Способ очистки сточных вод, содержащих диспергированные примеси

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51 М. Кп.з С 02 Е 1/46 с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетГосударственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 150882. Бюллетень Мо 30 Дата опубликования описания 1508,82(72) Авторы изобретения Л, Г. Ворона, М, П. Купчик, И. Н. Переверзева и Н; У, мишук ехнической теплофизики АН Инсти(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖА 1 Ц ДИСПЕРГИРОВАННЫЕ ПРИМЕСИ сточны ческим особ осветлени ботки их элект 2 очистке реальных щих полидисперсные ается заданный эфпервоочередной ко средних частичек очного в связи с ого, пр содерж е дости ки ввид рупных недоста 5 Кромерастворо примеси, фект очи агуляции 30 приМеси Изобретение относится к очистке дисперсных систем: суспензий, эмуль сий и др, коллоидных растворов, со- . держащих частицы различных размеров и природы, и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, химической, нефтеперерабатываюшей промышленностях для разделения реальных дисперсий и выделения ценных веществ с целью их дальнейшей утилизации, а также для очистки различных жидкостей. Известен сп я х вод путем обра ри током 1.По этому способу очистка растворов осуцествляется за счет объемной коагуляции примесей, протекающей в поле постоянного тока под взаимодействием ионов железа, Электрообработку очищаемой дисперсии проводят в пять этапов, повышая напряженность поля от преды" дущего этапа к последующему.Недостатками известного способа являются малая эффективность разделения высокодисперсных систем при зна" чительных расходах электроэнергии, необходимость расхода растворимыХ электродов (или реактивов) для осушествления электрокоагуляции примеси. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки воды от цветных, коллоидных вешеств, а также микроорганизмов путем пропускания раствора через сорбент, помешенный в электрическое поле2,По этому способу сорбент помещают в среднюю камеру трехкамерной электролитической ячейки, накладывают на электроды постоянное электрическое поле и пропускают очишаемый раствор с определенной скоростью. При этом имеющиеся в растворе частички примеси осаждаются на сорбенте в количестве, значительно превосходяшем его абсорбционную емкость.К недостаткам этого. способа относится необходимость значительного рас хода электроэнергии, так как он предусматривает очистку дисперсных систем; независимо от иХ состава при максимальных электрических полях.этим удаления частичек, примеси мало. -го размера.Цель изобретения вповышение степе.ни очистки и снижения энергозатратна проведение процесса,Поставленная цель достигается тем, 5что очистку сточных вод ведут путемпропускания их через слой сорбента,йомещенного в поле электрического тока, причем очистку ведут циклическисо ступенчатым увеличением напряженности электрического поля от цикла кциклу в пределах от 1 до 100 В/смпри скорости движения очищаемой водычерез слой сорбента (5-7)10 4 м/с.Кроме того, напряженность электрического тока от цикла к циклу увеличивают на 5-25 В/см.В указанных пределах напряженности поля происходит полная коагуляцияи удерживание частичек примеси, охватывающих по размерам всю коллоиднуюобласть дисперсности (10-10 см " )для каждой дисперсии (например, суспензии, эмульсии, раствора цветныхвеществ), отличающихся друг от другасвоим фракционным составом, существует свой предел напряженности электрического .поля, который обеспечиваетполное удаление примеси из раствора.Исследования показывают, что длярастворов цветных веществ с размеромчастичек 1-0,5 нм необходимо создатьэлектрическое поле напряженностьюдо 100 В/см с интервалом повышенияот цикла к циклу 15-25 В/см, чтообеспечивает повышение эффекта очист ки на 10-15. Для раздеЛения .такихдисперсных систем, как, напримерсуспензия-монтмориллонита, состоящихиз частичек с размером 250-200 нм,необходимо создание электрических 40полей напряженностью до 20 В/смс интервалом повышения напряженностиполя от цикла к циклу 5-7 В/см.Скорость потока раствораоказываетсущественное влияние на эффективность 45процесса электроочистки дисперсныхсистем,Для осуществления предлагаемогоспособа используют электролитическуюячейку, разделенную ионообменнымимембранами на три камеры; катодную,среднюю и анодную. Электродами служатграфитовые или платиновые пластины.В среднюю камеру помещают сорбент(силикагель или гранулированную глину, обожженную при 700"С). Черезэлектродные камеры пропускают растворэлектролита (ИаЯО+) со скоростью0,03-0,05 м/с. На электроцы подаютпостоянный электрический ток с минимальным напряжением, обеспечивающим 60удерживание в слое сорбента примесимаксимальных размеров, Разделениепроводят -в статических или динамических.условиях при скорости потока раствора не более 7 10 ф м/с. Время нахож дения дисперсии в слое сорбента определяется скоростью наступления равновесного состояния системы и должносоставлять не менее 2,5 мин,После завершения цикла очистки,определяемого по стабилизации концентрации примеси в растворе (в статических условиях) и по увеличению концентрации - от минимального значения - на выходе из ячейки (в динами-ческих условиях), прекращают подачураствора, осторожно сливают его изячейки,.подают в слой воду, отключают электрический ток. При этом осадок; состоящий из частичек примеси определенных размеров, разрушается и выносится потоком воды из межзернсвого пространства. Затем вновь подают на электроды ток более высокого напряжения и пропускают ранее очищенный раствор, содержащий частицы меньшего диаметра, и цикл повторяется. Напряженность поля повышается от цикла к циклу, и при этом получают осадок, состоящие из частиц примеси различных размеров. П.р и м е р 1. Дисперсную систему,представляющую собой водный растворцветных веществ - продуктов термического разложения сахарозы, с концентрацией примеси 5 г/л пропускают черезсреднюю камеру электролитической ячейки, размером 20 хЗОх 300 мм (толщина, высота, ширина), в которую предварительно помешают гранулы обожженнойглины (бентонита) со средним размером2,4+З,б мм, скорость потока поддерживают около 510 фм/с. Через электродные камеры прокачивают 0,1 и раствор Иа БО.со скоростью 0,035 м/с. Расстояние между электродами составляет 30 мм. На электроды подают напряжение,обеспечивающее напряженность поля в слое сорбента 5 + 0,1 В/см.Контроль напряженности поля осуществляется с помощью электродов сравнения, установленных в средней камере ячейки и вксокоомного потенциометра, Температуруоподдерживают в пределах 25 С. Раствор проПускают через слой сорбента .10 мин. Затем прекращают подачу. раствора, остатки его из ячейки осторожно сливают, отключают электрический ток, подают воду, и выливают остаток в отдельную емкость, После этого опыт повторяют, возвращая очищенный в первом цикле раствора во второй цикл. Напряженность поля увеличивают до 12,5 В/см. Повторяя опыты и увеличивая напряженность поля до заданной величины, получают фракцию осадков с различным размером частиц. Массу полученных Фракций определяют высушиванием весовым методом, Размер частичен цветных веществ определяют микродиффузионннм методом Фюрта, основанном на определении коэффициента диффузии.950681 При малых значениях напряженности поля и собственно небольших расходах электроэнергии удаляется преимущественно а-монтмориллонит, частицы которого достигают 200-250 нм, при боль. ших значениях поля - цветные вешества со средним размером фракций 0,8- 2,2 нм.С постепенным увеличением напряженности электрического поля можно достичь полного разделения дисперсной системы и практически 100-ной очистки.П р и м е р 3. Дисперсную систему, содержащую цветные веь,ества - продукты карамелизации сахарозы и дисперсии а-монтмориллонита с концентрацией вещества 5 г/л, очишают в статических условиях в электролитической ячейке по методике, изложенной в примере 2, Параллельно проводят опыт по очистке данной дисперсии (по известному способу) при тех же максимальных режимных параметрах.В процессе опытов определяют концентрацию примеси в растворах, плотности тока, напряжение на электродах и напряженность электрического поля в средней рабочей камере ячейки.В табл. 3 представлены вычисленные значения расхода электроэнергии по этапам очистки предлагаемого способа и суммарный эффект очистки после каждого этапа. 1Как видно из табл. 3, общий расход электроэнергии за цикл очистки длительностью 1,6 мин по предлагаемому способу составляет 0,0174 кВт-ч, в то время как по прототипу при тех же условиях - 0,0668 кВт-ч, т.е. почти в.4 раза меньше. ЭфФект очистки по предлагаемому способу в 2,5 раза больше, чем по известному и составляет 74,3. При увеличении количества этапов можно практически полностью очистить раствор от содержаШихся примесей. Таблица 1 еСредний Массоваярадиус час- доля частицтиц вофракции, нм Суммарныйэффект.очистки, Ъ Няпряженность поля, В/см75,0 73,5 18,2 0,90 89,0 15,5 052 100,0 Результаты проведения опытов представлены в табл. 1, из которой видно, что, увеличивая напряженность поля, становится возможным из одного и того же раствора цветных веществ, представляющего собой полидисперсную систему, 5 выделить отдельные фракции, отличающиеся размером частичек примеси. Чем больше радиус частичек, тем меньше требуется напряженность поля для их осаждения на сорбенте. оП р и м е р 2. Дисперсную систему, содержащую вешества - продукты термического разложения сахарозы - а-монтмориллонита с концентрацией каждого вецества 1 г/л, помецают в среднюю камеру электрической ячейки, размером 20 х 30 х 300 км, предварительно заполненной гранулированной глиной с диаметром гранул 2-3 мм, и подвергают воздействию постоянного электрического тока 2,5 мин при 25 С. Через электродные камеры, отделенные от средней ионообменной мембраной, прокачивают 0,1 г раствор. На электроды подают напряжение, обеспечивающее напряженность поля в средней камере в 1 В/см. По истечении заданного времени (времени установления равновесия системы) раствор сливают, отключают ток, промывают сорбент дистиллированной водой.30Затем циклы повторяют, постепенно увеличивая напряженность поля до 100 В/см и возвращая раствор, очиценный в предыдущем цикле, для очистки его в следующем цикле, В полученных, 35 Фракциях определяют концентрацию цветных веществ - калориметрических и суспензии - весовым методом, Реэуль. таты проведенных исследований приведены в табл. 2, 40Из данных табл, 2 видно,.что каждая из содержащихся в растворе примесей имеЮт свою предельную напряженность. электрического поля, величина которой определяется природой и размером час тиц, удерживаемых на сорбенте фракций(Чм о Ю 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 д 93 Ьоох 3хЭ 333ИхАМеож и 3 Ч М 3 иЪ 1 1 1 о3 1 1 11 1 1 11 1 3 1 1 1 1 О 3й сЛ М 3 Г 3 33 Ъ 3 Ъв оф Э ОЪс с сгЧ с 3 О О а 33 Ъ с с с с3 М О Ю 33 Ъ ЦЪ ОЪ Ю М ОЪ ОЪ ОЪ с с с о о о М чЧ ч 3 с с с с 3 М оФ СЧ Ю с с с (Ч М ОЪ О 1-1О оф1: Ю о о о об С Р оМо о ц х со 4 нб я ох ос х нЮ1Ю1х оэ х(еМ1 МДФМ1 а н1 ХО об о хах:хЮхОЕ хн нх эо дБх1д х1 бА но хэхео1 оц хЗно х ОР Ьо1 1 1 1 , х х ц ыч б л ао о о % с т" ф с 1 (Ч СЧс м Ю м й ф ОЪ % (Ч ОЪ -1 (Ч о мЮхоестМХАОано сбокхх1 11 1.1оонХ1и об ххлом 1снхоэ нхЕдыннад еох н 1 ухачохо Эре эаоБщне1 хд 1 нххдохехоц 2ыхцецх хмзехобияоа хаОц эхй оцххд хвалахо 1 хеебд хед ахлоих ааб Еб Но жмххИ О а о це оох ь о хл х охн обцхаад х 1ц ице сс хецх1 О Х Дбо бх цЮбэбОиха ОС фО(Ч11 осО оф 1с ЮЮ11 .1 1 111мъ Ф1 11 1 1 1 Лс Г1 СЧсРс г 1 о о мо950681 12 Формула изобретения Составитель Т. БарабашРедактор Е. Лазуренко Техред Т.Маточка Корректор С. щекмар Заказ 5884/24 Тираж 981 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1. Способ очисткисточных вод, содержащих диспергированные примеси, включающий пропускание их через слой сорбента, помещенного в поле постоян ного электрического тока, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения степени очистки и снижения энергозатрат на проведение процесса, очистку ведут циклически со ступенча-О тым увеличением напряженности электрического.поля от цикла к циклу в пре.делах от 1 до 100 В/см при скорости движения очищаемой воды через слой сорбента (5 7) 10 +м/с.2. Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что напряженность .электрического поля от цикла к циклу увеличивают на 5-25 В/см. Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 346237, кл. С 02 Р 1/46, 1970. 2. Авторское свидетельство СССР Р 470503, кл. С 02 Р 1/46., 1972 (прототип) .