Способ очистки сточных вод, содержащих диспергированные примеси

Способ очистки сточных вод, содержащих диспергированные примеси

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<11950681 (61) ???????????????????????????? ?? ??????. ????????-????????” (22) ???????????????? 12. 06. 80 (21) 2937717>

C F 1/46 с присоединением заявки ¹(23) ПриоритетГосударственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 628. 543 (088. 8) Опубликовано 150882. Бюллетень ¹ 30

Дата опубликования описания 15 ° 08-82 (72) Авторы изобретения

Л. Г. Ворона, М. П. Купчик, И. Н. Переверзева и Н; У. мишук

Институт технической теплофизики AH У (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖЫЦИХ

ДИСПЕРГИРОВАННЫЕ ПРИМЕСИ

Изобретение относится к очистке дисперсных систем: суспензий, эмуль сий и др, коллоидных растворов, со- . держащих частицы различных размеров и.природы, и может быть испспьзовано 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 способ осветления сточных вод путем обработки их электрическим 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 предыдущего этапа к последующему.

Недостатками известного способа являются малая эффективность разделения высокодисперсных систем при значительных 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 веществ, а также микроорганизмов путем пропускания раствора через сорбент, помешенный в электрическое поле (2).

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 ий состава при максимальных электрических полях.

Кроме того, при очистке реальных растворов, содержащих полидисперсные примеси, не достигается заданный эффект очистки ввиду первоочередной коагуляции крупных и средних частичек примеси и недостаточного в связи с

950681 этим удаления частичек, примеси мало.— го размера.

Цель изобретения †повышение степени очистки и снижения энергозатрат на проведение процесса, Поставленная цель достигается тем, 5 что очистку сточных вод ведут путем пропускания их через слой сорбента, йомещенного в поле электрического тока, причем очистку ведут циклически со ступенчатым увеличением напряжен- 10 ности электрического поля от цикла к циклу в пределах от 1 до 100 В/cM при скорости движения очищаемой воды через слой сорбента (5-7) ° 10 4 м/с.

Кроме того, напряженность электри- 15 ческого тока от цикла к циклу увеличивают на 5-25 B/см.

В указанных пределах напряженности поля происходит полная коагуляция и удерживание частичек примеси, охватывающих по размерам всю коллоидную область дисперсности (10 -10 см " ) для каждой дисперсии (например, суспензии, эмульсии, раствора цветных веществ), отличающихся друг оТ друга своим фракционным составом, существует свой предел напряженности электрического .поля, который обеспечивает полное удаление примеси из раствора.

Исследования показывают, что для растворов цветных веществ с размером частичек 1-0,5 нм необходимо создать электрическое поле напряженностью до 100 B/ñì с интервалом повышения от цикла к циклу 15-25 B/cM, что обеспечивает повышение эффекта очист-35 ки на 10-15%. Для разделения .таких дисперсных систем, как, например суспензия-монтмориллонита, состоящих из частичек с размером 250-200 нм, необходимо создание электрических 40 полей напряженностью до 20 В/см с интервалом повышения напряженности поля от цикла к циклу 5-7 В/см.

Скорость потока раствора оказывает существенное влияние на эффективность45 процесса электроочистки дисперсных систем.

Для осуществления предлагаемого способа используют электролитическую ячейку, разделенную ионообменными мембранами на три камеры: катодную, среднюю и анодную. Электродами служат графитовые или платиновые пластины.

В среднюю камеру помещают сорбент (силикагель или гранулированную глину, обожженную при 700" С). Через электродные камеры пропускают раствор электролита (Na>SO+) со скоростью

0,03-0,05 м/с. На электроцы подают постоянный электрический ток с минимальным напряжением, обеспечивающим 60 удерживание в слое сорбента примеси максимальных размеров. Разделение проводят -в статических или динамических.условиях при скорости потока раствора не более 7.10 4 м/с. Время нахож- g5 дения дисперсии в слое сорбента определяется скоростью наступления равновесного состояния системы и должно составлять 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 значеI

Г ния — на выходе из ячейки (в динами- ческих условиях), прекращают подачу раствора, осторожно сливают его из ячейки,.подают в слой роду, отключают электрический ток. При этом осадок, состоящий из частичек примеси определенных размеров, разрушается и выносится потокам 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 раствор цветных веществ — продуктов термического разложения сахарозы, с концентрацией примеси 5 г/л пропускают через среднюю камеру электролитической ячейки, размером 20хЗОх300 мм (толщина, высота, ширина), в которую предварительно помешают гранулы обожженной глины (бентонита) со средним размером

2,4+3,6 мм, скорость потока поддерживают около 5 10 4м/с. Через электродные камеры прокачивают 0,1 и раствор

Na>SO4co скоростью 0,035 м/с. Расстояние между электродами составляет

30 мм. На электроды подают напряжение, обеспечивающее напряженность поля в слое сорбента 5 + 0,1 B/см. Контроль напряженности поля осуществляется с помощью электродов сравнения, установленных в средней камере ячейки и вксокоомного потенциометра. Температуру о поддерживают 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

Как 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.

Т а б л и ц а 1

Суммарный эффекточистки, %

Няпряженность поля, В/см

Средний Массовая радиус час- доля частиц тиц во фракции, нм

Фракция

7,3

7,3

4,1

1,5

12,5

15,5

8,2

3,5

26,5

21,0

2,5

25,0

39,3

55,3

12,8

16,0

1,9

1,35

37,5

50,0 4

75,0

73,5

18,2

0,90

89,0

15,5

0,52

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. о

Пример 2. Дисперсную систему, содержащую вешества — продукты термического разложения сахарозы— а-монтмориллонита с концентрацией каждого вецества 1 г/л, помеиают в среднюю камеру электрической ячейки, размером 20х30х300 мм, 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 ка2 мере в 1 В/см. По истечении заданного времени (времени установления равновесия системы) раствор сливают, отключают ток, промывают сорбент дистиллированной водой.

Затем 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. Результаты проведенных исследований приведены в табл. 2. 40

Из данных табл. 2 видно,.что каждая из содержащихся в растворе примесей имеЮт свою предельную напряженность. электрического поля, величина которой определяется природой и размером час- 4 тиц, удерживаемых на сорбенте фракций

При малых значениях напряженности поля и собственно небольших расходах электроэнергии удаляется преимущественно а-монтмориллонит, частицы которого достигают 200-250 нм, при больших значениях поля — цветные вещества со средним размером фракций 0,82,2 нм.

С постепенным увеличением напряженности электрического поля можно достичь полного разделения дисперсной системы и практически 100%-ной очистки.

Пример 3. Дисперсную систему, содержащую цветные вещества— 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 вычислен ные значения расхода электроэнергии по этапам очистки предлагаемого способа и суммарный эффект очистки после каждого этапа.

950681 с

1 Х 1

1 Н Х 1

I Х Н 1 ! Фо

I Ф 1

i gL d0 I

1 Ch O

1 1!

Р

O m I иыо

1 Ф

ЭЫЦ

4 !Ъ!

Ю Гitl c

Ю Ч

LA (Ъ LA

lA с

00! с

Ю а с с

Ь Со

10 10

<Ч с !

С0

1 ф

Р !".

Н с

Х 4

Ф с х !!! ох !

С Ы

ifl ф!Ъ

ОЪ Ю I

CO Ф ОЪ с с с

Ю Ю

Ю РЪ ф iO с с

Ю Ю

Ю

Г Ъ

° Ф с

Ю е

СЧ с

lA

ОО

Ю с

C)

Ul с

1 rl3

Н 1

g !ля

e o и о

Э

Н

Э

Ф

3 х (°

Ю Ю. Ю с с с !

Ч 00 (Ч РЪ ul ь с

ill! с еж еьнм!

ОЪОХ I

Ю а В с с с а! Ъ 1О х

Э М Ц I

ИXN I

Ж и 1 оа

in in

Ch iO

О\ Ch О\ с с с

Ю Ю Ю

Ю Ю

CO «V

Ю с с

Ю Ю

Ю Ъ 3 с

Ю

Ю (Ч с

Ю! 6

F4 1 х нж

ФО

i@I g

ЕРФИ

Ch OIC

I Н

I Х х! о о

И

I ь

СЪ

%-!

Г1

63

Р 4

Е х Э

:5 с й Ф

Ю с с

Ю Ю

1 (Ч гЧ

Ю Ю с

Ю Ю

Ю

Ю с

C) ОЪ с

I !

М

A 3

Н о< о с

Н Ф ох

1:о

М Н

РЪ 3 с с

СЧ ОЪ

<Ч С Ъ

РЪ ч 3 с с с с! Ю iO

I эо

Х Р

Ф IC

Ф О!

Q Ol

1: х ф f6 t6 ж х ct

1

° Ф (Ч iO c с с (Ч

С Ъ Ch <Ч

Ю Ю с с

Ю CO

00 <Ч .!

Ю с

<Ч

Ch

%-! с

СЧ

РЪ

1

I

I

I

I

I

I

I

1

I

1

I

I

Ю

Ю

Ю ЧЪ а CO ОЪ с-4 ЦЪ Ch, О\ Ch!!Ъ Ю, а4 Ъ СЧ Cl

Ч сЧ СЪ З а Е

Ю

Ю с

С) ! с

ОЪ

ЧЪ ь с О л

СЧ с 1.Ch 1

I

1 л 1

CO ь с

1

Ю 1 ь 1 г 1

Ю

Ю с

Ю

%-! с (с

СО

C) 10

950á81

»б

I й1 л с

О1

»Ч

1 1 1

Ю 1

»о

»б, 1

1 -» I

I

I

1

1

I

1

1

1

1

1

1

1

I л

Ю с ( о

»-» I

1 I 1

Ch

С3

I 1 СО с

МР

1О

О)

u) u

О(И((3» о

1 1

М +o

О((:

zr а н

I I 1 о

»»3 с( н»б и и х о о< х н

Ю I

1 1 I

Ю 1

I 1 !

1 1 (1 ZОХ

I Е((Я

I М

1 м A irtc4

1 а н (t:u -o б ох»

i хх(:х

1 1 I

1 1 ) Ю 1

i

I а

g x н н х е о m

1 X d

1 1

1»») Х

1»б

I А Н и х эх е о

luC (Х 1

I н I о

Z c»3»

Ь» I о

1

1

1 с х

Х (1

ыч

»б 41 а

I Н

I e

e &

1 (3

Е» и 1.

Е 1 1

1 н

Е(Х (»3 1 Е

I 5 х о

1 У

»Ч О»3 с с

М с3» с(»»О сч л о с, с с

М О» \О

СЧ СЧ М

»-» с

CO (л о

Ч3 О с) с с с

Г»О

CO O (Ч («»A с с \

Л»»l »»3

Ch

%-» о

»-1 Ch (о ю о с

C) о

»О М».О

С 3»< Ч:3 с с с л о

CO

\О (Ч с о

Ch Ch

»:Ч»О о о с с о о

1

Xt

О- 1

XI н е(о

»б((41 Г

»б д»3 н»»t е

И 3C о о х н

i.

1

1 о»ч с с »3» Г

»ч о л с с с о о

М О CO л с

Ю»-1

I

I

I t . I

»О О О с с с т"» СО»А с-1»Ч <Ч

»-(сч м

Ю с м

»А

СО»А с с

С»3»А

»-1»Ч

»-» с о м »»

1 1 (»Þ

z о

e v. X

I М

1 М (((3:( ан

I (. "О

)cow (ХХЦ

1

1 !

11

1 I

1

1

1 о

4 о н I

Х 1 л о о м

»-1

1 (-»

z u с х х (r3 O 3C

» с

1 Н 1 Х 1 ое (нх

2 r»3 1 ы н

i «)(3(t еи х н(ухач охо(еб

X e I i(to

1 t» Б

»»)неt

1 Е Х (33 1 Н I х ) х ,3(ОХ! ЕХ

uaй (ых(! ецх(хх з

Z Х ) O»O4) яоа 1:ба

О 1

» л

ezt о(".хzm

Х (»3 б(4 х

ut )х е! 1 Е»б (3(1 ХЕ(Ц ю ахmо

Х(g z а(33

»б Е»б Н о(хКхх

И lot а

О(аЕ

u)oz ь

О) Х»3 и u ° хн и! е 4 z ilt

l3» (»3 4 3С

gI 1 ц(н ro (.Ц 1 Е с х(хецх

1 а х е»() O) 4Z Ц ее»оо (хКха

I 1 1 1 I I

О 1 »О (i

»А 1 с

О1 (Ч 1

1

»A (о 1 с ( (с I

Ch о 1

Ш с

».О 1

1О 1

1 1

I

I 1

1

I

I I

1

1 м с с3» r 1

1

»А 1 с

СЧ I (l

СЧ с(1 с

«-»

950681

Формула изобретения

Составитель Т. Барабаш

Редактор E. Лазуренко Техред Т.Маточка Корректор С. щекмар

Заказ 5884/24 Тираж 981 П одп ис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

1. Способ очистки сточных вод, содержащих диспергированные примеси, включающий пропускание их через слой сорбента, помещенного в поле постоян- 5 ного электрического тока, о т л и— ч а ю шийся 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 слрй сорбента (5-7) 10"+м/с.

2. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся 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 F 1/46, 1970 °

2. Авторское свидетельство СССР

Р 470503, кл. С 02 F 1/46., 1972 (прототип) .