Способ очистки сточных вод электрохимическими методами

Способ очистки сточных вод электрохимическими методами

Реферат

Изобретение относится к очистке производственных сточных вод, содержащих взвешенные вещества, нефтепродукты, ПАВ, ионы железа и хрома, и может быть использовано для очистки сточных вод промышленных предприятий, имеющих в своем составе гальванические производства.

Известен способ очистки промышленных сточных вод, содержащих тяжелые металлы /Патент РФ №2122525, МПК C02F 1/62, C02F 1/465. Способ очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов. Ильин В.И., Колесников В.А. 1998/, заключающийся в том, что сточную воду доводят до рН=9-10, вводят раствор ортофосфата натрия, а затем очищают методом электрофлотации.

Недостатком способа является невысокая эффективность извлечения нефтепродуктов, большое количество реагентов для подщелачивания сточных вод, образования нерастворимых соединений, нейтрализации очищенных вод.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки сточных вод, содержащих масла и жиры /Патент РФ №2093476, МПК C02F 1/465. Способ очистки сточных вод, содержащих масла и жиры. Сухарев Ю.И., Гофман В.Р., Николаенко Е.В. 1996/, включающий отстаивание, отделение всплывших масел, обработку известью, первичную электрофлотационную обработку, гальванокоагуляцию, вторичную электрофлотационную обработку.

Недостатком способа является недостаточно высокая степень очистки сточных вод от нефтепродуктов и ионов металлов, затрата металла на образование коагулянта в гальванокоагуляторе, многостадийность процесса.

Задачей изобретения является повышение эффекта очистки сточных вод электрофлотацией за счет образования комбинированного коагулянта, состоящего из гидроксидов трехвалентного железа и хрома, полученных из соответствующих ионов металлов, находящихся в сточной воде.

Указанная задача решается тем, что сточную воду очищают электрофлотацией в присутствии коагулянта, полученного электрохимическим путем, причем согласно изобретению сточные воды гальванических производств, содержащие ионы Fe²⁺, подают в анодную камеру мембранного электролизера, где окисляют ионы железа до Fe³⁺ в кислой среде, после чего извлекают из воды газообразный хлор и кислород вакуумной дегазацией, затем воду подают на вход катодной камеры мембранного электролизера, смешивают со сточными водами гальванических производств, содержащими ионы Cr⁶⁺ и обрабатывают в катодной камере, где восстанавливают ионы хрома до Cr³⁺ в щелочной среде, после чего воду смешивают с общезаводской сточной водой, содержащей взвешенные вещества, нефтепродукты и ПАВ, и подают в электрофлотатор, снабженный дискретно расположенными электродными блоками, образующими чередующиеся зоны флотации и отстоя вдоль линии течения очищаемой воды в электрофлотаторе, причем количество электродных блоков равно количеству застойных зон, образуемых пеносборной перегородкой электрофлотатора, а расстояние между электродными блоками равно их ширине. Количество электродных блоков электрофлотатора равно 3-6. В анодной камере электролизера поддерживают значение рН=5,0-6,5, катодной камере - рН=7,5-9,0.

Преимуществом предложенного способа по сравнению с прототипом является повышение качества очищенных вод за счет образования комбинированного коагулянта, состоящего из гидроксидов железа и хрома, полученных из соответствующих ионов металлов, загрязняющих сточную воду.

Предлагаемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», подтвержденному совокупностью следующих условий: изобретение предназначено для использования в промышленности при очистке производственных сточных вод промышленных предприятий.

На чертеже показана принципиальная технологическая схема обработки воды предлагаемым способом. Она содержит мембранный электролизер 1, разделенный мембраной 2 на анодную 3 и катодную 4 камеры. Выход анодной камеры 3 соединен со входом дегазатора 5, выход дегазатора 5 соединен со входом катодной камеры 4 электролизера, выход которой соединен со входом электрофлотатора 6, разделенного вертикальными перегородками на приемную камеру 7, флотационную камеру 8 и камеру выпуска очищенной воды 9. Во флотационной камере дискретно (с интервалом) расположены электродные блоки, состоящие из нерастворимого анода 10 из графита и катода 11 из нержавеющей сетки.

Во флотационной камере 8 расположена пеносборная перегородка 12, представляющая собой последовательно соединенные усеченные пирамиды.

Очистка производственных сточных вод производится следующим образом.

Сточную воду гальванических производств, содержащую ионы Fe²⁺, подают на вход анодной камеры 3 мембранного электролизера 1. При электролизе воды в анодной камере выделяются газообразный кислород и хлор, под действием которых ионы железа окисляются до ионов Fe³⁺. Оптимальным условием процесса является значение рН=5,0...6,5. Анолит из анодной камеры подают в дегазатор 5, в котором отделяют избыточный кислород и хлор и отводят в атмосферу. Затем анолит подают на вход катодной камеры 4 совместно со сточной водой гальванических производств, содержащей ионы Cr⁶⁺. В катодной камере за счет накопления ионов ОН^- происходит подщелачивание воды. В щелочной среде происходит восстановление ионов хрома до Cr³⁺. Оптимальным условием процесса является значение рН=7,5...9,0. В катодной камере вода насыщается пузырьками водорода.

Обработанную в электролизере воду подают в приемную камеру 7 электрофлотатора 6, где ее смешивают с общезаводской сточной водой, содержащей взвешенные вещества, нефтепродукты и ПАВ. Во флотационной камере 8 воду очищают от загрязняющих веществ пузырьками электролитического газа, полученными с помощью анодов 10 и катодов 11, а также пузырьками водорода, полученными в катодной камере электролизера. Как известно, эффективность процесса очистки воды электрофлотацией может быть существенно повышена применением железосодержащих или алюминийсодержащих коагулянтов. В изобретении указанную роль реагентов-коагулянтов играют ионы трехвалентных металлов железа и хрома, которые в интервале рН=7,5...9,0 гидролизуются с образованием нерастворимых гидроксидов.

Недостатком многих водоочистных устройств, в том числе электрофлотаторов, работающих в динамическом режиме, является малое время пребывания некоторых элементов объема в аппарате, меньшее среднего расчетного значения. С этим недостатком можно бороться применением нескольких последовательно расположенных камер, однако это приводит к увеличению металлоемкости аппаратов.

В предлагаемом изобретении эта задача решается созданием конвективных потоков в продольном направлении, т.е. расположенных вдоль линий тока жидкости. Задача решается за счет дискретного (с интервалом) расположения электродных блоков, при этом во флотационной камере 8 происходит чередование зон флотации и зон отстоя. Расстояние между электродными блоками должно равняться ширине электродных блоков. Каждый электродный блок создает 2 конвективных потока по и против часовой стрелки в плоскости рисунка.

Принятая конструкция пеносборной перегородки 12 позволяет образовать застойные зоны, в которых образовавшиеся агрегаты «газ-частица» могут беспрепятственно достигнуть поверхности воды, образовать пену, которая самотечно удаляется через вершину пирамиды. Электродные блоки должны быть расположены на одной оси с пирамидами, а их число должно быть равно количеству пирамид. Оптимальное количество электродных блоков и пирамид равно 3-6.

Пример конкретного осуществления способа.

Сточной водой гальванических производств, содержащей ионы Fe²⁺, заполняют анодную камеру мембранного электролизера. Одновременно катодную камеру мембранного электролизера заполняют сточной водой гальванических производств, содержащей ионы Cr⁶⁺. Включают источник электропитания, ведут электролиз воды в электролизере в течение 5-6 мин, после чего отбирают пробы воды с выхода анодной и катодной камеры и определяют значение рН. Пробы воды отбирают и анализируют до тех пор, пока значение рН в анодной камере не достигнет 5,0-6,5; а в катодной камере 7,5-9,0. После этого общезаводской сточной водой заполняют электрофлотатор и, одновременно подают сточную воду, содержащую ионы Fe²⁺, в анодную камеру электролизера и сточную воду, содержащую ионы Cr⁶⁺, в катодную камеру электролизера с таким расходом, чтобы значение рН в катодной и анодной камерах электролизера находилось в указанных пределах.

В электролизере поддерживают плотность тока 100 А/м², время обработки воды 5...6 мин. В электрофлотаторе поддерживают плотность тока 60 А/м², время обработки 15 мин. Результаты очистки сточных вод при указанных режимах приведены в таблице. Опыты проведены при четырех электродных блоках.

Таблица
Загрязняющее вещество	Прототип	Изобретение
Исходная концентрация, мг/л	Конечная концентрация, мг/л	Эффект очистки, %	Исходная концентрация, мг/л	Конечная концентрация, мг/л	Эффект очистки, %
Fe2+	37,0	7,5	79,7	37,0	0,6	98,4
Cr6+	24,6	0,8	64,2	24,6	0,2	99,2
Взвешенные вещества	366	7,8	97,9	366	0,7	99,8
Нефтепродукты	33,5	3,6	89,3	33,5	1,2	96,4
ПАВ	4,6	0,2	95,6	4,6	0,1	97,8

На основании результатов экспериментов следует, что предлагаемое изобретение позволяет существенно повысить эффект извлечения тяжелых металлов с улучшением качества воды по содержанию взвешенных веществ, нефтепродуктов и ПАВ.

1. Способ очистки сточных вод электрохимическими методами, включающий очистку электрофлотацией в присутствии коагулянта, полученного электрохимическим путем, отличающийся тем, что сточные воды гальванических производств, содержащие ионы Fe²⁺, подают в анодную камеру мембранного электролизера, где окисляют ионы железа до Fe³⁺ в кислой среде, после чего извлекают из воды газообразный хлор и кислород вакуумной дегазацией, затем воду подают на вход катодной камеры мембранного электролизера, смешивают со сточными водами гальванических производств, содержащими ионы Cr⁶⁺, и обрабатывают в катодной камере, где восстанавливают ионы хрома до Cr³⁺ в щелочной среде, после чего воду смешивают с общезаводской сточной водой, содержащей взвешенные вещества, нефтепродукты и ПАВ, и подают в электрофлотатор, снабженный дискретно расположенными электродными блоками, образующими чередующиеся зоны флотации и отстоя вдоль линии течения очищаемой воды в электрофлотаторе, причем количество электродных блоков равно количеству застойных зон, образуемых пеносборной перегородкой электрофлотатора, а расстояние между электродными блоками равно их ширине.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество электродных блоков электрофлотатора равно 3-6.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в анодной камере электролизера поддерживают pH 5,0-6,5.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в катодной камере электролизера поддерживают pH 7,5-9,0.