Способ и устройство для электрохимической очистки сточных вод

Способ и устройство для электрохимической очистки сточных вод

Реферат

 

Изобретение относится к электрохимической обработке сточных вод, содержащих эмульгированные и коллоидно-диспергированные загрязнения. Процесс ведут на режимах, дающих предельно возможное насыщение жидкости электролизными газовыми пузырьками диаметром 0,3 - 0,9 мкм. Плотность тока на гидрофобных нерастворимых электродах, расположенных в нижней части центрального цилиндра, поддерживают в пределах 200 - 400 А/м². Число Рейнольдса (Re) в потоке очищаемой жидкости, идущем снизу вверх, поддерживают в пределах 2000 - 2700, после чего поток жидкости подвергают сжатию по площади проходного сечения, обеспечивая протекание потока в пределах числа Re 3500 - 4500, с последующим резким расширением. В результате такого сочетания условий и режимов происходит укрупнение частиц-загрязнителей, унос их пеной и отделение на сравнительно грубых фильтрах. После расширения поток пропускают через второй электродный блок, горизонтально расположенные электроды которого выполнены из пористого нетканого фильтрующего материала, при этом на пористых горизонтальных электродах плотность тока поддерживают в пределах 100 - 200 А/м², а скорость протока жидкости поддерживают из условия величины числа Re в пределах 120 - 200. Предлагаемый способ реализуется в электрофлотаторе, содержащем цилиндрический корпус с крышкой и коаксиально расположенный нижний корпус. В нижней части нижнего корпуса расположены вертикальные аноды и катоды, выполненные нерастворимыми из расширенного углеродного материала. В верхней части нижнего корпуса выполнено сужение с уменьшением проходного сечения в 20 - 40 раз, после которого имеется расширительная камера. Вход очищаемой воды расположен ниже указанного электродного блока, а выход очищенной воды расположен в нижней части верхнего корпуса. Внизу кольцевой полости, образованной верхним и нижним корпусами, расположены перфорированные горизонтальные анод и катод, выполненные из фильтрующего электропроводного материала типа карбонеткалон. Технический эффект - усовершенствование способа обработки сточных вод с достижением высокой степени очистки. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области электрохимической обработки сточных вод, содержащих эмульгированные и коллоидно-диспергированные загрязнения, и может быть использовано для очистки сточных вод на предприятиях химической, нефтяной, газовой и пищевой отраслей промышленности.

Известны способы очистки сточных вод, включающие образование коагулянтов из вещества растворимых электродов с последующей флокуляцией загрязнений газовыми пузырьками и отделением образующегося шлама (смотри, например, патент России N 2000274, от 22.10.1991 г., МКИ C 02 F 1/46,) которые позволяют получить на выходе очищенную воду с содержанием нефтепродуктов не лучше 0,5 мг/л и заключаются в том, что сточную воду обрабатывают в поле гальванического элемента при одновременной циркуляции воды и пропускании через нее диспергированного воздуха с размером пузырьков 1-2 мм.

К недостаткам данного способа относится недостаточная степень очистки и увеличение содержания солей и окислов металлов в очищенной воде. Кроме того, при работе гальванической пары происходит образование слоя с большим омическим сопротивлением, что приводит к большим потерям энергии.

Наиболее близким по технологической схеме является известный способ электрохимической очистки сточных вод, реализованный, например, в устройстве по патенту России N 2043307 от 28.01.1991 г. МКИ C 02 F 1/46, в котором сточную воду подвергают воздействию газовых пузырьков, образующихся при электролизе жидкости, и воздействию коагулянтов, образующихся в результате растворения вещества электродов, а затем повторному воздействию газовых пузырьков, образующихся на горизонтальных электродах в кольцевой полости корпуса при движении потока жидкости вниз через решетчатые нерастворимые электроды.

Данный способ также не позволяет получить степень очистки лучше 0,5 мг/л. Кроме того, и тот, и другой способы сопряжены с образованием коагулянта за счет растворения металлическим электродом, утилизация которого является серьезной дополнительной проблемой.

Целью изобретения является усовершенствование способа обработки сточных вод за счет разработки оптимальных режимов и условий электрохимической очистки сточных вод, различных по содержанию, и создание устройства, реализующего этот способ за счет совершенствования конструкции электрохимического флотатора с учетом конкретного состава очищаемых вод, что позволяет в результате очистить воду с исходной концентрацией нефтепродуктов порядка 350 мг/л до концентрации менее 0,05 мг/л, допустимой для воды в соответствии с международным соглашением по охране моря.

Эта цель достигается тем, что процесс ведут на режимах, дающих предельно возможное насыщение жидкости электролизными газовыми пузырьками диаметром 0,3-0,9 мкм.

В отличие от прототипа, где поставленная цель достигается путем снижения поверхностного натяжения на межфазной границе между нефтепродуктом и водой гидроокислами металлов, получаемых за счет растворения электродов, в предлагаемом способе эффективность очистки повышается за счет существенного увеличения количества пузырьков при минимальных их размерах. При этом плотность тока на гидрофобных нерастворимых электродах, выполненных из расширенного углеродного материала, расположенных в нижней части нижнего корпуса, поддерживают в пределах 200-400 А/м² (См. таблицу 1). Число Рейнольдса (Re) в потоке очищаемой жидкости, идущем снизу вверх, поддерживают в пределах от 2000 до 2700, после чего поток жидкости подвергают сжатию по площади проходного сечения, обеспечивая протекание потока в пределах числа Re от 3500 до 4500, с последующим резким расширением. В результате такого сочетания условий и режимов происходит укрупнение частиц-загрязнителей и унос их с пеной.

Сужение потока производят исходя из размеров частиц эмульсии и это сужение для нефтесодержащих вод находится в пределах 20-40.

Дальнейшее увеличение степени сужения нецелесообразно, т.к. приводит к неоправданным гидравлическим потерям и уменьшению времени взаимодействия пузырьков газа с загрязнениями (см. таблицу 2).

Кроме того, с целью удаления тяжелых фракций нефтепродуктов после расширения и направления очищаемой жидкости вниз поток пропускают через второй электродный блок, горизонтально расположенные электроды которого выполнены из пористого нетканого фильтрующего материала. При этом на пористых горизонтальных электродах плотность тока поддерживают в пределах 100-200 А/м², а скорость протока жидкости поддерживают из условия величины числа Re в пределах 120 - 200.

ПРИМЕР: По предлагаемому способу исходную воду с содержанием нефтепродуктов (мазут, танкерные остатки) 250 мг/л подают снизу вверх к электродному блоку в нижнем корпусе с нерастворимыми электродами, при этом на указанном электродном блоке поддерживают постоянный ток плотностью 400 А/м² при скорости потока, соответствующей числу Рейнольдса 2500. В сужении - число Re = 4200. На верхнем электродном блоке плотность тока обеспечивалась 150 А/м², число Re = 200. Время контакта - менее 1 минуты. После электрохимической флотации содержание нефтепродуктов в воде не более 0,05 мг/л.

Дальнейшее улучшение качества очистки может быть легко достигнуто дополнительным механическим фильтрованием, поскольку в результате электрохимической обработки образовавшиеся частицы увеличиваются в размерах за счет самопроизвольной коагуляции.

Предлагаемый способ реализуется в электрохимическом флотаторе, содержащем верхний цилиндрический корпус с крышкой и коаксиально расположенным нижним корпусом, в нижней части после него расположены вертикальные аноды и катоды, снабженном входными патрубками для исходной воды и выходными патрубками для обработанной воды и для шлама, отличающийся тем, что аноды в нижней электродной группе выполнены нерастворимыми из расширенного углеродного материала, в верхней части нижнего корпуса выполнено сужение с конусностью от 1 : 2 до 2 : 1 и уменьшением проходного сечения в 20-40 раз, после которого имеется расширительная камера в виде пространства между верхним и нижним корпусами, при этом вход очищаемой воды расположен ниже указанного электродного блока, а выход очищенной воды расположен в нижней части верхнего корпуса.

Кроме того, в нижней части кольцевой полости, образованной верхним и нижним корпусами, расположены перфорированные горизонтальные анод и катод, выполненные из фильтрующего электропроводного материала типа карбонеткалон.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства.

На фиг. 2 показан нижний электродный блок в разрезе.

Установка включает нижний корпус - 1, верхний корпус - 2 с крышкой - 3, имеющей штуцер вывода газов, конической формы днище - 4 с входным штуцером - 5 и дренажным штуцером - 6. В нижней части корпуса - 1 расположен электродный блок - 7 с вертикально расположенными электродами из расширенного углеродного материала, на верхнем корпусе - 2 имеется штуцер - 8 для выхода обработанной воды и патрубок - 9 для слива отфлотированного вещества. Верхняя часть внутреннего корпуса - 1 выполнена конической с цилиндрическим участком - 10. Внизу кольцевой полости, образованной верхним корпусом - 2 и цилиндрическим участком 10 корпуса - 1, расположены перфорированные горизонтальные анод - 11 и катод - 12, выполненные из фильтрующего электропроводного материала типа карбонеткалон. Электропитание на нижний блок подается через контакты - 13, на блок верхних электродов - через токоподводящие шины - 14. В крышке - 3 имеется штуцер - 15 для отвода электролизных газов.

Блок электродов - 7 состоит из плоских электродов - 16, показанных на фиг. 2.

РАБОТА УСТРОЙСТВА Установка работает следующим образом.

Очищаемая жидкость поступает в установку через патрубок - 5 к электродному блоку - 7. После заполнения нижнего корпуса - 1 на электродный блок - 7 подается электропитание постоянного напряжения через контакты - 13. В процессе электролиза в протекающей жидкости образуются газовые пузырьки. При режимах по указанному способу интенсивность образования микропузырьков близка к предельно возможной. Это явление получается при плотности тока на нижнем электродном блоке - 7 в пределах 200-400 А/м². Пузырьки сорбируются на глобулах нефтепродуктов, эмульгированных в воде. При движении жидкости в нижней части корпуса - 1 происходит агломерация глобул нефтепродуктов между собой. По мере продвижения потока в конической части процесс агломерации существенно усиливается. На выходе из цилиндрического участка - 10 происходит выталкивание нефтепродуктов из воды пузырьками газов в виде пены. Нефтепродукт скапливается в верхней части корпуса - 2 и затем удаляется через штуцер - 9. После заполнения очищаемой жидкостью верхнего корпуса - 2 включается через шины - 14 верхний электродный блок (электроды - 11 и -12), на котором поддерживается плотность постоянного тока в пределах 100-200 А/м². и число Re в пределах 120-200. При этом присутствующие в растворе тяжелые фракции нефтепродуктов в виде укрупненных капелек порядка 100 мкм также подвергаются воздействию микропузырьков и уносятся с пеной.

На этом процесс очистки закончен и вода через штуцер - 8 поступает по назначению.

Если требования к очищенной воде находятся в пределах 0,3-0,4 мг/л, то верхний электрод (электроды 11 и 12) может быть исключен из работы.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ОСУЩЕСТВИМОСТЬ.

Проведены опытные работы с положительным результатом и выполнен рабочий проект для оборудования конкретной нефтебазы.

Формула изобретения

1. Способ электрохимической очистки сточных вод от эмульгированных и коллоидно-диспергированных загрязнений, например, от нефтепродуктов, включающий воздействие на жидкость в потоке постоянным электрическим током с образованием газовых пузырьков в обрабатываемой массе, пеноотделение после воздействия электрическим током, при этом жидкость пропускают снизу вверх вдоль поверхностей чередующихся анодов и катодов, затем после достижения поверхности, где происходит пеноотделение, направляют поток к потребителю, отличающийся тем, что обработку электрическим током ведут на режимах, дающих предельно возможное насыщение жидкости электролизными газовыми пузырьками с размером 0,3 - 0,9 мкм, для чего плотность тока на гидрофобных нерастворимых электродах поддерживают в пределах 200 - 400 А/м², число Рейнольдса (Re) в потоке очищаемой жидкости поддерживают в пределах 2000 - 2700 на цилиндрическом участке, после чего поток жидкости подвергают сжатию по площади сечения так, что число Re поддерживается в пределах 3500 - 4500 с последующим резким расширением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после расширения и направления вниз поток очищаемой воды пропускают через второй электродный блок, горизонтально расположенные электроды которого выполнены из пористого нетканого фильтрующего материала, при этом на пористых горизонтальных электродах плотность тока поддерживают в пределах 100 - 200 А/м², а скорость потока жидкости поддерживают из условия величины числа Re в пределах 120 - 200.

3. Устройство для электрохимической очистки загрязненной воды, содержащее верхний цилиндрический корпус с крышкой и коаксиально расположенный нижний корпус, в нижней части которого расположены вертикальные аноды и катоды, снабженное входными патрубками для исходной воды и выходными патрубками для обработанной воды и для шлама, отличающееся тем, что аноды в нижней электродной группе выполнены нерастворимыми из расширенного углеродного материала, в верхней части нижнего корпуса выполнено сужение с уменьшением проходного сечения в 20 - 40 раз с цилиндрическим участком, при этом вход очищаемой воды расположен ниже указанного электродного блока, а выход очищенной воды расположен в нижней части верхнего цилиндрического корпуса.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что внизу кольцевой полости, образованной верхним и нижним цилиндрическими корпусами, расположены перфорированные горизонтальные анод и катод, выполненные из фильтрующего электропроводного материала.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что после сужения выполнен цилиндрический участок в пределах толщины пенного слоя, в пределах 100 - 200 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4