Способ электрохимической очистки вод бытового, питьевого и промышленного назначения

Изобретение относится к способам электрокоагуляционной очистки воды и может быть использовано при водоподготовке в муниципальных, индивидуальных и промышленных условиях. Способ электрохимической очистки вод включает электрокоагуляцию с электродами из нержавеющей стали с предварительно гальванически нанесенным покрытием толщиной 0,2 мм. Осуществляют последующую фильтрацию на каскаде сорбентов, выбранных из натуральной или искусственной целлюлозы, кварцита белого и песка кварцевого с зерном 0,2 мм, поверхностно-модифицированного инкапсулированного анионообменника на основе силикагеля с привитой четвертичной аммониевой группой с метил-, этил-, метилэтокси-заместителями с порами 50 нм, и катионообменника с привитыми к силикагелевой матрице карбоксигруппами с порами 40 нм. Процесс электрокоагуляции осуществляется в двухслойной гелево-полиэлектролитной матрице, содержащей слой силикагеля и нанесенной на него смеси полиэтиленгликоля, его алкилпроизводных, полученных в результате SN-алкилирования калиевых алкоголятов алифатических спиртов галогеналкилами при ст.у.: 1,2-диаллилоксиэтана, 1,2-диаллилоксиэтанола-1,а также аллилового спирта. В качестве стабилизирующей добавки в гелево-полиэлектролитную смесь введена целлюлозно-цеолитная водная суспензия иллипсита (K2Ca)[AlSi4O12]×4,5H2O. Все операции осуществляются в едином электрокоагуляционном реакторе. Обеспечивается устранение загрязняющих веществ в широком диапазоне природы осаждаемых частиц, устранение необходимости регулярной периодической загрузки коагулянта, сорбентов и других реактивов, значительное снижение времени очистки при сохранении скорости потока проходящей жидкости. 1 табл., 2 пр., 2 ил.

 

Изобретение относится к способам электрокоагуляционной очистки воды и может быть использовано при водоподготовке в муниципальных, индивидуальных и промышленных условиях.

Проблема чистой воды является глобальной современной проблемой. Практически все поверхностные источники воды содержат продукты сброса технологических, сельскохозяйственных и коммунальных вод с высокой концентрацией органических соединений, поверхностно-активных веществ, тяжелых металлов и неорганических солей, кислот и оснований, пестицидов, патогенных микроорганизмов, продукты горения лесных массивов и разложения биомассы. В то же время объемы потребления воды с каждым годом возрастают. Это вынуждает изыскивать эффективные скоростные методы водоочистки как в объемах больших городов, так и при индивидуальном водопотреблении.

Значительное количество пищевых, фармацевтических, медицинских, химических производств и предприятий биотехнологии предъявляют особые требования к воде, участвующей в технологическом цикле. Допустимые количества солей жесткости, хлора, нитратов, органических веществ, взвесей и микробиологических примесей в такой воде крайне малы. Добиться соответствия предъявляемым требованиям к качеству воды позволяет использование коагуляционных способов водоподготовки.

Используемые в современной практике коагуляционные способы химической водоочистки связаны с добавлением в воду значительных количеств коагулянтов и флокулянтов, сопровождаются интенсивными воздействиями ультрафиолетового (УФ-), ультразвукового (УЗ-) и магнитных полей. В связи с этим их применение ограничено. Проведение коагуляции в условиях поляризации позволяет резко снизить количество коагулянта, значительно повысить степень очистки воды и сократить время водоподготовки.

Известен способ очистки технических вод химической, пищевой, деревообрабатывающей промышленности, металлургии и других водозатратных отраслей народного хозяйства (патент RU 2214969 от 27.10.2003, бюл. №30, Абрамов О.В. с соавт.) от щелочных, щелочноземельных и тяжелых металлов, радионуклидов, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ и органических соединений на основе электрокоагуляции с дополнительным введением в реакционную камеру коагулянта, флокулянта и активирующих добавок на фоне УЗ-воздействия. Применяемая реакционная камера имеет размеры, рассчитанные с учетом акустического резонанса на уровне частот рабочего УЗ поля. Внутренняя поверхность стенки камеры является одним из катодов, второй катод представляет собой трубку, закрепленную в центре камеры и снабженную гидродинамическим излучателем. Снаружи реакционной камеры перпендикулярно оси камеры авторами патента предложено устанавливать дополнительную пару УЗ излучателей. Анодом является перфорированная трубка, располагающаяся коаксиально между катодами. Системы подачи очищаемой воды, алюмо-кремниевой коагуляционно-флокуляционной смеси с активирующими добавками катионного полиэлектролита, ПАВ или неорганической соли подсоединяются к реакционной камере через блок акустической развязки и гидродинамический излучатель.

При большой функциональности данный способ более подходит для промышленных вод, так как использует УЗ поле до 500 кГц и не ниже 50 дБ при значительном расходе коагулянтов и флокулянтов.

Другой способ электрокоагуляционной очистки сточных муниципальных, сельскохозяйственных, шахтных и производственных вод, содержащих органические и неорганические загрязнители, приведен в патенте Бойла Р. Дж. et al. (RU 24944976 от 10.10.2013, бюл. №28).

Устройство для электрохимической обработки воды представляет собой электролизер с вращающимся катодом и растворимым анодом. В схему устройства включен также и инертный анод. Применение вращающегося катода позволяет предотвратить отравление рабочей поверхности катода и обеспечить равномерное расходование анода в зоне первой обработки поступающей на очистку воды, характеризующейся более высоким напряжением по сравнению с потенциалом во второй зоне обработки, расположенной ниже по потоку и снабженной нерастворимым анодом.

Загрязненная вода поступает в электрокоагуляционный реактор (электролизер) и подвергается обработке в первой зоне между вращающимся катодом и расходным анодом, где в результате электрохимического окисления в воду стекают ионы железа, и происходит образование мицеллы под действием напряжения, подаваемого на первую зону.

Затем очищаемая вода поступает во вторую реакционную зону с пониженным подаваемым напряжением и инертным анодом. Здесь происходит химическое окисление примесей, в том числе по автокаталитическому механизму.

Очищенная в результате электрокоагуляции и сопутствующих химических реакций вода поступает в отстойник, снабженный входным и выходным каналами, позволяющими отделить поток очищенной воды от осажденных примесей загрязняющих веществ.

Несмотря на явную эффективность, данный способ очистки связан с избыточным поступлением в воду ионов железа и продуктов химического окисления загрязняющих веществ, а также с длительной подачей высокого напряжения на систему в нескольких различных режимах, что делает способ очистки достаточно затратным и возможным преимущественно для промышленных стоков.

Предложенный авторами патента RU 2624643 от 05.07.2017 (бюл. №19) В. Орешчаниным et al. способ электрохимической очистки воды бытового и промышленного назначения заключается в сочетании метода предварительного гравитационного осаждения взвешенных примесей и электрокоагуляции, электроокисления, электрофлотации, использующихся в качестве основной стадии водоочистки с последующей обработкой УФ и УЗ, а также окислением озоном.

Устройство для проведения очистки включает конструкционное решение для проведения фазы осаждения крупных загрязнений, после чего вода подается в первую реакционную фазу в реакторную емкость, оснащенную набором стальных электродов. На данном этапе происходит основная обработка воды, включающая электрокоагуляцию, флотацию и окисление с одновременным смешиванием с озоном, УФ, УЗ и электромагнитной обработкой.

Далее вода поступает во вторую реакторную емкость (вторая реакционная фаза), где постоянный ток переключается с набора стальных электродов на набор алюминиевых реакторных электродов. Это сопровождается процессами электрокоагуляции, флотации и окисления с одновременным УФ, УЗ и электромагнитным воздействием аналогично первой реакционной фазе.

Затем вода попадает в медленную фазу коагуляции и флотации с последующим разделением в отдельной разделительной емкости. В зависимости от типа загрязнений в методе предусмотрены дополнительные этапы фильтрации и окисления.

Способ позволяет удалять из сточных технологических вод высококонцентрированные загрязнения тяжелыми металлами, органическими веществами, высокомолекулярными соединениями, коллоидными частицами, неорганическими веществами различных классов и может быть использован в подготовке природных вод к бытовому и питьевому потреблению. Однако способ требует значительной конструкционной работы по организации резервуаров водообработки, большого количества металлических электродов различной природы, поставляющих катионы железа и алюминия в обрабатываемую воду, дополнительных расходов на полевые воздействия.

Процессы электрокоагуляции лежат в основе действия устройства и технологии очистки питьевой воды, представленных в патенте Lee Thiam-Seng TW200716489 (А) от 01.05.2007. Описываемое устройство включает в себя набор электролизеров с вращающимся дисковым электродом, на которые подается напряжение 5-15В. Способ обеспечивает надежную очистку от органических загрязнителей, в том числе поверхностно-активных веществ, коллоидных частиц, а также частиц неорганической природы, ионов тяжелых металлов, патогенных микроорганизмов.

Автор патента CN 106810014 (А) от 09.06.2017 Li Yan описывает возможности усовершенствования электрокоагуляционного реактора для очистки промышленных сточных вод при применении полимерных материалов, армированных стекловолокном, гальванопокрытий и биофильтров, что в сочетании с эффективным зонированием обработки воды приводит к значительному увеличению степени очистки. Представленный в патенте реактор снабжен выводами для входа и выхода потока очищаемой воды, расположенными с разных сторон реактора; внутри реактора предусмотрены зоны основного процесса электрокоагуляции-электрофлокуляции, фильтрования и зоны аэробной и анаэробной реакций, протекающих на многослойных биопленках. При этом зона аэробной обработки совмещена с УФ-облучением для наиболее полного обеззараживания воды. Данное предложение сочетает в себе возможности электрохимической и биологической очистки. Это может быть востребовано при обработке сточных промышленных, сельскохозяйственных, медицинских и бытовых вод.

В патенте О. Laurence et al. US20170217809A1 от 03.08.2017 предложено устройство мобильной станции непрерывного действия для очистки сточных вод от твердых частиц, солей, тяжелых металлов, продуктов, загрязняющих воду при газо- и нефтедобыче, бактерий с помощью электрокоагуляции, сопряженной с озонированием и системой фильтрации. Станция снабжена блоками регистрации и контроля показателей качества воды, подключенными к соответствующим модулям очистки.

Очищаемая вода поступает сначала в блок озонирования, где при взаимодействии с газообразным озоном происходит первичное осаждение примесей. Процесс может вызвать повышение рН, поэтому к модулю озонирования подключен блок контроля рН.

Затем вода поступает последовательно в зону электрокоагуляции и флокуляции. Здесь происходит основная реакция образования мицелл, в результате контролируемого роста которых интенсивно начинает развиваться процесс седиментации. Образующийся шлам задерживается при прохождении водой серии фильтров.

Авторами особо отмечается, что непрерывность действия данной станции не означает отсутствие возможностей остановки процесса, но требует отличать данную технологию очистки от загрузочных процессов, часто использующихся при водоподготовке и очистке сточных вод, предполагающих загрузку коагулянтов, флокулянтов и других реактивов в рабочую зону и последующую их выгрузку после отработки.

Скорость водоочистки, которую поддерживает данная технология, достаточно высока и может достигать 103-414 л/мин. Конструкционное решение, мощность водного потока, обеспечивающего такую скорость процессов, наличие сложного автоматизированного регистрирующего и контролирующего комплекса предполагает использование данной станции на мощных предприятиях с большими объемами технологических вод. Вместе с тем, такая скорость потока делает проблематичным использование станции в случае высококонцентрированных стоков, электрокоагуляционная очистка которых протекает во времени, зависящем от природы загрязняющих веществ.

Наиболее приближенным к заявляемому способу электрохимической очистки вод бытового, питьевого и промышленного назначения является способ, предложенный в патенте RU 2591937 от 20.07.2016 (бюл. №20) Демидовича В.Н. с соавт.(прототип). Основную электрокоагуляционную обработку воды в реакторе с вертикальными алюминиевыми электродами в данном способе предваряют гидродинамическая очистка от крупных взвешенных примесей на сетчатом фильтре и дегазация; циркуляционная вакуумно-эжекционная аэрация, окислительная обработка и кондиционирование с добавлением химических реагентов, оптимизирующих контролируемые показатели при водоподготовке: рН, электропроводность, степень окисления загрязняющих веществ.

Затем воду отправляют на каскадное осветление в последовательно функционирующие камеры с набором тонкослойных элементов в виде кольцевых профилированных пластин, обеспечивая как прямой ход водного потока сверху вниз, так и обратный - снизу вверх, завершая очистку тонким фильтрованием на фильтре с зернистой загрузкой из дробленого керамзита и УФ-облучением.

Предложенная авторами модульная станция системно-комплексной очистки питьевой воды из природных подземных и поверхностных источников с высоким содержанием загрязняющих веществ показала свою эффективность в условиях нефтяных и газоконденсатных месторождений Севера Западной Сибири (Южно-Русское НГМ, Когалымское НМ, Юрхаровское НГКМ) при подготовке воды хозяйственно-питьевого назначения в безальтернативных условиях водозабора.

Вместе с тем, используемый метод предполагает наличие высокотехнологичных рабочих и контролирующих модулей, что связано со значительными затратами и, вследствие этого, может быть использован достаточно крупными производствами и муниципальными поставщиками вод хозяйственно-питьевого назначения.

Задачей настоящего изобретения является разработка эффективного, малозатратного и экологичного способа очистки вод бытового, питьевого и промышленного назначения, использующего незагрузочные виды коагуляции в сочетании с адсорбционными методами очистки питьевой воды с целью получения чистой воды высокого качества при малых сроках обработки воды.

Предлагаемый способ может быть задействован как в промышленной водоподготовке с особыми требованиями к качеству питьевой воды, так и в условиях муниципальной подачи воды, а также в индивидуальных установках очистки природных вод.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в данном способе реализована возможность проведения фазы электрокоагуляции в одном реакторе с фазой фильтрации за счет реализации процесса электрокоагуляции в гелево-полиэлектролитной матрице на основе силикагеля, фиксирующей коагулянт. Это позволяет использовать незагрузочные виды коагуляции, так как коагулянт не вымывается потоком очищаемой воды. При этом нет необходимости проводить периодическую загрузку реактивов в реактор, впоследствии освобождая очищаемую воду от избыточных токсичных ионов, и добавлять флокулянты для интенсификации процесса укрупнения частиц. Процесс фильтрации начинается в зоне электрокоагуляции, поскольку компоненты гелево-полиэлектролитной матрицы, в том числе силикагель, обладают выраженными адсорбционными свойствами. Это позволяет переходить к стадии адсорбционных процессов в каскаде фильтров, постепенно понижая их пористость, в том же электрокоагуляционном реакторе.

Техническим результатом изобретения является устранение загрязняющих веществ в широком диапазоне природы осаждаемых частиц, в том числе тяжелых металлов, солей жесткости, нитратов, хлоридов, хроматов, пестицидов, поверхностно-активных веществ, ароматических соединений, золей, взвесей и бактерий, эффективное использование оборудования при отказе от проведения этапов очистки в разных резервуарах, устранение необходимости регулярной периодической загрузки коагулянта, сорбентов и других реактивов, значительное снижение времени очистки до стабильного результата при сохранении скорости потока проходящей жидкости.

Достоинствами изобретения являются:

- упрощение схемы электрохимической очистки воды в результате технического решения проблемы проведения электрокоагуляции и фильтрования осаждаемого шлама в одном реакторе;

- возможность проведения процесса электрохимической обработки как в непрерывном режиме, на порядки снижающем расход коагулянта и необходимых реактивов, так и периодическим способом;

- возможна замена реакционной зоны и ее составных частей через определенный период времени в случае отравления фильтров избыточным шламом;

- выбор оптимального режима поляризации, обеспечивающего стабильный рост мицелл на скорости потока очищаемой жидкой фазы за счет оптимизации фазового состояния, пористости и химического состава зоны электрокоагуляции;

- сокращение времени электрохимической обработки воды до значений, позволяющих проводить процесс очистки на скорости потока жидкости;

- снижение энергозатрат за счет подбора оптимального режима поляризации по плотностям катодного и анодного тока, электропроводности среды, напряженности приложенного электрического поля;

- использование в технологии автоматизированного блока, снабженного необходимым количеством регистрирующе-контролирующих девайсов.

Полученный положительный результат эффективного коагулирования примесей различной природы, загрязняющих воду, объясняется использованием в электрокоагуляционном реакторе электродов из нержавеющей легированной стали с гальванически сформированным поверхностным слоем толщиной 0,02 мм, а также пористостью, обеспечивающей равномерное поступление ионов-коагуляторов в межэлектродное пространство, содержащее потенциалопределяющие ионы. В прианодном пространстве начинается формирование мицелл золей кремниевой кислоты и других компонентов гелево-полиэлектролитной матрицы.

В результате сильной специфической адсорбции иона-стабилизатора второй системы на поверхности частицы золя кремниевой кислоты происходит взаимная коагуляция золей, сопровождающаяся снижением электрокинетического потенциала при уменьшении толщины диффузионного слоя мицеллы и, как результат, значительное увеличение скорости коагуляции взвеси, содержащей загрязняющие примеси, даже в отсутствие флокулянтов. На катоде в это время восстанавливаются ионы металла и протекает реакция кислородной деполяризации, результатом которой является поступление в межэлектродное пространство незначительного количества свободных гидроксил-ионов. Это может приводить к некоторому увеличению рН, поэтому стабильность данного показателя контролируется с регистрирующе-контролирующей автоматизированной панели.

Отличиями данного способа от электрохимической очистки по прототипу являются: отсутствие раздельно функционирующих модулей, операций кондиционирования путем циркуляционной механохимической дезагрегации частиц загрязняющих веществ, дегазации и обеззараживания, электромагнитной обработки, движения воды в противоположных направлениях на системе каскадного осветления. В данном способе не предусмотрено введение дополнительных реактивов (хлорида натрия, щелочей и кислот) для поддержания электропроводности среды, степени окисления загрязняющих веществ. Поступающие в раствор при электроокислении электродов ионы не нуждаются в последующем удалении.

Представленный способ электрохимической очистки вод бытового, питьевого и промышленного назначения включает электрокоагуляцию в двухслойной гелево-полиэлектролитной матрице, содержащей слой силикагеля и нанесенной на него смеси полиэтиленгликоля, его алкидпроизводных, полученных в результате SN-алкилирования калиевых алкоголятов алифатических спиртов бромистыми и хлористыми алкилами при ст.у.: 1,2-диаллилоксиэтан, 1,2-диаллилоксиэтанол-1, и аллилового спирта, при этом в качестве стабилизирующей добавки в гелево-полиэлектролитную смесь введена целлюлозно-цеолитная водная суспензия филлипсита (K2Ca)[AlSi4O12]×4,5H2O, в каркасную структуру C3V-симметрии которой в условиях катодной поляризации (потенциостатический режим, скорость развертки потенциала 0,002 В/см, время экспозиции 60 мин, электролит (12 г/л H2SiO3+25 г/л AgNO3+15 г/л K2CO3+20 г/л KI+7,5 г/л NH4Cl+3 г/л желатины) встраиваются наночастицы Ag, протекающую в электрокоагуляционном реакторе, снабженном электродами, выполненными из легированной нержавеющей стали, с нанесенным гальваническим покрытием из серебросодержащего электролита заданной площади, толщины и пористости, расположенными так, чтобы обеспечивать равномерное поступление ионов, высвобождающихся в результате электрохимического окисления, в межэлектродное пространство. В результате сопутствующих катодных реакций может происходить незначительное изменение кислотности прикатодного пространства, поэтому в электрическую цепь системы очистки включена регистрирующе-контролирующая автоматизированная панель, обеспечивающая измерение и поддержание на постоянном уровне значения рН и электропроводности межэлектродного пространства, а также общих параметров процесса: давления воды, состояния сорбентов, температуры. Расположенные далее по ходу потока воды фильтры на основе сорбирующих материалов (целлюлозы, кварцита белого и песка кварцевого, поверхностно-модифицированного инкапсулированного анионообменника на основе силикагеля с привитой четвертичной аммониевой группой, где заместителями являются алкильные заместители, и катионообменника с привитыми к силикагелевой матрице карбоксигруппами), поглощают седиментирующие частицы, укрупненные в результате электрокоагуляции.

Технологическая схема электрохимической очистки вод бытового, питьевого и промышленного назначения представлена на рис. 1. Предлагаемый способ заключается в следующем: вода подается в электрокоагуляционный реактор. Схема устройства реактора отражена на рис. 2: 1 - корпус электрокоагуляционного реактора; 2 - зона электрокоагуляции в гелево-полиэлектролитной матрице; 3 - электроды с нанесенным покрытием заданной толщины; 4 - каскад сорбентов различной пористости и полярности. Вода поступает в реактор и попадает в первую зону очистки - зону электрокоагуляции в гелево-полиэлектролитной матрице (2). Электрокоагуляция проводится под действием постоянного электрического тока заданной плотности. Подача тока осуществляется из электрической схемы процесса на электроды с нанесенным покрытием толщиной 0,2 мм (3), размещенные в данной зоне. В межэлектродном пространстве в данной зоне формируется двухслойная гелево-полиэлектролитная матрица, содержащая слой силикагеля и нанесенную на него смесь полиэтиленгликоля, его алкилпроизводных, полученных в результате SN-алкилирования калиевых алкоголятов алифатических спиртов бромистыми и хлористыми алкилами при ст.у.: 1,2-диаллилоксиэтан, 1,2-диаллилоксиэтанол-1, и аллиловый спирт.Степень алкилирования НО-групп субстрата обусловлена степенью замещения гидроксогрупп в присутствии гидроксида калия (безводного) (соотношение KOH:ОН-группы=2:1) при ст.у.. Реакция протекает механизму депротонирования субстрата и генерирования активных анионных частиц, вступающих в нуклеофильное взаимодействие с комплексом субстрата. Хроматографически в составе геля также зафиксированы этандиол-1,2, 1,2-диаллилоксиэтан, 1,2-диаллилоксиэтанол-1, аллиловый спирт. В качестве стабилизирующей добавки в гелево-полиэлектролитную смесь введена целлюлозно-цеолитная водная суспензия филлипсита (K2Ca)[AlSi4O12]×4,5H2O, в каркасную структуру C3V-симметрии которой в условиях катодной поляризации (потенциостатический режим, скорость развертки потенциала 0,002 В/см, время экспозиции 60 мин, электролит анодирования (12 г/л H2SiO3+25 г/л AgNO3+15 г/л K2CO3+20 г/л KI+7,5 г/л NH4C1+3 г/л желатины) встраиваются наночастицы Ag под контролем электропроводности среды и рН. Для этого к зоне (2) подключена регистрирующе-контролирующая автоматизированная панель, обеспечивающая регистрацию (R) и контроль (С) электрических и общих показателей процесса (рис. 1).

Адсорбционные свойства компонентов гелево-полиэлектролитной матрицы обеспечивают поглощение коагулирующих частиц уже в зоне (2). Для наиболее полной очистки вода фильтруется, проходя через каскад сорбентов различной пористости и полярности (4): кварцита белого и песка кварцевого с зерном 0,2 мм, поверхностно-модифицированного инкапсулированного анионообменника на основе силикагеля с привитой четвертичной аммониевой группой, где заместителями являются алкильные заместители Белсфер 500 Q-P с порами 50 нм, и катионообменника с привитыми к силикагелевой матрице карбоксигруппами Белсил 400 Карбокси с порами 40 нм. В результате многократно повторяющихся актов адсорбции-десорбции, реализуемых в данной системе фильтров, вода очищается от остаточных загрязнителей с малым радиусом молекулы.

Пройдя систему фильтров, очищенная вода подается на выход из реактора.

В зависимости от области применения и степени загрязнения вод способ может быть дополнен входным барьерным сетчатым или угольным фильтром для удержания крупных и твердых частиц, а также насосом для обеспечения обратного тока воды при необходимости очистки реактора.

Данный способ электрохимической очистки вод бытового, питьевого и промышленного назначения при необходимости может быть реализован как в непрерывном цикле водоочистки, так и в варианте накопительного реактора, позволяющего после декантации освобожденной от коагулировавших шлаков жидкости проводить ее ультратонкую очистку на каскаде фильтров различной пористости.

Пример осуществления изобретения 1. Электрокоагуляционный реактор диаметром 53 мм и длиной 300 мм (рис. 2), подключаемый к магистральному водопроводу.

Вода подается в электрокоагуляционный реактор (рис. 2). Попадая в зону электрокоагуляции 2, подвергается воздействию слоя гелево-полиэлектролитной матрицы в поле, создаваемом электродами 3 из стали 08X20H14C2 площадью 18,84 мм2 с предварительно гальванически нанесенным покрытием толщиной 0,02 мм, пористостью, контролируемой электрографическим методом, соотнесенным с данными абсолютной маслоемкости покрытия (ГОСТ 9.302-88) на уровне 0,002 мг/мм из электролита (12 г/л H2SiO3+25 г/л AgNO3+15 г/л K2CO3+20 г/л KI+7,5 г/л NH4Cl+3 г/л желатины). Ток силой 0,1-0,2 мА подается, регистрируется и контролируется с панели контроллера показателей процесса (рис. 1). Частицы загрязняющих веществ, захваченные образующимися мицеллами и их ассоциатами, направляются в зону системы фильтров, включающей слои толщиной 20-100 мм, площадью 2205 мм2 из натуральной или искусственной целлюлозы, кварцита белого и песка кварцевого с зерном 0,2 мм, поверхностно-модифицированного инкапсулированного анионообменника на основе силикагеля с привитой четвертичной аммониевой группой, где заместителями являются алкильные заместители Белсфер 500 Q-P с порами 50 нм, и катионообменника с привитыми к силикагелевой матрице карбоксигруппами Белсил 400 Карбокси с порами 40 нм. Проба воды на выходе обладает прозрачностью, вкусовыми качествами отвечающими требованиям к питьевой воде СанПин 2.1.4.1074-01, имеет водородный показатель 6,8-6,9, не содержит взвешенных веществ, нитратов, нитритов и тяжелых металлов, общая жесткость снижается с 2,91 до 0, 32 ммоль/дм3, карбонатная жесткость уменьшается до 3 ммоль/дм3, в пробах с содержанием железа в количестве 5200 -8000 мкг/дм3 наблюдается снижение содержания железа до 3-18 мг/дм3, содержание органических веществ (ХПК) уменьшается от 50-100 до 0,27 гО/дм3 (табл.1).

Проведенные в лабораторных и производственных условиях эксперименты, в которых оценивались критерии кислотности, общей и карбонатной жесткости воды, содержание тяжелых металлов, хлоридов, нитратов, органических веществ, мутности и наличия взвешенных веществ, показали, что представленный метод и установка электрохимической очистки вод бытового, питьевого и промышленного назначения обеспечивает прозрачность воды, практически полное устранение взвешенных веществ, солей жесткости, тяжелых металлов, хлоридов, нитратов, органических веществ, поддерживает рН на уровне значения 6,8 (по СанПиН 2.1.4.1116-02 для питьевой воды 6,5-8,5)(табл.1).

Таким образом, представленный способ электрохимической очистки вод бытового, питьевого и промышленного назначения позволяет эффективно очищать воду природных поверхностных и подземных источников.

Способ электрохимической очистки вод бытового, питьевого и промышленного назначения, включающий электрокоагуляцию с электродами из нержавеющей стали с предварительно гальванически нанесенным покрытием толщиной 0,2 мм, пористостью, контролируемой электрографическим методом, соотнесенным с данными абсолютной маслоемкости покрытия на уровне 0,002 мг/мм2 из электролита (12 г/л H2SiO3+25 г/л AgNO3+15 г/л K2CO3+20 г/л KI+7,5 г/л NH4Cl+3 г/л желатины), с системой регистрации и контроля электрических и общих показателей процесса и последующей фильтрацией на каскаде сорбентов системы фильтров, включающей слои толщиной 20-100 мм, и площадью, определяемой диаметром реактора, из натуральной или искусственной целлюлозы, кварцита белого и песка кварцевого с зерном 0,2 мм, поверхностно-модифицированного инкапсулированного анионообменника на основе силикагеля с привитой четвертичной аммониевой группой с метил-, этил-, метилэтокси-заместителями с порами 50 нм, и катионообменника с привитыми к силикагелевой матрице карбоксигруппами с порами 40 нм,

отличающийся тем, что процесс электрокоагуляции осуществляется в двухслойной гелево-полиэлектролитной матрице, содержащей слой силикагеля и нанесенной на него смеси полиэтиленгликоля, его алкилпроизводных, полученных в результате SN-алкилирования калиевых алкоголятов алифатических спиртов галогеналкилами при ст.у.: 1,2-диаллилоксиэтана, 1,2-диаллилоксиэтанола-1,а также аллилового спирта, при этом в качестве стабилизирующей добавки в гелево-полиэлектролитную смесь введена целлюлозно-цеолитная водная суспензия филлипсита (K2Ca)[AlSi4O12]×4,5H2O

под контролем электропроводности среды и рН,

при этом все операции осуществляются в едином электрокоагуляционном реакторе.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к активации воды с повышением ее физико-химической активности без изменения химического состава и может быть использована в домашних условиях, пунктах общественного питания, для полива.

Изобретение относится к очистке подотвальных вод ионитами и может быть использовано в горнодобывающей промышленности. Способ очистки подотвальных вод и технологических растворов от меди включает удаление содержащихся ионов железа(III) и ионообменную очистку.

Группа изобретений относится к способу и устройству ускорения испарения воды с использованием солнечной энергии. Устройство для ускорения испарения воды выполнено из полимерного материала с плотностью 0,8-0,95 г/см3 и содержит плоское основание 1, на верхней и нижней поверхности которого размещены ребра 3.

Изобретение относится к области очистки фосфорсодержащих сточных вод и может быть использовано для очистки городских стоков, стоков предприятий пищевой промышленности, а также животноводческих и птицеводческих комплексов.

Группа изобретений относится к активации воды с повышением ее физико-химической активности без изменения химического состава и может быть использована в домашних условиях.

Изобретение может быть использовано в технологии очистки сточных вод от ионов металлов. Способ включает обработку реагентом, перемешивание и отделение осадка.

Изобретение относится к способу удаления перфторированной алкановой кислоты. Способ включает стадии, на которых вводят в контакт первый раствор с анионообменной смолой с получением второго раствора и получаемой в результате анионообменной смолы, содержащей перфторированную алкановую кислоту, адсорбированную на ней.

Изобретение относится к способу и устройству для сушки и санобработки органических отходных материалов. Устройство содержит корпус 10 контейнера для вмещения подлежащих сушке отходных материалов, имеющий вход 16 для подлежащих сушке материалов и выход 17 для высушенных и подвергнутых санобработке материалов, смесительные элементы 20, расположенные в корпусе 10контейнера и снабженные лопаткой 21, выступающей относительно поддерживающего ее вращающегося вала 23, вентиляционный контур 30, выполненный с возможностью генерировать принудительную вентиляцию воздуха внутри корпуса 10 контейнера, содержащий средства 33 генерации воздушного потока снаружи корпуса 10 контейнера, сообщающиеся с распределительным соплом 34, расположенным внутри корпуса 10 контейнера, причем распылительное сопло 34 связано с лопаткой 21, выполненной с возможностью смешивать отходные материалы, находящиеся в корпусе 10 контейнера, датчик 42 температуры, конфигурированный для измерения температуры внутри корпуса 10 контейнера, и систему управления, выполненную с возможностью приема сигнала от датчика 42 температуры и управления потоком воздуха, нагнетаемого внутрь корпуса 10 контейнера посредством вентиляционного контура 30, в зависимости от сигнала, принятого от датчика 42 температуры.

Изобретение относится к системам очистки жидкости, в частности воды, с применением фильтрующих модулей с намывным слоем и может быть использовано в различных областях техники, например, для промышленной фильтрации различных суспензий и технологических растворов, при фильтрации напитков, очистке воды от нефтепродуктов и т.д.

Способ относится к области очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов и может быть использовано на нефтедобывающих предприятиях, нефтебазах, автозаправочных станциях, для тонкой очистки пластовых и промысловых вод, а также на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности для очистки сточных вод.

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве, животноводстве, медицине и пищевой промышленности. Устройство для электроактивации воды содержит корпус, образованный вертикально установленными цилиндрическим 2 и трубчатым 1 электродами, скрепленными герметично и коаксиально втулками 3, 4, выполненными из диэлектрического материала, сетку 8, размещенную между одним из электродов 2 и засыпкой 7 из токопроводящих гранул, наибольший размер которых не превышает половины толщины засыпки 7, диафрагму 11, два диэлектрических кольца 9, 10, дополнительную электродную камеру 13, линии для подвода 17 и отвода 21 воды, подключенные к концам трубчатого электрода 1, снабженного радиальными отверстиями 24, 19 в верхней и нижней части и источник тока. Дополнительная электродная камера 13 образована цилиндрическим электродом 2 со штуцером 25 в верхней части, подключенным к линии отвода 26 воды. Диафрагма 11 выполнена из ультрафильтрационного материала, закрепленного на наружной поверхности сетки 8. Два диэлектрических кольца 9, 10 установлены по торцам сетки 8. Верхнее диэлектрическое кольцо 9 выполнено с уплотнительным элементом 16 и размещено на наружной поверхности сетки 8. Нижнее диэлектрическое кольцо 10 содержит симметрично расположенные радиальные отверстия 14 с пазами 15 на наружной поверхности для подвода воды в дополнительную электродную камеру 13 и закреплено на внутренней поверхности сетки 8. Трубчатый электрод 1 выполнен с дополнительными радиальными отверстиями 20. Засыпка 7 из токопроводящих гранул размещена между трубчатым электродом 1 и сеткой 8. На линиях отвода воды 21, 26 установлены регулируемые дроссели 22, 27. Изобретение позволяет повысить биологическую активность воды за счет снижения окислительно-восстановительного потенциала и увеличить концентрацию водорода и кислорода в обработанной воде. 1 ил.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности при обезвреживании пульпы гипохлорита кальция, образующейся в процессе очистки хлорсодержащих газов от хлора известковым молоком. Способ обезвреживания пульпы гипохлорита кальция включает вывод отработанной пульпы гипохлорита кальция из системы циркуляции в емкость, обработку раствором соляной кислоты. В качестве раствора соляной кислоты используют абгазную соляную кислоту с концентрацией 10-15 мас.%, полученную при обезвреживании отходящих газов процесса хлорирования титановой шихты в титановых хлораторах. Отработанную пульпу гипохлорита кальция перед обработкой абгазной соляной кислотой разделяют на осветленный гипохлоритный раствор и осадок. В осветленном гипохлоритном растворе определяют содержание гипохлорита кальция. Осветленный гипохлоритный раствор подают в герметичную емкость и при перемешивании постепенно добавляют абгазную соляную кислоту. При этом количество хлористого водорода в добавляемой абгазной соляной кислоте поддерживают в 5-25% избытке от стехиометрически необходимого к содержанию гипохлорита кальция в осветленном гипохлоритном растворе. Затем выделившийся газообразный хлор компримируют и возвращают в производство титана для хлорирования титансодержащей шихты. Осадок утилизируют в очистных сооружениях. Изобретение позволяет снизить содержание активного хлора в промышленных сточных водах, уменьшить загрязнение окружающей среды, получить в процессе обезвреживания газообразный хлор. 2 з.п. ф-лы, 4 пр.

Группа изобретений относится к очистке нефтесодержащих вод и может найти применение для очистки сточных вод промышленных предприятий, деятельность которых связана с использованием нефтесодержащих жидкостей, нефтебаз, АЗС, нефтедобывающих платформ, а также судовых льяльных вод. Способ очистки нефтесодержащих вод включает последовательную обработку очищаемой воды в поле действия центробежных сил, коалесценцию, отстой под воздействием гравитационных сил, подогрев и фильтрацию, отвод отделенной нефти и удаление твердых дисперсных примесей. Обработку под воздействием центробежных сил осуществляют с помощью низконапорного гидроциклона при угловой скорости, не превышающей 1000 об/мин. Отвод отделенной нефти обеспечивают на трех последовательных ступенях очистки. Очищаемую воду дополнительно обрабатывают с помощью магнитной сепарации. Операцию фильтрации совмещают с сорбцией. В качестве сорбционно-фильтрующего материала используют измельченное модифицированное полипропиленовое волокно. Устройство для очистки нефтесодержащих вод содержит цилиндрический корпус с днищем и крышкой, патрубки подвода очищаемой воды, промывочной воды и продувочного воздуха, патрубки удаления очищенной воды, нефтепродуктов и грязи. Кроме того, устройство содержит узел центробежной обработки, подогреватель, размещенный в верхней части корпуса, гравитационный отстойник-нефтесборник и фильтрующие элементы. Также устройство содержит вертикальную перегородку в виде внутреннего цилиндра, установленного коаксиально корпусу и разделяющего внутреннее пространство устройства на две части. Каждая из частей образует самостоятельную фильтрующую ступень. Гравитационный отстойник-нефтесборник выполнен трехсекционным с отдельным выводом собранной нефти из каждой секции. Узел центробежной обработки представляет собой низконапорный гидроциклон. Фильтрующие элементы содержат сорбционно-фильтрующий материал. Техническим результатом изобретения является повышение качества очистки нефтесодержащих вод путем снижения содержания нефти до норм ПДК за счет исключения эффекта эмульгирования и предотвращения вторичного загрязнения очищенной воды нефтью, скапливающейся в загрузках, а также путем более полного удаления железосодержащих примесей при одновременном улучшении экономических и экологических показателей способа устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 пр., 4 ил.
Группа изобретений может быть использована при обработке сточных вод в качестве флокулянтов и коагулянтов. Композиции высокосульфатированных, высокоосновных полиалюминия хлорсульфатов (PACS) имеют основность от 55 до 75% и формулу: Al(OH)xCl(3-x-2y)(SO4)y, где 1,78≤х≤2,02, 0,03≤у≤0,45 и 1,8≤х+у/2≤2,1; отношение Al:SO4 составляет от 2 до 34; отношение Al:Cl составляет от 0,9 до 3,0; отношение Al:OH составляет от 0,5 до 0,6 и средняя молекулярная масса PACS больше или равна 95 и меньше или равна 111. Кроме того, соли, присутствующие в композиции PACS, включают от 0 до 1,0% хлорида натрия по массе и от 0 до 1,0% сульфата натрия по массе. Композиции получают путем смешивания твердого гидроксихлорида алюминия, содержащего 1,5 или менее молей гидратационной воды, с водным раствором сульфата алюминия и выдерживания полученной суспензии в течение периода времени, достаточного для превращения суспензии в прозрачный или немного мутный раствор. Упаковку в виде контейнера, содержащую смесь двух компонентов - гидроксихлорида алюминия и сульфата алюминия, используют при обработке сточных вод. Указанная смесь содержит от 0,75 до 20 частей гидроксихлорида алюминия на 1 часть сульфата алюминия в расчете на сухую массу, и указанный гидроксихлорид алюминия содержит менее 3 молей гидратационной воды. Изобретения обеспечивают высокую эффективность и стабильность полученных композиций в качестве устойчивых к нагреванию коагулянтов при работе с холодными или очень мутными водами в широком диапазоне рН. 8 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к способам электрокоагуляционной очистки воды и может быть использовано при водоподготовке в муниципальных, индивидуальных и промышленных условиях. Способ электрохимической очистки вод включает электрокоагуляцию с электродами из нержавеющей стали с предварительно гальванически нанесенным покрытием толщиной 0,2 мм. Осуществляют последующую фильтрацию на каскаде сорбентов, выбранных из натуральной или искусственной целлюлозы, кварцита белого и песка кварцевого с зерном 0,2 мм, поверхностно-модифицированного инкапсулированного анионообменника на основе силикагеля с привитой четвертичной аммониевой группой с метил-, этил-, метилэтокси-заместителями с порами 50 нм, и катионообменника с привитыми к силикагелевой матрице карбоксигруппами с порами 40 нм. Процесс электрокоагуляции осуществляется в двухслойной гелево-полиэлектролитной матрице, содержащей слой силикагеля и нанесенной на него смеси полиэтиленгликоля, его алкилпроизводных, полученных в результате SN-алкилирования калиевых алкоголятов алифатических спиртов галогеналкилами при ст.у.: 1,2-диаллилоксиэтана, 1,2-диаллилоксиэтанола-1,а также аллилового спирта. В качестве стабилизирующей добавки в гелево-полиэлектролитную смесь введена целлюлозно-цеолитная водная суспензия иллипсита [AlSi4O12]×4,5H2O. Все операции осуществляются в едином электрокоагуляционном реакторе. Обеспечивается устранение загрязняющих веществ в широком диапазоне природы осаждаемых частиц, устранение необходимости регулярной периодической загрузки коагулянта, сорбентов и других реактивов, значительное снижение времени очистки при сохранении скорости потока проходящей жидкости. 1 табл., 2 пр., 2 ил.

Наверх