратора отделителя кислорода в анолите, фильтра очистки католита с эжектором. Электролизер подобного типа может нормально работать только при условии более высокого давления католита в закатодном пространстве. В противном случае, при увеличении сопротивления фильтра католита, свежая очищенная вода будет вытеснять насыщенный кислородом католит из закатодной области и эффекта стабильности не будет. Невозможна очистка сточных вод от большого числа растворенных компонентов. Характерны большие затраты электроэнергии и относительно низкая производительность.

Цель изобретения повышение производительности, снижение энергозатрат и увеличение количества очищаемых компонентов.

Указанная цель достигается тем, что в электролизере, содержащем последовательно расположенные анодные и катодные камеры, разделенные диафрагмой, с размещенными в них пластинчатыми анодами и сетчатыми катодами, штуцером ввода сточных вод, двумя штуцерами вывода католита и анолита, крышки со штуцерами подвода воздуха и выходным патрубком, диафрагма выполнена в виде гармошкообразно изогнутой вокруг анодов и катодов непрерывной ленты. Катоды и аноды с плоских сторон снабжены синтетической сеткой. Под анодными и катодными камерами установлено воздухораспределительное устройство, выполненное в виде многозубчатой двухсторонней гребенки. Сетка выполнена из нити толщиной 0,8-1,2 мм с ячейками 2 х 2 мм. Электроды выполнены в виде плотного пакета анодов и катодов, чередующихся сетками и диафрагмой.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный электролизер отличается тем, что диафрагма выполнена в виде гармошкообразно вогнутой вокруг катодов и анодов непрерывной ленты, а катоды и аноды с плоских сторон снабжены синтетической сеткой из нити толщиной 0,8-1,2 мм с ячейками 2 х 2 мм. Под анодными и катодными камерами установлено воздухораспределительное устройство, выполненное в виде многозубчатой двухсторонней гребенки. Электроды выполнены в виде плотного пакета анодов и катодов, чередующихся сетками и диафрагмой.

На фиг.1 показан электролизер, общий вид; на фиг.2 сечение А-А на фиг;1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 катод, разрез.

Электролизер состоит из корпуса 1 со съемной крышкой 2, ряда чередующихся листовых нерастворимых анодов 3, синтетических сеток 4 с толщиной нити 0,8-1,2 мм, расположенных с обеих боковых сторон катодов и анодов, полупроницаемой диафрагмы 5 из ткани типа бельтинг в виде непрерывной гармошкообразно сложенной ленты, ряда чередующихся катодов 6 из металлической сетки с толщиной проволоки 1 мм и размером ячейки 1 х 1 мм, входного штуцера 7, изготовленного для увеличения жесткости боковой стенки в виде кармана, выходных штуцеров католита 8 и анолита 9, газоотводной крышки 10 с входными штуцерами 11 воздуха и выходным патрубком 1 2, регулятором 13 расхода католита и анолита, выполненными в виде заслонок, двух нижних опор 14, изготовленных из стеклотекстолита с овальными отверстиями для прохода воды, воздухораспределительной гребенки 15. Съемная боковая крышка и стенки электролизера выложены листовой резиной 16 для защиты корпуса от кислых стоков и исключения перетоков воды из анодных камер в катодные и обратно.

Электролизер работает следующим образом.

Кислые сточные воды, очищенные от механических примесей через штуцер 7, поступают в нижнюю часть корпуса 1 электролизера и параллельными потоками поднимаются по анодным и катодным камерам. Под действием электрического тока происходит разложение металлосодержащих солей и образование гидроксидов. Поскольку катоды 6 выполнены из одной или нескольких нержавеющих сеток 4 из проволоки диаметром 1 мм и размером ячейки 1 х 1 мм площадь поверхности катода намного превышает площадь листового анода 3 процесс протекает в условиях низкой поляризации электрода с малым газообразованием. Достижение эффекта турбулизации восходящего потока и постоянного обновления контактируемой поверхности жидкости с анодами происходит за счет синтетических сеток 4, расположенных с обеих сторон. Что же касается катода, то кроме сеток подобный эффект достигается и конструкцией самого катода 6. Изменение направления водных потоков на катоде изображено схематично на фиг.4. Сетчатые катоды и синтетические сетки облегчают газовыделение, уменьшают гидравлическое сопротивление электролизера и увеличивают производительность в несколько раз. Очищенный католит и анолит сливается в прорези карманов из своих камер в стороны не закрытые с торцов диафрагмой и через штуцер 8 и 9 выводятся из электролизера. Для очистки катодов и анодов от возможного осаждения на их поверхности образующихся гидроксидов через воздухораспределительную гребенку 15 в электролизер подается сжатый воздух. Газы, образовавшиеся в процессе электролиза и воздух, подаваемый в электролизер через гребенку, собираются в газоотводной крышке 10, разбавляются воздухом, подаваемым через штуцеры 11 и выводятся через патрубок 12 наружу.

Результаты очистки кислых шахтных стоков одной из шахт Кизеловского угольного бассейна приведены в таблице. Из таблицы видно, что 11 компонентов практически очищены до уровня ПДК.

Удельные энеpгозатраты по прототипу составляют 1,3-4,8 Вт ˙ ч/л, а по предлагаемому устройству 0,4-0,6 Вт ˙ ч/л. Следовательно, экономится электроэнергия, причем степень очистки всех 11 компонентов составляет 80-100% Предлагаемая конструкция электролизера позволяет очищать сточные воды с большим содержанием самых разнообразных солей, а прототип позволяет лишь умягчить природную воду.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ОЧИСТКИ КИСЛОЙ МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩЕЙ СТОЧНОЙ ВОДЫ, содержащий последовательно расположенные анодные и катодные камеры, разделенные диафрагмой, с размещенными в них пластинчатыми анодами и сетчатыми катодами, штуцер ввода воды и штуцеры вывода анолита и католита, крышку со штуцером ввода и вывода воздуха, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен воздухораспределителем, выполненным в виде многозубчатой двусторонней гребенки и размещенным под камерами, диафрагма выполнена в виде змеевика, изогнутого вокруг анодов и катодов, причем аноды и катоды с плоских сторон снабжены синтетической сеткой.

2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что сетка выполнена из нити толщиной 0,8 - 1,2 мм с ячейками 2 х 2 мм.

3. Электролизер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что электроды выполнены в виде плотного пакета анодов и катодов чередующихся сетками с диафрагмой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5