Электролизер

Союз Советски иСоциалистическихРеспублик О П И С А Н И Е 11 и 966027ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23)Приоритет С 02 Р 1/46 зафударсте 61 иый квинтет СССР ао дблан изобретений и атирытийОпубликовано 15.10.82 Бюллетень М 38 Дата опубликования описания 18.10.82(72) Авторы изобретения А .И . Гладкий, В .Г . Сергеев, Е .Я . Сокол и В,Й Харьковский отдел Всесоюзного научно-исследов4) ЭДЕКТРОДИЗЕР то обус-,вки 1 О Изобретение относится к очистке сточных вод, в частности к конструкциям электролизеров для очистки сточных вод от примесей коллоидно"дисперсного характера: масляных эмульсий, полимеров, поверхностно- активных веществ и т.п.Известно техническое решение; предусматривающее электроагуляционную, обработку предварительно подкисленных сточных вод в электролизере с растворимыми электродами 1 1.Подкисление обеспечивает подавление диссоциации эмульгаторов и тем самым снижает агрегативную устойчивость коллоидно-дисперсных систем. Как правило, для подкисления сточных вод используют концентрированные минеральные кислоты, являющиеся сильно действующими ядовитыми веществами, что требует при обращении с ними дополнительных мер по технике безопасности. Устройства, с помощью которых производят подкисление, сложны в исполнении, ч ловлено необходимостью футеро емкостей и коммуникаций, герметизации их и т.п. Кроме того, доставка кислых реагентов, их хранение и ввод в кислотный узел очистной установки представляют значительные трудности.Наиболее близким техническим решением является электролизер, в котором подкисление сточной воды происходит за счет генерирования ионов водорода непосредственно в электролизере, что позволяет отказаться от кислотного узла в очистной установке.В этом электролизере обработка. стоков производится в,вертикальной колонне, разделенной диафрагмой на две камеры - анодную и катодную, В катодной камере, куда подается водопроводная или очищенная вода, при пропускании электрического тока происходит подщелачивание последнейПри этом в нижней части засыпки, которая работает как катод биполярного электрода, образуется щелочь по реакции электрохимического разложения воды, а у нерастворимого анода - кислота. Кислота и щелочь образуются в эквивалентных количествах и (за счет высоких подвижностей ионов водорода и гидроксила, а также перемешивания жидкости электродными газами) происходит их взаимная нейтрализация с образованием воды. Таким образом, в нижней части анодной камеры не могут быть созданы условия для коагуляции, несмотря на значительные затраты электрической энергии, Поэтому коагуляция происходит только в верхней части засыпки, что, как это было показано,50 3 966027за счет выделения газообразного водорода и накопления в электролитеионов гидроксила. В анодной камере,снабженной нерастворимым анодом, находится кассета, заполненная железными опилками. В этой камере происходит растворение железных опилок,так как кассета представляет собойбиполярный электрод, а также подкисление сточной воды за счет реак" еции разложения воды на нерастворимом аноде. Образовавшиеся растворыиз катодной и анодной камер выводятсяв смеситель, где происходит их взаимная нейтрализация, затем вода, содержащая скоагулировавшие примеси, направляется в осветлитель для доочист",ки 2.. Недостатком данного решения является то, что в верхней части засыпки возможно образование газообразного кислорода за счет электрохимического разложения воды, в результатев верхней части засыпки накапливается кислота, содержащая. равновесные концентрации ионов железа вгидрозакиси железа. Это приводит ктому, что коагуляция загрязнений начинается уже в верхней части засыпки. В ходе электролиза происходитзагрязнение засыпки коагулянтом.Это снижает скорость электрохимического растворения железа и степеньочистки, повышая напряжение на электролизере, хотя это напряжение и беэтого высоко за счет биполярного 33включения засыпного электрода. Кроме того, нарушается гидравлическийрежим очистки. фрезко снижает работоспособностьэлектролизера,В известной конструкции не обеспечивается также использование газов, выделяющихся при.электролизе,хотя известно, что.такие газы хорошофлотируют загрязнения коллоидно-дисперсного характера, в связи с чемв схеме очистки предусмотрены смеситель и осветлитель, усложняющиеэту схему.Цель изобретения - повышение степени очистки сточной воды и экономииэлектроэнергии.Поставленная цель достигаетсятем, что в электролизере, содержащем корпус, разделенный диафрагмойна катодную камеру.и анодную, снабженную нерастворимым электродом,катод выполнен из металла или сплава, обладающего способностью к химическому растворению в щелочи с образованием коагулянта, например, изалюминия или дюралюминия, а анодрасположен под углом 15-25 к вертикали.При этом камеры сообщаются междусобой в верхней и нижней частях,и соотношение объемов катодной ианодной камер составляет (1: 10)(1:1),Предлагаемое соотношение объемов катодной и анодной камер обеспечивает одновременное завершение процесса полного подавления диссоциации эмульгаторов в анодной качере, что снижает агрегативную устойчивость колоидно-дисперсной системы, и процесса накопления в катодной камере дозы коагулянта, необходимой для полной коагуляции сточной воды, находящейся в анодной камере. С другой стороны,. такое соотношение объ- . емов катодной и анодной камер позволяет в короткое время получать высококонцентрированный раствор щелочи, который способен взаимодейство" вать с катодом с образованием коагулянта, Выполнение камер сообщающимися предотвращает нарушение гидро- статических и электрических равновесных состоянии .в камерах, так как убыль части католита, содержащего коагулянт, в катодной камере самопроизвольно компенсируется поступлением в эту камеру снизу такого же объема очищенной воды из анодной камеры.9 б 6027 Ь 5 10 кращают и через электролизер пропусКонцентрация ,кают электрический ток.загрязнений В ходе электролиза в анодной ка(нефтепродук мере 3 накапливаются ионы водорода, тов) в очищен- которые взаимодействуя с эмульгато" ной воде, мг/л . ром, например с мылом, подавляют диссоциацию последнего с образованием Угол наклонаанода к вертикальной оси.,0 Напряжение на электролизере, В 90 1 О 320 45 9,5 250 20 25 30 , 9,0 80 15 8,0 60 10 7,8 35 1, при углетрация загрязчину, допусти- сооружения Как видно из табл. наклона 15-25 о концен нений составляет вели мую при сбросе вод на биологической очистки 45 50 55 5Наилучшие результаты по глубине очистки получены при наклоне анода к вертикальной оси на угол 15-25 о. Результаты опытов по определению глубины очистки маслоэмульсионных сточных вод и напряжения на элек- тролизере при различных углах наклона анода и обязательном соотношении обьемов катодной и анодной камер 1:1 О приведены в табл. 1.Таблица 1 На чертеже представлен предлагаемый электролизер, разрез.Электролизер состоит из корпуса 1, разделенного диафрагмой 2, выполненной из диэлектрического материала, на дне камеры - анодную 3 и катодную 4. Камера 3 снабжена нерастворимым анодом 5, например из графита, установленным под углом к вертикали, а камера 4 - катодом 6, например из алюминия. Камера 3 выполнена с бункером.7 для сбора осадка и снабжена пено- . снимател-и 8 и пеноприемником 9. Трубопровод 10 предназначен для подачи очищаемой жидкости в камеру 3, а трубопровод 11 - для отведения очищенной жидкости за пределы электролиэера. Камеры 3 и 4 сообщаются через снабженный вентилем 12 патрубок 13. Камера 4 снабжена трубопроводом 14 с вентилем 15 для подачи в нее водопроводной воды. Для принудительного пе,ремещения католита в анодную камеру 3 используется устройство 16 и переливной патрубок 17Электролизер работает следующим образом,Камеру 3 по трубопроводу 1 О заполняют сточной водой, а камеру 4 по трубопроводу 14 при открытом вентиле 15 - водопроводной водой. При этомвентиль 12 патрубка 13 закрыт. После заполнения камер 3 и 4 до уровня пеносборника 9 подачу жидкостей пренерастворимых соединений, что снижает агрегативную устойчивость коллоиднодисперсной системы.,Одновременно в" камере 4 накапливаются ионы гидроксила, при этом происходит изменение реакции среды в щелочную сторону. После достижения значений рН-13 накопление ионовгидроксила прекращается за счет расходования их на реакцию химического растворения алюминиевого катода,Образующимся на катоде газообразным водородом коагулянт выносится в верхнюю часть катодной камеры 4. Одновременно с электролизом начинается подпитка камеры 4 по .трубопроводу 14 при открытом вентиле 15.чистой водой, В результате этого католит, насыщенЮ ныи коагулянтом, по переливному пат" рубку 17 самопроизвольно перетекаетв нижнюю зону анодной камеры 3, гдевстречаясь с идущими ему навстречу через всю толщину жидкости анодными газами, например кислородом; смешивается с подкисленным анолитом, вызывая коагуляцию загрязнений в хлопья,выносимые на поверхность жидкостианодными газами в виде пены. Последняя затем удаляется пеноснимателем 8в пеноприемник 9. В результате добавления в катодную камеру 4 чистой водыи перетока части католита в аноднуюкамеру 3 часть анолита из нижней зоны камеры 3 со скоростью, равной скорости добавления чистой воды в камеру4, начинает самопроизвольно выходитьпо трубопроводу 11 для отведения очищенной жидкости за пределы электролизера, После этого начинается подачасточной воды по трубопроводу 10 ванодную камеру 3, В верхней части анодПродолжительность работы электролизера, ч Технологическиефакторы процессаи результаты.очистки 10 из вест- предла гаеного мого извест- предного лагаемого извест предланого гаемого Сила тока, АНапряжение, В 8,2 40 20 Концентрация дисперсной фазы вочищенной воде,мг/л 2000 22 20 50 20 30 7 9660 ной камеры происходит подавление диссоциации эмульгаторов в перемещающемся вниз объеме анолита, в среднейкоагуляция загряэйений и затем - их флотация, так что в нижней части вода оказывается осветленной (очищенной). Как только из трубопровода 11 начнет выходить чистая вода, вентиль 15 закрывается и подаца водопроводной воды в катодную камеру 4 по тру бопроводу 14 прекращается; открывается вентиль 12 патрубка 13 и католит под действием устройства 16 для принудительной подачи поступает в анодную камеру 3, 15 После этого процесс ведут непрерывно: в анодную камеру 3 поступает сточная вода, подлежащая очистке. После электрообработки очищенная вода со скоростью, равной скорости ее подачи в камеру 3, самопроизвольно выКак видно из табл. 2, после 10 ч работы известного устройства напря жение на электродах увеличивается в 2 раза и примерно в 70 раз увелици 45 вается концентрация дисперсной фазы в очищенной сточной воде по сравне-, нию с 1 ч работы, тогда как при работе предлагаемого устройства в те,чение того же времени снижения эффекта очистки и повышения напряжения практически не наблюдается. 27 8ходит по трубопроводу 11 за пределы электролизера, Одновременно с помощью устройства 16 перемещают в анодную камеру 3 необходимое количество католита (коагулянта), причем его убыль самопроизвольно компенсируется поступлением в катодную камеру 4 очищенной воды, переходящей туда по пат" рубку 13. Циркуляция католита, ведущаяся с задаваемой скоростью, не нарушает гидростатицеских и электричес" ких равновесий и материального баланса в камерах 3 и 4, так как эта циркуляция происходит по замкнутому кольцевому контуру внутри электролизера,В табл. 2 представлены результаты очистки маслоэмульсионных сточных вод с исходной концентрацией дисперсной фазы 30 г/л, проведенные в гальваностатическом режиме на моделях известного и предлагаемого электролизеров.Таблица 2 1Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает значительную экономию электроэнергии, стабильность процесса и повышает степень очистки сточной воды. Кроме того, оно исключает необходимость использования смесителя и осветлителя, что упрощает технологическую схему очистки.Результаты экспериментальной проверки работы. предлагаемого устройства на сточных водах разных категорий прищвдены в табл. 3.966027 10,Таблица 3 Показатели Категория сточных вод поливинилхлоридные латексные водно-масляные исходные очищенные исход очиные щен- ные исход- очищенныеные Концентрациядисперсной фа"зы, мг/л 4000 100 7,0 8,2 13500 300 рН ХПК, мг О/л формула изобретения Как видно из табл. 3, степень очистки этих сточных вод от содержащихся в них загрязнений составляет 98-993.Применение предлагаемого изобретения позволяет эффективно очищать различные типы сточных вод с высокой степенью очистки при сравнительно небольшом расходе энергии на проведение процесса,Злектролизер для очистки сточных вод, содержащий корпус, катод и анод, выполненный из нерастворимого материала, диафрагму, разделяющую электроды и образующую катодную и анодную 5200 100 25000 25 8,0 8,3 8,5 7 5 13000 250 42000 200 камеры, и патрубки ввода и выводасточных вод, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью снижения расходаэнергии и повышения степени очистки,катод выполнен,из алюминия или егосплава и размещен вертикально, анодрасположен под углом 15-25 к вертикальной оси корпуса, соотношение объвмов катодной и анодной камер составляет (1:10) - (1:15) и они снабженыэлементами для перетока в верхнейи нижней частях.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 513655, кл. С 02 Р 1/46, 1978.2. Заявка Японии М 52-27461,кл. С 02 С 5/12, 1977 (прототип),966027 ль Т. Барабаш Пекарь Корректор С. Шекмар Состав Техред Редактор елеме каз 77 /33 Тираж 9 1ВНИИПИ Государственного комитепо делам изобретений и отк113035 Москва ЖРаушскай Подписно тна та СССРрытийнаб дфилиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Пр