СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ

СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ


RU (11) 2049733 (13) C1

(51) 6 C02F1/46 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5031056/26 
(22) Дата подачи заявки: 1992.01.31 
(45) Опубликовано: 1995.12.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Макаров В.М. и др. Рациональное использование и очистка воды на машиностроительных предприятиях. М.: Машиностроение, 1988, с.179-183. 2. Смирнов Д.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. М.: Металлургия, 1989, с.139- 156. 
(71) Заявитель(и): Тюрин Вадим Михайлович[UA]; Фоминский Леонид Павлович[UA] 
(72) Автор(ы): Тюрин Вадим Михайлович[UA]; Фоминский Леонид Павлович[UA] 
(73) Патентообладатель(и): Фоминский Леонид Павлович (UA) 

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ 

Изобретение относится к водоочистке и может быть использовано при очистке сточных, промывных и других вод от ионов металлов. Сущность изобретения: очистку воды осуществляют пропусканием ее между электродами электролизера с последующим отделением скоагулировавшего осадка. В очищаемую воду перед подачей ее в электролизер вводят суспензию, полученную электроэрозионным диспергированием черных металлов в воде. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к водоочистке и может быть использовано при очистке сточных, промывных и других вод от примесей ионов металлов и других вредных веществ.

Известны электрохимические способы очистки сточных и промывных вод, заключающиеся в применении электролизера для очистки воды. Так в [1] описан электрохимический способ очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ путем анодного растворения алюминиевых электродов в электролизере, через который пропускают сточную воду, подлежащую очистке. Недостатком этого способа является большой расход электроэнергии в электролизере (по данным [1] при очистке воды с содержанием ПАВ до 100 мг/л энергозатраты составляют 2,5 кВт ч/м3.

Наиболее близким к предлагаемому известным техническим решением (прототипом) является электрокоагуляционный способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, описанный в [2] По этому способу исходную воду, содержащую ионы тяжелых металлов и растворенные соли с концентрацией последних не менее 0,3 г/л, пропускают между железными или стальными электродами электролизера. В электролизере происходит электролитическое растворение металла анода с образованием ионов железа и гидроксида железа, получающегося в результате взаимодействия ионов двухвалентного железа и ОН-радикалов диссоциируемой в электролизере воды. Затем происходит химическое восстановление ионов тяжелых металлов, содержащихся в очищаемой воде, ионами двухвалентного железа и гидроксидом железа. Кроме того, в электролизере происходит и прямое восстановление растворенных ионов тяжелых металлов в результате катодных электрохимических процессов. Образующиеся гидроксиды металлов и продукты их взаимодействия с ионами тяжелых металлов коагулируют и выпадают в осадок. Его затем отделяют от воды осаждением или флотацией и фильтрацией.

Недостатком этого способа являются большие удельные затраты электроэнергии и металла электродов (железа) в электролизере на кубометр очищенной воды. Так, при обработке хромсодержащих сточных вод гальванического производства, содержащих 30-60 мг шестивалентного хрома на 1 л воды, удельный расход электроэнергии, по данным [2] составляет 2-6 кВтч/м3, а железа электродов (растворимого анода) 150-300 г/м3. Недостатком является ограниченный ресурс работы электродов, обусловленный расходованием их металла в результате анодного растворения, а также низкая степень очистки воды.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение энергозатрат на очистку воды, а также увеличение ресурса работы электродов электролизера и степени очистки воды.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе очистки воды от ионов металлов путем пропускания ее между электродами электролизера с последующим отделением осадка от воды, в очищаемую воду перед подачей ее в электролизер вводят суспензию, полученную электроэрозионным диспергированием черных металлов в воде.

В наших исследованиях выявлено, что электроэрозионное диспергирование черных металлов в воде приводит к существенной перестройке их кристаллической структуры. Продукты электроэрозии представляют собой высокодисперсный (0,1-10 мкм) порошок, взвешенный в воде, частицы которого имеют преимущественно сферическую форму. Они состоят из железа, имеющего в результате электроэрозионной обработки предельно высокодисперсную кристаллическую структуру и очень высокую плотность дефектов кристаллической структуры, что приближает их по некоторым свойствам к аморфным сплавам (металлическим стеклам). В результате химическая активность металла электроэрозионных порошков оказывается намного выше, чем у обычного монолитного металла. Так, например, железо электроэрозионного порошка уже при комнатной температуре вытесняет водород из воды, образуя магнетит. Свежеобразованный магнетит, полученный таким путем, также обладает повышенной химической и сорбционной активностью. Это используется в известном способе очистки воды от ионов тяжелых металлов и других примесей суспензией, получаемой электроэрозионным диспергированием железа в воде. В наших исследованиях выявлено также, что железо электроэрозионного порошка частично растворяется в слабокислых водах (при рН=3-5). Кроме того, выявлено, что металл электроэрозионных порошков имеет меньшую работу выхода электрона, чем монолитный металл. Последние два обстоятельства и позволяют в предлагаемом способе очистки воды с помощью электролизера, во-первых, легко достигать за счет растворения железа суспензии в слабокислой воде достаточно высокой плотности ионов железа в воде электролизера при меньших плотностях тока на электродах электролизера, чем в известном электрокоагуляционном способе очистки воды. А во-вторых, позволяет достигать достаточно большой плотности тока в электролизере при гораздо меньшем электрическом напряжении на его электродах, чем в известном способе, что и дает экономию электроэнергии. В наших исследованиях также выявлено, что частицы электроэрозионного железа в воде играют роль катализатора, способствующего быстрому окислению в электролизере ионов тяжелых металлов кислородом без расходования железа. Например, шестивалентный хром доокисляется до трехвалентного. Это позволяет уменьшить расход железа электродов электролизера, и даже исключить этот расход и делать оба электрода электролизера (анод и катод) нерастворимыми и нерасходуемыми. Что и приводит к достижению второй цели изобретения.

Способ осуществляют пооперационно.

1. Берут сточную или промывную воду, содержащую ионы тяжелых металлов с концентрацией их до 500 мг/л и с содержанием растворенных солей (сульфатов, хлоридов или др.) не менее 100 мг/л. При меньшей концентрации солей в виде рекомендуется подкислить или подсолить воду.

2. Отделяют от исходной воды отстаиванием и/или фильтрацией или центрифугированием механические примеси и пленку нефтепродуктов.

3. Приготовляют суспензию электроэрозионным диспергированием железа или углеродистых сталей, или чугуна в воде. Размеры частиц железного порошка в суспензии рекомендуется делать в пределах 0,1-10 мкм. Концентрацию порошка в воде суспензии рекомендуется делать не более (T:Ж) 1:10 для обеспечения жидкотекучести суспензии. Приготовление суспензии можно осуществить в потоке той же сточной воды, подлежащей очистке. В этом случае упрощается последующая технология из-за отсутствия необходимости последующего смешивания очищаемой воды с суспензией. Но для получения более качественной суспензии и повышения надежности работы оборудования водоочистки рекомендуется осуществлять приготовление суспензии в уже очищенной воде на отдельной установке, не встроенной в технологическую цепочку аппаратов очистки воды. В этом случае выход из строя аппарата электроэрозионного диспергирования не приводит к остановке процесса водоочистки, поскольку оборудование водоочистки в этом случае работает на запасе суспензии, полученной ранее.

4. Осуществляют смешивание потока подготовленной по пп.1-2 сточной воды с суспензией, полученной по п.3. Смешивание можно осуществлять с помощью насоса или гидроэлеватора, или другого смесителя, в который подают суспензию из сосуда с суспензией с помощью дозатора или питателя. (При использовании устройства для получения суспензии, встроенного в технологическую линию очистки воды и при пропускании через это устройство всего потока очищаемой воды данная операция смешивания не нужна). Рекомендуется вводить суспензию в очищаемую воду из расчета расхода 1 г твердого вещества суспензии на 1-10 г ионов тяжелых металлов в очищаемой воде.

5. Направляют смесь сточной воды с суспензией в электролизер, работающий на проток, поддерживая порошок суспензии во взвешенном состоянии в воде за счет перемешивания, либо за счет восходящего потока воды.

6. Подают на электроды электролизера электрический ток от выпрямителя и осуществляют обработку воды в электролизере в проточном режиме.

7. Измеряют величину рН воды, выходящей из электролизера, если ее рН меньше 7, корректируют величину рН воды до 7-9 добавкой раствора щелочи или воды, имеющей рН более 9.

8. Обработанную в электролизере и подщелоченную до рН=7-9 сточную воду направляют в отстойник или в осветлитель, где выдерживают до оседания осадка, содержащего остатки суспензии и скоагулировавшие гидроксиды железа и тяжелых металлов.

9. Сливают из отстойника осветленную воду и пропускают ее через фильтр для улавливания остатков твердой фазы.

10. Обезвоживают фильтрацией или центрифугированием осадок из отстойника и направляют его на сушку, утилизацию или захоронение.

Наличие дополнительной операции пропускания смеси очищаемой воды с суспензией через электролизер существенно уменьшает расход суспензии на очистку воды и обеспечивает существенность отличия предлагаемого способа. Введение суспензии в электролизер приводит к резкому уменьшению энергозатрат на работу электролизера и уменьшению суммарного расхода железа, что является неожиданным эффектом, полезным для достижения цели изобретения.

П р и м е р 1. С помощью устройства, описанного в а.с.СССР N 663515, осуществляют электроэрозионное диспергирование в питьевой воде гранул железорудных металлизованных окатышей (ТУ14-1-435-87) производства Старооскольского электрометаллургического комбината. Удельные энергозатраты на диспергирование составляют 5 кВтч на 1 кг железа. Получаемую суспензию, состоящую из высокодисперсного (0,1-10 мкм) порошка частично окисленного до магнетита железа, имеющую концентрацию (Т:Ж) 1:10 (по массе) направляют в сосуд сборник суспензии. Подлежащую очистке сточную воду гальванического производства, содержащую примеси ионов тяжелых металлов, накапливают в сосуде усреднителе сточной воды, где происходит отстаивание механических примесей, содержащихся в воде. Затем воду из сосуда усреднителя пропускают через нефтеловушку, улавливающую пленку нефтепродуктов с поверхности воды. Из нефтеловушки вода поступает в сосуд сборник подготовленной воды. Из него воду, химический состав остающихся примесей в которой указан в таблице, подают с помощью насоса с байпасом в электролизер с расходом 1,8 м3/ч. При этом на вход насоса с помощью штуцера с регулировочным вентилем, врезанного в трубу подачи воды, подают дозатором суспензию из сосуда сборника суспензии. Расход суспензии указан в таблице. Крыльчатка (ротор) насоса осуществляет смешивание суспензии с очищаемой водой. Смесь очищаемой воды со взвешенной в ней суспензией подают в проточный электролизер с плоскими пластинчатыми электродами, выполненными из листовой стали Ст-3. Суммарная площадь электродов 18 м2. В электролизере порошок суспензии поддерживается во взвешенном в воде состоянии, для чего подачу воды в электролизер осуществляют снизу вверх. На электроды электролизера подают электрическое напряжение 3,5 В от выпрямителя. При этом ток нагрузки составляет 200 А. Вытекающую из электролизера воду направляют в отстойник, где выдерживают в течение времени, указанного в таблице, до выпадения осадка. Осветленную воду из верхней части отстойника направляют на фильтрацию через песчаный фильтр, с помощью которого отделяют от воды остатки взвешенных частиц. А осадок из сосуда отстойника вместе с частью воды направляют на вакуумный фильтр пресс ФПАКМ, с помощью которого обезвоживают его. Воду-фильтрат с фильтр-пресса возвращают в сосуд-отстойник. А воду, выходящую из песчаного фильтра, анализируют на содержание примесей и направляют на повторное использование в качестве промывной воды в гальваническом производстве. Параметры и результаты экспериментов сведены в таблицу. В той же таблице приведены сравнительные данные экспериментов по очистке такой же сточной воды в тех же условиях на том же оборудовании, но без введения в очищаемую воду суспензии, т.е. по известному способу-прототипу. Для удовлетворительной работы электролизера без суспензии в воде потребовалось поднять напряжение на его электродах до 8 В. При этом ток нагрузки составил 500 А.

П р и м е р 2. Очистку промывной воды гальванического производства осуществляют так же, как и в примере 1, с тем отличием, что суспензию получают электроэрозионным диспергированием кусочков стали Ст3. Параметры и результаты экспериментов приведены в таблице.

П р и м е р 3. Очистку промывной воды гальванического производства осуществляют так же, как в примере 1, с тем отличием, что суспензию получают электроэрозионным диспергированием кусочков серого чугуна. Параметры и результаты экспериментов приведены в таблице.

П р и м е р 4. Очистку смеси сточных вод гальванического производства и производства печатных плат осуществляют так же, как в примере 1 с тем отличием, что всю очищаемую воду непосредственно перед подачей ее в электролизер пропускают через устройство для электроэрозионного диспергирования металлов, с помощью которого осуществляют электроэрозионное диспергирование в этой воде железорудных металлизованных окатышей. Образующийся высокодисперсный порошок железа выносится потоком очищаемой воды из этого устройства и вместе с ней попадает в электролизер. При этом в установке отсутствуют упоминавшиеся в примере 1 дозатор суспензии и насос-смеситель за их ненадобностью. Параметры и результаты экспериментов приведены в таблице.

П р и м е р 5. Очистку сточной воды гальванического производства осуществляют так же, как в примере 1, с тем отличием, что оба электрода электролизера выполнены нерастворимыми из листового титана. (Титановые электроды не расходуются при работе электролизера из-за сравнительно низкой плотности тока). Параметры и результаты экспериментов приведены в таблице.

П р и м е р 6. Очистку сточной воды гальванического производства осуществляют так же, как в примере 5, с тем отличием, что воду, поступающую из электролизера в сосуд-отстойник, подщелачивают, добавляя в нее раствор едкого натра и доводя рН этой воды до 7-9. Параметры и результаты экспериментов приведены в таблице.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами по сравнению с известным способом-прототипом:

уменьшаются удельные энергозатраты на очистку воды в результате существенного уменьшения энергозатрат в электролизере;

уменьшается суммарный расход металла (железа электродов и железа суспензии) на очистку воды;

увеличивается ресурс работы электродов электролизера за счет уменьшения или исключения расхода их материала при работе электролизера;

повышается степень очистки воды. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ, включающий пропускание очищаемой воды между электродами электролизера с последующим отделением осадка, отличающийся тем, что перед пропусканием очищаемой воды через электролизер в нее вводят суспензию, полученную электроэрозионным диспергированием черных металлов в воде, в количестве 1 г твердого вещества суспензии на 1 10 г ионов металлов в воде с размером частиц диспергированных черных металлов 0,1 - 10 мкм.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru