ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ БЕЛКОВОСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКИХ СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ БЕЛКОВОСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКИХ СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ


RU (11) 2094384 (13) C1

(51) 6 C02F1/463, C02F1/465 

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

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

(21) Заявка: 95119357/25 
(22) Дата подачи заявки: 1995.11.15 
(45) Опубликовано: 1997.10.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU, авторское свидетельство 789407, кл. С 02 F 1/463, 1980. 
(71) Заявитель(и): Малое научно-производственное государственное предприятие "Технолог" 
(72) Автор(ы): Щеголихин П.П.; Голобородько В.А.; Кучумов Н.Г.; Крешнянская Е.А. 
(73) Патентообладатель(и): Малое научно-производственное государственное предприятие "Технолог" 

(54) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ БЕЛКОВОСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКИХ СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 

Использование: электрохимическая очистка промышленных и городских стоков, а также поверхностных вод, загрязненных белком, в частности, стоков молокозаводов, предприятий по переработке мяса, кожзаводов, а также поверхностных вод, содержащих водоросли, осадки и пены, образующихся при переработке стоков. Сущность изобретения: способ очистки включает последовательно выполняемые операции разложения воды электролизом (процесс газонасыщения), растворения металла анода, повторного разложения воды с одновременным разворачиванием молекул белков во вторичные и третичные цепи под воздействием ионов растворенного металла и протонов водорода при pH среды, близком к изоэлектрической точке белков, и турбулентном режиме движения потока, коагуляции и сорбции загрязнений полученными развернутыми молекулами белков, сконцентрированными по границам раздела фаз, хлопьеобразования, флотации и удаления пены. Устройство для электрохимической очистки сточных вод, загрязненных белком, содержит последовательно установленные емкости, выполненные в виде отрезков труб с размещенными внутри электрогенераторами, в которых осуществляются: разложение воды электролизом (газонасыщение) - емкость 1, растворение металла анода - емкость 2, повторное разложение воды электролизом с одновременным разложением молекул белков во вторичные и третичные цепи под воздействием ионов растворенного металла анода и протонов водорода, коагуляцией и сорбцией загрязнений этими развернутыми белками, - емкость 3, а также емкость 4 хлопьеобразование, выполненная в виде раструба, установленного открытой развернутой частью вверх, емкость 6 флотации и устройство 7 для удаления пены. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области электрохимической очистки промышленных и городских стоков, а также поверхностных вод, загрязненных белком, в частности стоков молокозаводов, предприятий по переработке мяса, кожзаводов, а также поверхностных вод, содержащих водоросли, осадков и пены образующихся в процессе переработки.

Известны способы электрохимической очистки сточных вод от белка, заключающиеся в газонасыщении обрабатываемых сред за счет разложения молекул воды под воздействием электролиза с одновременным насыщением среды гидроксидами металлов, образующихся при растворении анодов электролизеров, электрокоагуляции загрязнений в т.ч. белков, флотации и удаления пены (Дерягин Б.В. и др. Микрофлотация. М. Химия, 1986, с. 84).

Весь процесс осуществляется в однокамерной установке, включающей камеру (емкость), с расположенным в ее нижней части электродами, а также систему удаления пены в виде скребков (см. там же).

Поскольку весь цикл очистки происходит в общей емкости, то газонасыщение и насыщение среды ионами металла в процессе электролиза, электрокоагуляция загрязнений идут одновременно в ламинарном режиме, то невозможно осуществлять регулирование отдельных параметров, процесс длителен и требуются большие объемы для размещения электродов, сложен ремонт, происходит активная пассивация электродов и обрастание их жирами и белками, что требует применения специальных мер по очистке электродов и обязательного применения жироловок. Кроме того, недостаточно высоко качество очистки (-90%), невозможно удаление солей, сульфатов, хлоридов и др. неполностью удаляются белки.

Известен выбранный в качестве прототипа способ электрохимической очистки белковосодержащих жидких сред путем электрокоагуляции, коагуляции с денатурацией белков, флотации и удаления пены, осуществляемый в установке электрокоагуляции органических примесей сточных вод (авт. св. СССР N 789407, кл. C 02 F 1/46, B 01 D 17/06, заявл. 20.11.78, опубл. 23.12.80).

В указанном способе предусматривается возврат непрореагированных функций на начальный этеп обработки.

Устройство прототип содержит электрокоагулятор, электролизер денатурации белков, флотатор, флотоотстойник и систему удаления пены, причем электрокоагулятор снабжен устройством свободного перелива и успокоительной решеткой (авт. св. СССР N 789407, кл. C 02 F 1/46, B 01 D 17/06, заявл. 20.11.78, опубл. 23.12.80).

Прототипам (способу и устройству) присущи следующие недостатки:

невозможность обеспечения оптимальных режимов протекания каждого отдельного химического процесса (газонасыщения, насыщения ионами металла анода, электрокоагуляции), в т.ч. время, скорость, плотность тока и pH среды и др.

необходимо использование электродов, большой расход электродов, электроэнергии;

активная пассивация электродов и обрастание их жирами и белками, что предопределяет необходимость дополнительных мер по очистке электродов и требует использования жироловок;

недостаточное качество очистки воды невозможность удаления солей, сульфатов, хлоридов и др. неполное удаление белков;

низкая ремонтопригодность.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, повышение качества очистки, повышение ремонтопригодности, снижение энерго- и ресурсо-затрат.

Указанная задача решается за счет того, что в способе электрохимической очистки белковосодержащих жидких сред, включающем электрокоагуляцию, коагуляцию с денатурацией белков, флотацию и удаление пены, согласно изобретению, перед электрокоагуляцией воды газонасыщают путем электролиза, а после электрокоагуляции повторно проводят электролизер до pH среды равной изоэлектрической точке белков при одновременной коагуляции с денатурацией белков и подвергают хлопьеобразованию, при этом электролиз, электрокоагуляцию и коагуляцию проводят в турбулентном режиме.

Предварительно может быть произведен подогрев очищаемой среды до 60-65oC.

Хлопьеобразование может осуществляться при охлаждении очищаемой среды до 60-65oC.

Перед подогревом среды может производиться обработка очищаемой среды серной кислотой при соотношении 0,008 моль серной кислоты на 1 моль белка.

Указанная задача решается также за счет того, что устройство для электрохимической очистки белковосодежащих сред, содержащее электрокоагулятор, электролизер денатурации белков, флотатор и систему удаления пены, согласно изобретению, дополнительно содержит электролизер газонасыщения, размещенный перед электрокоагулятором, и камеру хлопьеобразования, размещенную после электролизера денатурации белков, при этом электролизер газонасыщения, электрокоагулятор, электролизер денатурации белков, камера хлопьеобразования, флотатор выполнены в виде отдельных заменяемых блоков, установленных вертикально последовательно.

Электролизер газонасыщения, электрокоагулятор и электролизер денатурации белков выполнены в виде отрезков трубы с установленными внутри электродами.

Камера хлопьеобразования может выть выполнена в виде конического раструба, выходящего расширенной частью во флотатор и снабженного системой охлаждения.

Система удаления пены может быть выполнена в виде вакуумного насоса.

На чертеже представлена схема устройства для электрохимической очистки белковосодержащих жидких сред.

Устройство содержит электролизер 1 газонасыщения (разложения воды), представляющий собой отрезок трубы с установленными внутри графитовыми электродами. Труба имеет квадратное сечение; электрокоагулятор 2, электрогенератор которого выполнен в виде отрезка трубы квадратного сечения с графитовым катодом и анодом либо из сплава алюминия, либо составного из сплавов алюминия и сплавов железа; электролизер 3 денатурации белков в виде отрезка трубы квадратного сечения с графитовым катодом и анодом из титанового сплава; Камера 4 хлопьеобразования, выполненная в виде конического раструба, установленного открытой расширенной частью вверх; змеевик 5 системы охлаждения очищаемой среды, расположенный внутри камеры 4 хлопьеобразования; флотатор 6, представляющий собой герметично закрытую емкость, соединенную с раструбом камеры 4 хлопьеобразования.

При небольших объемах очищаемой среды флотатор 6 может быть совмещен с камерой 4 хлопьеобразования, при этом весь раструб или его основная часть установлен внутри емкости флотатора 6, как показано на чертеже.

Вакуумный отсос 7 системы удаления пены выполнен в виде горизонтально расположенной перфорированной в нижней части трубы, связанной с пеносборником и вакуумным насосом (на чертежах не показаны).

Секции 1, 2, 3, 4, и 6 установлены вертикально последовательно друг за другом.

Секции 1, 2 и 3 выполнены подобными в виде отрезков трубы квадратного сечения и связаны друг с другом посредством фланцевых соединений.

Способ электрохимической очистки белковосодержащих сточных вод, хозбытовые стоки, вода из водохранилищ, содержащая водоросли, промывная вода фильтров, иловая смесь аэротенков после биологической очистки и др. под давлением, что обеспечивает турбулентность движения, подается в электролизер 1 газонасыщения. При этом жидкие среды с большим содержанием белка, например, стоки молокозаводов и мясокомбинатов, предварительно подогревают до температуры 60-65oC, что ускоряет процесс очистки.

Сточные воды боен мясокомбинатов и осадков городских очистных сооружений, содержащие кровь, предварительно до подогрева обрабатывают серной кислотой при соотношении не менее 0,008 моль кислоты на 1 моль белка для обеспечения полной коагуляции белков.

В электролизере 1 под воздействием напряжения, подаваемого на графитовые электроды, происходит электролиз-разложение молекул воды с выделением большого количества газовых пузырьков, то есть обеспечивается газонасыщение турбулентно движущейся очищаемой среды. Создание необходимой величины pH среды, оптимальной для процесса растворения анода на последующей операции в электрокоагуляторе 2, обеспечивается регулировкой величин напряжения и плотности тока.

В электрокоагуляторе 2 происходит растворение металла анода и насыщение двухфазной системы ионами металла анода алюминия или алюминия и железа. При очистке жидких сред, содержащих соли железа используют анод из сплавов алюминия, в других случаях используют составные аноды.

Ионы растворенного металла анода концентрируются по границам раздела фаз, т.е. на поверхностях пузырьков газа.

Подготовленная таким образом очищаемая жидкая среда поступает на следующую операцию в электролизер денатурации белков.

При электролизере поступающей в турбулентном режиме жидкой стеры, насыщенной газовыми пузырьками, по границам которых сконцентрированы ионы металла анода, полученные на предыдущей операции, при значительной плотности тока (на порядок выше, чем в прототипе), повышенной температуре (температура повышается обычным путем на каждой стадии электролизера, кроме того, как указывалось выше возможен специальный предварительный подогрев) происходит разрушение ККФК (казеинат кальциевофосфатного комплекса), в виде которых в сточных водах присутствуют белки. При этом освобождаются фосфатные ионы и ионы кальция. Эти освободившиеся ионы взаимодействуют с ионами металла (металлов) анода, образуя нерастворимые соединения фосфатов металла. Вторичные и третичные цепи разрушения ККФК сорбируют присутствующие в очищаемой среде хлориды, сульфиды, а также соли других металлов, кроме солей фосфорной кислоты.

Воздействием на молекулы белков (ККФК) наиболее интенсивно происходит в "пристенной" зоне, т.е. в относительно тонком слое, примыкающем к поверхности электродов. За счет турбулентности потока происходит постоянная замена в "пристенном" слое разрушенных комплексов на новые, неразрушенные.

При pH среды, близкой к изоэлектрической точке белков, концентрация свободных ионов близка к 0, то есть скорость процесса разделения максимальная.

Все перешедшие в нерастворимое состояние соединения, а также развернутые до вторичных и третичных цепей молекулы белков с присоединенными к ним отсорбированными отходами поднимаются в камеру 4-хлопьеобразования. Здесь в результате понижения температуры (естественного или принудительного под воздействием охлаждающего змеевика 5) ионы алюминия переходят в гидрооксиды алюминия, которые коагулируют нерастворимые соединения фосфатов и белков (вторичные белки). Белковые соединения с отсорбированными загрязнениями при пониженной температуре также обладают возможностью образовывать агрегаты. Переход характера движения из турбулентного в ламинарный, то есть постепенное "ускорение" потока благоприятствует процессу образования хлопьев.

Всплывающая во флотаторе пена по перфорированной трубе под воздействием вакуумного отсоса 7 подается в пеносборник. Очищенная вода по стоку в нижней части флотатора 6 подается на технические цели или сбрасывается в водоем.

Предложенные способ и устройство позволяют:

сократить расход коагулянта;

повысить качество очистки;

обеспечить удаление солей;

сократить объемы строительно-монтажных работ за счет уменьшения объема установки. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ электрохимической очистки белковосодержащих жидких сред, включающий электрокоагуляцию, коагуляцию с денатурацией белков, флотацию и удаление пены, отличающийся тем, что перед электрокоагуляцией воду газонасыщают путем электролиза, а после электрокоагуляции повторно проводят электролиз до pН среды, равной изоэлектрической точке белков при одновременной коагуляции и денатурации белков с последующим хлопьеобразованием, при этом электролиз, электрокоагуляцию и коагуляцию проводят в турбулентном режиме.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят предварительный подогрев очищаемой среды до 60 65oС.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс хлопьеобразования осуществляют при охлаждении очищаемой среды на 10 15oС.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что перед подогревом среды производят обработку очищаемой среды серной кислотой при соотношении 0,008 моля серной кислоты на 1 моль белка.

5. Устройство для электрохимической очистки белковосодержащих жидких сред, содержащее электрокоагулятор, электролизер денатурации белков, флотатор и систему удаления пены, отличающееся тем, что оно содержит электролизер газонасыщения, размещенный перед электрокоагулятором, и камеру хлопьеобразования, размещенную после электролизера денатурации белков, электролизер газонасыщения, электрокоагулятор, электролизер денатурации белков, камера хлопьеобразования, флотатор выполнены в виде отдельных заменяемых блоков, установленных вертикально последовательно.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что электролизер гаэонасыщения, электрокоагулятор и электролизер денатурации белков выполнены в виде отрезков трубы с установленными внутри электродами.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что камера хлопьеобразования выполнена в виде конического раструба, выходящего расширенной частью во флотатор и снабженного системой охлаждения.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что система удаления пены выполнена в виде системы вакуумирования.




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