Способ обработки загрязненной воды и устройство для его осуществления

 

Предлагаемый способ включает подачу подлежащей обработке воды в электролитическую ячейку, включающую первый и второй электроды, причем первый электрод, по меньшей мере, частично охватывает второй электрод. Подлежащая обработке вода подвергается электролизу в присутствии элементарного углерода. Предметом изобретения является также устройство для осуществления указанного способа. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 9 табл., 7ил.

Настоящее изобретение относится к способу обработки воды и устройству для его осуществления.

Проблема загрязнения воды приобретает все большее значение в современном обществе. В целом загрязнители воды можно разделить на следующие 7 групп: 1)cточные воды и другие кислородпотребляющие стоки; 2)инфекционные агенты; 3)удобрения; 4)редкие органические химикаты; 5)неорганические минеральные материалы и химические соединения; 6)наносы; 7)радиоактивные вещества.

Сточные воды и другие кислородпотребляющие стоки, как правило, представляют собой углеродсодержащие органические материалы, которые могут окисляться биологически или (в некоторых случаях) химически до диоксида углерода и воды. Такие стоки представляют опасность для окружающей среды, поскольку при разложении содержащихся в них материалов происходит снижение содержания кислорода в воде, что отрицательно влияет (и может даже привести к их гибели) на рыб и другие живущие в воде организмы. Кроме того, эти стоки имеют неприятный запах, и, попадая в источники питьевой воды для людей и скота, они ухудшают их качество, отрицательно влияя на вкус, цвет и запах воды. И, наконец, они могут вызывать вспенивание воды и приводить к образованию осадков, что делает воду непригодной для повторного использования.

Инфекционные агенты обычно присутствуют в сточных водах городов, санаториев, кожевенных заводов, боен и лодочных станций. Этот тип загрязнителей может вызывать болезни у людей и животных, в частности скота.

Удобрения (например азотные и фосфорные) могут стимулировать рост водных растений, что создает трудности при пользовании водой. Впоследствии же эти растения гниют, следствием чего является появление неприятного запаха и увеличение количества кислородпотребляющих веществ в воде (см.выше).

Редкие химикаты включают поверхностно-активные вещества, входящие в состав моющих средств, пестицидных композиций, различные химические продукты и продукты разложения других органических соединений. Некоторые из этих соединений являются токсичными для рыб уже в очень низких концентрациях. Многие из них очень плохо поддаются биологическому разложению.

Неорганические материалы и химические соединения обычно попадают в воду вместе с бытовыми и промышленными сточными водами, а также из городских стоков. Эти загрязнители оказывают губящее или вредное действие на рыб и другие водные живые организмы. Они могут также делать воду непригодной для питья или промышленного использования. Характерным примером в этом плане является присутствующая в воде ртуть. Другим примером такого типа загрязнителей являются соли NaCl и CaCl₂, использующиеся для борьбы с оледенением дорог зимой в северных странах с холодным климатом.

Наносы представляют собой почвы и минеральные частицы, вынимаемые дождями и при наводнении из почвы, пашень, незащищенных лесных земель, чрезмерно отравленных пастбищ, разрабатываемых открытым способом рудников, дорог и городских площадок, очищаемых бульдозерами. Такие наносы засоряют каналы и водоемы, оказывают эродирующее действие на турбины электростанций и насосы и уменьшают количество солнечного света, попадающего на водные растения, забивают водные фильтры, заносят места нерестилища рыб, икринки и источники корма, в результате чего уменьшаются популяции рыб и моллюсков.

Радиоактивные вещества обычно попадают в окружающую среду со сточными водами урановых и ториевых рудников и обогатительных заводов, атомных электростанций, а также со сточными водами, образующимися в процессе использования радиоактивных материалов в промышленных, медицинских и научных целях.

Из вышеизложенного вытекает, что целесообразно иметь способ обработки воды, который позволял бы удалять из нее, по меньшей мере, один из перечисленных загрязнителей.

Известен способ и устройство для обработки загрязненной воды с использованием электродов, имеющих круглое сечение, при подаче воды в межэлектродное пространство. Электролитическая ячейка для осуществления этого способа содержит катод в виде шара с перфорацией, внутри которого коаксиально расположен цилиндрический анод.

Задачей настоящего изобретения является создание нового способа обработки воды.

Задачей настоящего изобретения, кроме того, является создание нового устройства для обработки воды.

Предметом настоящего изобретения, таким образом, является способ обработки воды, включающий стадии: а)подача воды в электролизер, включающий первый и второй электроды, и б) осуществление электролиза воды в присутствии электролита, отличающийся тем, что первый электрод расположен на расстоянии от второго электрода и, по меньшей мере, частично охватывает его.

Предметом настоящего изобретения является далее способ обработки воды, включающий стадии: а) подачи воды в электролизер, включающий первый и второй электроды, и б) осуществление электролиза воды в присутствии электролита и элементарного углерода, отличающийся тем, что первый электрод расположен на расстоянии от второго электрода и, по меньшей мере, частично охватывает его.

Предметом настоящего изобретения является также устройство для обработки воды, включающее: а) электролизер, включающий первый и второй электроды, б) средство для подачи в электролизер обрабатываемой воды, б) средства для подачи в электролизер электролита, г) средства для приложения напряжения к электролизеру, и д) средства для удаления воды из электролизера после обработки, отличающееся тем, что первый электрод расположен на расстоянии от второго электрода и, по меньшей мере, частично охватывает его.

Отдельные варианты осуществления настоящего изобретения описываются с помощью чертежей, на которых изображены: фиг.1 перспективный вид первого и второго электродов, фиг. 2 сечение фиг. 1 по линии II-II, фиг. 3 сечение фиг. 1 по линии III-III, фиг. 4 вертикальный разрез первого и второго электродов, фиг. 5 сечение фиг. 4 по линии Y-Y, фиг. 6. разрез устройства для обработки воды и фиг. 7 график снижения химического потребления кислорода при обработке воды по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Под использующимся в настоящем описании понятием электролиз имеется в виду пропускание электрической энергии через раствор в количестве, достаточном для протекания не идущей самопроизвольно реакции восстановления-окисления (в дальнейшем называемой редоксреакцией). Под термином "электролит" имеются в виду вещества, диссоциирующие в растворе с образованием ионов, в результате чего раствор становится электропроводным.

Предлагаемые в соответствии с настоящим изобретением способ и устройство могут с успехом использоваться для обработки воды. Под выражением обработка воды имеются в виду процессы обессоливания воды, осаждения металлов, снижения содержания в ней микробиологических загрязнителей, очистки промышленных сточных вод (приведенные примеры, не ограничивающие, однако, объема изобретения, относятся к обработке сточных вод шахт и рудников, плавилен, гальванических и целлюлозно-бумажных производств, городских сточных вод и т.д.).

Предлагаемый способ может, кроме того, использоваться для разложения (без предварительной экстракции) хлорорагнических соединений, таких как полибромированные бифенилы (РВВ), оказывающие вредное действие на окружающую среду. Насколько известно заявителю, единственным эффективным способом разложения, например РСВ, который может быть осуществлен в промышленном масштабе, является экстракция их (при необходимости) из сточных вод с последующей термической обработкой при очень высоких температурах (например 1500^oC и выше). К сожалению, печи, необходимые для проведения такого процесса, очень дороги и сложны в обслуживании. Кроме того, при разложении РВС таким образом часто возникают проблемы вторичного загрязнения окружающей среды, например воздуха, продуктами разложения.

Далее, работа такой печи должна очень строго контролироваться для того, чтобы исключить снижение температуры, следствием которого может быть выброс токсичных побочных продуктов (образующихся вследствие разложения) РСВ.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения обрабатываемая вода подается в электролизер, который включает первый электрод, расположенный на расстоянии от второго электрода и, по меньшей мере, частично охватывающий его. Таким образом, один электрод играет роль анода, а второй катода. Какой из электродов играет роль анода, а какой катода, не имеет существенного значения. Предпочтительно, чтобы первый электрод был катодом, а второй - анодом.

Первый и второй электроды могут быть расположены друг относительно друга самым различным образом. Так, например, по одному из вариантов осуществления роль первого электрода могут играть стенки электролизера, а второй электрод может быть смонтирован таким образом, чтобы он был, по меньшей мере, частично погружен в находящуюся в электролизере обрабатываемую воду.

По другому, являющемуся предпочтительным, варианту осуществления оба электрода имеют вытянутую форму и расположены коаксиально по отношению друг к другу. Геометрия поперечного сечения первого и второго электродов не имеет существенного значения.

Второй электрод необязательно должен быть твердым. Электроды могут иметь, например, треугольное, квадратное, прямоугольное и т.п. сечение. Предпочтительно, чтобы первый и второй электроды имели круглое сечение, такая форма электродов позволяет размещать в электролизере несколько пар электродов, что было бы невозможно в случае плоских параллельных электродов.

Пример конструкции, включающий первый и второй коаксиально расположенные электроды, показан на фиг. 1, 2, 3. В этой конструкции второй электрод 12 выполнен в виде твердого цилиндрического тела, расположенного внутри первого электрода 10. Первый электрод 10 представляет собой полый цилиндр, который, по меньшей мере, частично охватывает второй электрод 12. По более предпочтительному варианту осуществления в первом электроде 10 имеется множество отверстий 14. Хотя расстояние между первым 10 и вторым 20 электродами не имеет существенного значения, предпочтительно, чтобы соотношение между диаметрами первого и второго электродов находилось в пределах от примерно 1,10 до примерно 3,50, более предпочтительно от примерно 1,10 до примерно 1,75, наиболее предпочтительно от примерно 1,10 до примерно 1,30.

По другому, также предпочтительному варианту осуществления, первый и второй электроды имеют сферическую форму. Пример такой конструкции электродов показан на фиг. 4, 5. В этом случае второй твердый электрод 22 располагается внутри первого электрода 20 (фиг. 5). Первый электрод 20 выполнен в виде полой сферы, в которой, предпочтительно, имеется множество отверстий 24. Второй электрод 22 отделен от первого электрода 20 крепящимся снаружи элементом 26 из непроводящего материала, соединенным со вторым электродом 22. Первый электрод 20 может иметь отверстие, достаточно большое для того, чтобы в него можно было ввести (и удалить) второй электрод 22. По другому варианту осуществления первый электрод 20 может состоять из двух или нескольких способных входить в зацепление друг с другом частей (например он может состоять из двух полусфер), благодаря чему его можно вводить (и извлекать) из второго электрода 22. Предпочтительно, чтобы первый 20 и второй 22 электроды имели совпадающие центры.

Состав первого и второго электродов не имеет существенного значения. Важно лишь, чтобы они выполняли свою функцию в электролизере. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения обрабатываемая вода подвергается электролизу в присутствии углерода, который может быть компонентом одного или обоих электродов. По другому варианту осуществления углерод может вводиться в электролизер в процессе электролиза в любой проходящей форме.

Примерами (которыми, однако, не ограничивается список возможных для использования материалов) подходящих материалов для изготовления первого и второго электродов являются нержавеющие стали AISI тип 304 (содержание углерода составляет, как правило, 0,08 весов,) и 317L (содержание углерода составляет, как правило, 0,03 весов.).

По другому варианту осуществления элементарный углерод вводится в электролизер, причем это введение может осуществляться любым подходящим способом, известным специалисту в данной области. Предпочтительно углерод вводится в электролизер в виде графита. Графит может находиться в форме порошка, добавляемого в электролизер, или в виде стержня, погружаемого в электролизер в ходе процесса.

По другому варианту осуществления или один, или оба электрода могут быть целиком выполнены из углерода. Примерами углеродных материалов, походящих в качестве единственного компонента материала электрода, являются графит и т. п. (этими примерами перечень подходящих материалов, однако, не ограничивается).

Природа электролита, подходящего для осуществления настоящего изобретения, не имеет существенного значения. Предпочтительными являются сильные электролиты (т. е. диссоциирующие практически полностью). Примерами сильных электролитов (этими примерами число возможных для использования электролитов, однако, не ограничивается) являются HNO₃, HClO₄, H₂SO₄, HCl: HI, HBr, HClO₃, HBrO₃, гидроксиды щелочных металлов, гидроксиды щелочноземельных металлов (например гидроксид кальция) и большинство солей (например хлорид кальция и хлорид натрия). Предпочтительными электролитами являются хлорид кальция, хлорид натрия, гидроксид кальция и смеси указанных соединений. Электролит может вводиться в электролизер в любом подходящем виде. Так, например, если электролит является твердым, он может быть растворен в обрабатываемой воде предварительно перед вводом в электролизер или непосредственно в электролизере. По другому варианту осуществления электролит может быть растворен в воде и храниться в виде раствора в отдельной емкости. По мере необходимости этот приготовленный раствор может затем вводиться в электролизер. Если используемый электролит является жидким, то он может по мере необходимости вводиться в электролизер в чистом виде или в виде разбавленного водного раствора.

На фиг. 6 изображено устройство для обработки воды в соответствии с настоящим изобретением (30). Устройство 30 включает электролизер 32, включающий первый электрод 34 (анод в этом варианте осуществления) и второй электрод 36 (катод в этом варианте осуществления). Первый 34 и второй 36 электроды расположены коаксиально по отношению друг к другу, как это показано на фиг. 1, 2, 3. Электроды 34, 36 соединены с источником постоянного тока 40 проводами 38. Электролизер 32 включает входные патрубки 42 и 44 для ввода в него электролита и обрабатываемой воды. Какой именно патрубок используется для ввода электролита, а какой для ввода воды, не имеет существенного значения. Электролизер 32 включает далее графитовый стержень 46, который по мере износа в ходе процесса может быть заменен на новый.

При работе устройства обрабатываемая вода и электролит вводятся в электролизер 32 через входные патрубки 42, 44, образуя смесь электролита и воды 48. Одновременно включается источник постоянного тока 40 и на электроды 34 и 36 подается напряжение.

При приложении к электродам 34 и 36 напряжения происходит электролиз смеси 48. В зависимости от природы обрабатываемой воды и/или присутствующих в ней примесей будет происходить осаждение твердых веществ (на рисунке не показаны) на дно электролизера 32 или образование пены (на рисунке не показана) на поверхности смеси 48. В первом случае сравнительно чистая вода будет удаляться из верхней части электролизера 32 с помощью подходящих средств, например, переливных устройств (на рисунке не показаны). Во втором случае (при образовании пены) сравнительно чистая вода может удаляться с помощью подходящих средств, например насоса (не показан), из нижней части электролизера 32. И в этом, и в другом случае способ удаления из устройства сравнительно чистой воды легко может быть выбран специалистом в данной области. Электролиз, осуществляемый в соответствии с настоящим изобретением, может также приводить к разложению присутствующих в воде различных примесей с образованием газообразных побочных продуктов, диффундирующих затем из нее.

Следует отметить, что предлагаемый способ может осуществляться периодически или непрерывно. Последнее предпочтительнее.

Отдельные варианты осуществления настоящего изобретения описываются с помощью нижеприведенных примеров, которые, однако, не ограничивают объема защиты изобретения.

Пример 1.

Пробу неочищенного стока получали с крупного целлюлознобумажного комбината. Порции этой пробы обрабатывали в электролизере, включающем две пары анодов и катодов, аналогичных по конструкции изображенным на фиг.1 3. Все аноды и катоды были выполнены из нержавеющей стали AISI тип 304. Два источника тока с выходным напряжением 6B на ток 2A были соединены последовательно с указанными парами катодов и анодов.

Четыре таких электролизера были соединены последовательно, таким образом, что выходящий из первого электролизера поток после отфильтровывания осадка мог переходить во второй и т.д.

В начале испытаний 1950 мл исходной неочищенной воды помещали в первый электролизер и проводили электролиз в течение 15 мин.при 37^oC. Перемешивание воды осуществляли с интервалом в 3 мин. В качестве электролита использовали хлорид кальция (0,580 г).

После окончания этого периода испытаний воду фильтровали и фильтрат помещали во второй электролизер, в котором проводили электролиз в тех же условиях, что и в первом электролизере (т.е. с использованием того же электролита, в течение такого же времени, при той же температуре и при таком же режиме перемешивания).

Такую процедуру повторяли в третьем и четвертом электролизерах. Обработанную воду после четвертого электролизера фильтровали и фильтрат анализировали для сравнения с исходной неочищенной водой.

Результаты анализа на содержание металлов и ионов в исходной неочищенной воде и фильтрате из четвертого электролизера представлены в табл. 1. Все данные приведены в p. p. m (частей на миллион). Анализы проводили в соответствии со стандартными методами APHA 16 с использованием плазменной спектрометрии. В табл. 1 приведены также (если таковые имелись) данные по предельно допустимым концентрациям тех или иных загрязнений в соответствии с нормами Ontario Drinking Water Objective (ODWO).

Как видно из табл. 1, в случае практически всех компонентов, на которые проводился анализ, концентрация их снижалась или оставалась на исходном уровне. В случае фосфора, железа и марганца удалось снизить их концентрацию от довольно высоких значений до величин, значительно более низких предельно допустимых концентраций по ODWO. Существенное снижение концентрации было достигнуто также в случае магния, алюминия, бария, бора, хрома, меди, свинца, титана, ванадия, цинка и циркония. Увеличение содержания кальция объясняется присутствием электролита на его основе. Оно может быть снижено путем уменьшения количества используемого электролита.

Химическое потребление кислорода (ХПК) исходной неочищенной воды определяли путем окисления содержащихся в ней органических соединений (стандартные методы АРНА 16). Окисление осуществляли с помощью кипящего раствора дихромовой кислоты. ХНК является мерой концентрации химикатов в пробе воды, которые могут потреблять растворенный в ней кислород. В данном опыте найденное значение ХПК исходной неочищенной воды равнялось 1590 p.p.m.

В отличие от этого ХПК фильтрата из четвертого электролизера равнялось 80 p.p.m. Данные по снижению ХПК для каждого из четырех электролизеров (ЭК) представлены в табл. 2. Резкое снижение ХПК иллюстрируется графиком на фиг. 7, из которого видно, что при использовании семи электролизеров можно добиться 100%-го снижения ХПК.

Пример 2.

В данном примере было проведено несколько опытов, целью которых было показать возможность использования настоящего изобретения для обработки воды, содержащей PCB. В опытах использовали два типа РСВ: РСВ 1242 (смесь бифенилов, содержащих примерно 42% хлора) и РСВ 1260 (смесь бифенилов, содержащих примерно 60% хлора).

Пробы растворов для проведения испытаний готовили путем растворения 50 мкг РСВ в таком количестве дистиллированной воды, чтобы получить 1 л раствора. Таким образом, конечная концентрация РСВ в растворе равнялась 50 p.p.b (млр. д. ). Отдельные порции приготовленного раствора обрабатывали в электролизере, включавшем анод и катод конструкции, аналогичной изображенной на фиг. 1 2. Анод был выполнен из углерода типа AGSX (графит), а катод из нержавеющей стали AISI типа 304. Питание электродов осуществлялось от источника тока с выходным напряжением 18 B и током 6A.

В начале опыта 1000 мл испытуемого раствора помещали в электролизер и проводили электролиз в течение 20 минут при 70^oC. Перемешивание раствора осуществляли с интервалами в 3 минуты. В качестве электролита использовали хлорид натрия (0,4 г).

Пробы раствора анализировали перед обработкой и после обработки на содержание в них РСВ. Анализ проводили с помощью газовой хроматографии (электронный детектор). Полученные результаты приведены в табл. 3.

Как видно из таблицы, в результате обработки происходит существенное снижение концентрации РСВ. Следует отметить, что указанное снижение было достигнуто сравнительно просто (а именно при температуре ниже 100^oC) по сравнению с вышеописанным известным способом разложения РСВ. Кроме того, в случае предлагаемого способа вследствие отсутствия проблем, связанных с возможной эмиссией, резко снижаются потери энергии.

Пример 3.

В данном примере РСВ обрабатывались в пробах такого же раствора и в таком же электролизере, что и в случае примера 2. Разница состояла в том, что использовали источник тока с выходным напряжением 48 В на ток 6 А.

В начале испытаний 1000 мл используемого раствора помещали в электролизер и проводили электролиз в течение 46 мин при 37^oC. В течение всего времени раствор непрерывно слабо перемешивали. В качестве электролизера использовали хлорид натрия (0,39 г) или хлорид кальция (0,40 г).

До обработки и после обработки пробы раствора анализировали таким же образом, как это описано в примере 2. Полученные результаты приведены в табл. 4.

Пример 4.

В данном примере было проведено несколько опытов, целью которых являлось показать возможность использования настоящего изобретения для обработки воды, содержащей диоксиды и фураны. Готовили раствор диоксина, содержащий смесь тетрахлор-, пентахлор-, гексахлор-, гептахлор и октахлор диоксинов, а также раствор фурана, содержащий смесь тетрахлор- пентахлор, гексахлор- гептахлор- и октахлорфуранов.

Пробы этих растворов обрабатывали в электролизере таким же образом, как это описано в примере 2. Различие состояло в том, что использовали источник тока с выходным напряжением 43 В на 6 А.

В начале опыта помещали в электролизер 950 мл испытуемого раствора и проводили электролиз в течение 60 мин при 37^oC. Раствор непрерывно перемешивали (не энергично). В качестве электролита использовали хлорид кальция (0,5 г). В процессе электролиза температура раствора (и диоксида, и фурана) возрастала до примерно 95^oC, а объем его уменьшался (за счет выпаривания) до 800 мл.

Пробы раствора анализировали до и после обработки таким же образом, как это описано в примере 2. Полученные результаты, включая концентрации каждого из загрзянителей в необработанных пробах, приведены в табл. 5.

Приведенные в табл. 5 данные не являются абсолютно точными. Дело в том, что для каждой группы соединений для приготовления стандартных растворов использовался один изомер. Так, например, использовавшийся для проведения испытаний тетрахлордиоксин представлял собой смесь 22 изомеров, тогда как для приготовления стандартного раствора при проведении анализа использовался лишь один изомер. Поэтому полученные результаты в случае каждой конкретной группы характеризуют поведение всей группы в целом (но не отдельных представителей группы). Тем не менее, из табл. 5 с очевидностью следует, что с помощью заявляемого способа можно существенно снизить концентрацию в воде диоксинов и фуранов.

Пример 5.

В данном примере было проведено несколько опытов, целью которых являлось показать возможность использования настоящего изобретения для обработки воды, содержащей некоторые виды бактерий. Использовали два типа бактерий: Escherichia coli (E.coli) и Pseudomonas aeruginosa (Paeruginosa). Выбор этих бактерий обусловлен тем, что они являются патогенными для человека.

Пробы испытуемых растворов готовили путем внесения (и перемешивания) 1 мл аликвотной части бактерий (в виде культуры) в 100 мл изотонического раствора. Приготовленные растворы подвергали электролизу в том же электролизе, который использовался в примере 2. В данном случае, однако, использовали источник тока с выходным напряжением 12 В на 6 A.

В начале опыта 1000 мл испытуемого раствора помещали в электролизер и затем проводили электролиз таким образом, чтобы температура раствора не превышали 40^oC. Это требование гарантировало, что снижение содержания бактерий в воде не связано с термическими эффектами. В процессе электролиза раствор непрерывно перемешивали (не энергетично). В использовании электролита в этом опыте не было необходимости, поскольку бактерии были диспергированы в изотоническом растворе.

Пробы раствора анализировали до и после обработки, определяя содержание в них бактерий. Определение проводилось обычными используемыми для этой цели способами. Полученные результата, а также данные по продолжительности реакции и температуре для каждого опыта приведены в табл. 6. В этой таблице выражение "количество" означает количество живых бактериальных клеток в 1 мл разбавленной культуры.

Как видно из таблицы 6, предлагаемый способ позволяет полностью уничтожить оба типа бактерий.

Пример 6 (опыты 1 2).

В данном примере было проведено несколько опытов, целью которых являлось показать важность того, чтобы первый электрод находился на расстоянии от второго электрода и, по меньшей мере, частично охватывал его. Предпочтительно, чтобы первый (предпочтительно катод) и второй (предпочтительно анод) электроды были расположены коаксиально друг относительно друга (фиг. 1 3). При таком расположении расстояние между обоими электродами может охарактеризоваться отношением внутреннего диаметра кольцевого катода к диаметру цилиндрического анода. Таким образом, переменные в данном примере определялись следующим образом: R d₂/d₁, где d₁ означает диаметр цилиндрического анода, а d₂ внутренний диаметр кольцевого катода. Пробу исходной неочищенной воды получали с крупного целлюлозно-бумажного комбината. Было проведено несколько опытов по следующей схеме. В начале каждого опыта 1000 мл исходной неочищенной воды помещали в электролизер, включавший анод и катод. Расположение анода и катода и их конструкция варьировались от опыта к опыту. Описание их приведено ниже. Электролиз проводили в течение 10 мин при 20^oC. Перемешивание осуществляли непрерывно. В качестве электролита использовали хлорид кальция (0,5 г). Использовавшийся источник тока имел выходное напряжение 12 В и давал ток 6 А. В конце испытаний обработанную воду фильтровали и фильтрат анализировали с помощью обычных аналитических методов, описанных в примере 1.

Опыт 1.

В этом опыте электроды были расположены таким образом, как это показано на фиг. 1 3. Анодом служил твердый стержень, расположенный коаксиально по отношению к цилиндрическому катоду. И анод, и катод были изготовлены из нержавеющей стали AISI тип 304.

Вышеуказанная величина R изменялась. Значения ее приведены в табл. 7. Как следует из этой таблицы, величина d₂ оставалась постоянной и равнялась 0,875 дюйма. Расстояние между электродами (а следовательно, и R) изменялось за счет изменения d₁.

Полученные в данном опыте результаты приведены в таблице 8. Все значения в ней приведены в p.p.m.

Из приведенных в табл. 8 данных видно, что снижение (или поддержание на прежнем уровне) концентраций нижеперечисленных металлов и ионов достигается при относительно малых значениях R (т.е. при относительно небольшом расстоянии между электродами): ХПК, кальций, алюминий, бор, медь, свинец, молибден, серебро, титан, цинк, магний, натрий, барий, кобальт, железо, марганец, кремний, таллий, ванадий, цирконий, сульфат, стронций, фосфат.

Единственными элементами из табл. 8, не входящими в этот список, являются калий, кальций и хром. Таким образом, предпочтительно, чтобы R находилось в пределах от примерно 1,10 до примерно 3,50, более предпочтительно, от примерно 1,10 до примерно 1,75, наиболее предпочтительно от примерно 1,10 до примерно 1,30.

Опыт 2.

Условия проведения испытаний в этом опыте были такими же, как в опыте 1. Различие состояло в том, что в данном опыте расположение электродов не было коаксиальным. Анод и катод были выполнены в виде плоских прямоугольных пластин, расположенных параллельно друг другу. Обе пластины были изготовлены из нержавеющей стал AISI тип 304. Площади каждой поверхности обеих пластин были равны площади твердого цилиндрического анода (кривая поверхность) диаметром 0,500 дюйма в соответствии с опытом 1. Таким образом, поскольку ни один из электродов, по меньшей мере, частично не охватывает другой, настоящий опыт не подпадает под объем настоящего изобретения.

В данном опыте расстояния (W) между параллельными электродами изменялось. Результаты анализов обработанной воды приведены в табл. 9.

Как видно из таблицы, в отличие от опыта 1, когда при коаксиальном расположении электродов значительно более хорошие результаты достигаются при небольшом расстоянии между электродами, при параллельном расположении плоских электродов нельзя сделать какой-либо определенный вывод о влиянии расстояния между электродами на эффективность обработки. Так, в частности, относительно небольшое расстояние между пластинами благоприятно сказывается в отношении снижения концентрации таких загрязнителей, как ХПК, магний, натрий, алюминий, барий, свинец, кремний, серебро, таллий, титан, ванадий, цинк, цирконий и фосфат, тогда как при относительно большом расстоянии между ними существенно снижаются концентрации кальция, калия, бора, кадмия, хрома, кобальта, меди, железа, марганца, молибдена, никеля, стронция и сульфата.

Если учесть вышесказанное, то совершенно удивительным и неожиданным становится высокий результат, достигаемый благодаря использованию электродов конфигурации, описанной в опыте 1 данного примера.

Формула изобретения

1. Способ обработки загрязненной воды, включающий ее обработку в электролитической ячейке при пропускании через межэлектродное пространство, образованное коаксиально расположенными на расстоянии друг от друга внешним перфорированным и внутренним непроницаемым электродами, с последующим выводом воды из электролитической ячейки, отличающийся тем, что обработку ведут в присутствии электролита при отношении диаметра внешнего электрода к диаметру внутреннего электрода 1,10 3,50.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку ведут при отношении диаметра внешнего электрода к диаметру внутреннего электрода 1,10 1,75.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку загрязненной воды целлюлознобумажной промышленности ведут при отношении диаметра внешнего электрода к диаметру внутреннего электрода 1,10 1,30.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что в качестве загрязненной воды используют воду, содержащую в качестве загрязнителей по меньшей мере один из компонентов, выбранный из группы, включающей сточные воды рудников, плавилен, гальванических, целлюлознобумажных производств, городских сточных вод, полихлорированные бифенилы, диоксины, фураны и полибромированные бифенилы.

5. Устройство для обработки загрязненной воды, содержащее электролитическую ячейку с внешним перфорированным и внутренним непроницаемым электродами, расположенными коаксиально на расстоянии друг от друга, средства ввода и вывода воды, средство для подачи напряжения на электроды, отличающееся тем, что оно снабжено средством для ввода электролита, а отношение диаметра внешнего электрода к диаметру внутреннего равно 1,10 3,50.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что внутренний электрод выполнен в виде сплошного тела.

7. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что внутренний электрод выполнен в виде стержня круглого сечения, а внешний в виде полого перфорированного цилиндра.

8. Устройство по любому из пп. 5 7, отличающееся тем, что отношение диаметра внешнего электрода к диаметру внутреннего равно 1,10 1,75.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что отношение диаметра внешнего электрода к диаметру внутреннего равно 1,10 1,30.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11