СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ

СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ


RU (11) 2060956 (13) C1

(51) 6 C02F1/46 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 92004167/26 
(22) Дата подачи заявки: 1992.10.14 
(45) Опубликовано: 1996.05.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Кульский Л.А. и Стокач П.П. Технология очистки природных вод. Высшая школа, 1986, с.351. 2. Авторское свидетельство СССР N 1318536, кл. C 02F 1/46, 1987. 
(71) Заявитель(и): Назаров Владимир Дмитриевич 
(72) Автор(ы): Назаров Владимир Дмитриевич 
(73) Патентообладатель(и): Назаров Владимир Дмитриевич 

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ 

Использование: очистка сточных вод от взвешенных частиц. Сущность изобретения: сточные воды обрабатывают в анодной камере диафрагменного электрокоагулятора с анионообменной мембраной при подаче в нее раствора щелочи до концентрации 0,015-0,025 н. , а в катодную камеру - раствора минеральной кислоты до концентрации 0,015-0,025 н. и кислородсодержащего газа, обработку ведут в поле засыпной гальванической пары, образованной алюминиевым анодом и графитовым катодом, замкнутыми между собой внешней электрической цепью. 2 ил., 5 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к очистке сточных вод от взвешенных веществ и может быть использовано на судах речного и морского транспорта.

Известен способ очистки сточных вод гальванохимичесим способом. Обработку промышленных сточных вод осуществляют в аппарате непрерывного действия проточного типа. Загрузку аппарата составили из железной и медной стружки при массовом их соотношении 4:1. Медную стружку загружали одноразово, а железную периодически догружали по мере ее расходования [1]

Прототипом изобретения является способ очистки сточных вод от взвешенных веществ и сероводорода, заключающийся в обработке сточных вод в катодной камере диафрагменного электролизера на катоде из гидрофобизированного углерода при одновременном пропускании через воду кислородсодержащего газа, а в анодную камеру помещают раствор минеральной кислоты, в качестве диафрагмы применяют катионообменную матрицу, а раствор минеральной кислоты используют в концентрации 0,5-1,0 М [2]

Эффективная работа известного электрокоагулятора достигается только при высоких плотностях тока, поскольку при этом наиболее интенсивно используется их емкость и рабочая поверхность электродов, однако, с повышением плотности тока возрастают поляризационные явления и пассивация электродов, что приводит к возрастанию напряжения и потере электроэнергии на побочные процессы.

Цель изобретения снижение энергозатрат.

Цель достигается те, что в известном способе очистки сточных вод от взвешенных веществ, включающем обработку их в мембранном электрохимическом коагуляторе с использованием катода из углеродсодержащего материала с разделенными электродными камерами при подаче в катодную камеру кислородсодержащего газа и использованием минеральной кислоты, согласно изобретению, обработку ведут в поле гальванического элемента, образованного засыпными алюминиевым анодом и графитовым катодом, замкнутыми внешней электрической цепью на сопротивление нагрузки, и разделенными анионообменной мембраной, причем, очищаемую воду подают в анодную камеру с одновременной подачей в нее щелочи до концентрации ее 0,015-0,025 н, а в катодную камеру подают раствор минеральной кислоты до концентрации ее 0,015-0,025 н.

В предлагаемом способе выявленная зависимость напряжения от концентрации минеральной кислоты (HCl) в катодной камере и концентрации щелочи в анодной камере (NaOH) носит экстремальный характер, т.е. большему значению напряжения на нагрузочном сопротивлении соответствует большая интенсивность электродных процессов, и как следствие, большая скорость выхода ионов алюминия, что не является очевидным для специалиста в области очистки сточных вод от взвешенных веществ в электрохимических коагуляторах. При этом существенно уменьшается пассивация электродов, которая является существенным недостатком известных элетрокоагуляторов и тормозит их внедрение в технологию очистки воды, а также уменьшаются энергозатраты за счет отсутствия источника питания.

На фиг. 1 представлена блок-схема обработки сточной воды в электрохимическом коагуляторе; на фиг. 2 зависимость напряжения на нагрузочном сопротивлении от концентрации кислоты и щелочи.

В прямоугольном корпусе 1 (фиг. 1) помещены засыпные электроды: гранулированный алюминий, являющийся анодом 2, и пористый углеродсодержащий материал, например, графит, являющийся катодом 3. Анодная рабочая камера отделена от катодной (нерабочей) камеры анионообменной мембраной 4 и образует электрохимическую ячейку. Электроды соединены сопротивлением нагрузки 5, катодная камера соединена с коллектором 6 кислородсодержащей газовой смеси.

Способ осуществляют следующим образом.

Обрабатываемая жидкость поступает в анодную камеру, одновременно в катодное пространство подают кислородсодержащую газовую смесь, напримеp, воздух и вводят автоматическим устройством кислоту до концентрации ее в нерабочей камере 0,015-0,025 н в рабочую (анодную) камеру вводят щелочь в концентрации 0,015-0,025 н. В результате электрохимической диссоциации между двумя электродами возникает собственный электрический ток, под действием которого в рабочей анодной камере происходит растворение гранулированного алюминия, ионы металла переходят в раствор, образуя гидроокись алюминия, которая является коагулянтом и адсорбирует загрязнения.

Интенсификация процесса образования гидроокиси алюминия происходит следующим образом.

В процессе работы электрокоагулятора в электролите, которым является обрабатываемая жидкость, гидроксил-ионы движутся от катода к аноду. Электролит служит ионным проводником тока между электродами. На аноде происходит электрохимическое окисление водорода

2H2+4OH- _ 4H2O+4e (I)

Полученные в результате реакции электроны по внешней цепи поступают на катод, совершая на своем пути работу. На катоде происходит восстановление кислорода (присоединение электронов по суммарной реакции)

O2+4e+2H2 _ 4OH- (II)

При введении кислородсодержащей газовой смеси в катодную камеру в кислой и нейтральной среде электролита происходит реакция O2+4e+4H+_ 2H2O, которая стимулирует дополнительное образование гидроксил-ионов по реакции (II). Вследствие этих процессов в катодной камере происходит подщелачивание электролита. Далее гидроксил-ионы через анионитовую мембрану поступают в анодную (рабочую) камеру, где происходит образование гидроокиси алюминия. В обрабатываемой воде рН составляет 5-6 и регулируется вышеприведенными реакциями. Это является положительным эффектом, так как известно, что при рН>9 гидроокись алюминия реагирует с избытком щелочи с образованием гидроксоалюминатов, а также при контакте с воздухом происходит карбонизация

2OH-+CO2 CO32+H2O

П р и м е р 1. В рабочую (анодную) камеру электрохимического коагулятора с алюминиевым засыпным электродом добавляют щелочь NaOH до концентрации 0,005-0,05 н. в катодную камеру с засыпным электродом из пористого графита подают воздух. Электролитом является раствор NaCl концентрации 0,1 н. Сопротивление нагрузки 1,5 кОм. В эксперименте определяют падение напряжения на сопротивлении нагрузки. Результаты представлены в табл. 1.

П р и м е р 2. В нерабочую (катодную) камеру электрохимического коагулятора с засыпным углеродсодержащим электродом вводят минеральную кислоту HCl в концентрации 0,005-0,05 н, а также подают кислородсодержащий газ (воздух). Электролит NaCl 0,1 н. Сопротивление нагрузки 1,5 кОм. Определяют падение напряжения на сопротивлении нагрузки.

Результаты представлены в табл. 2.

П р и м е р 3. В камеру электрохимического коагулятора с засыпным алюминиевым электродом добавляют щелочь (NaOH) в концентрации 0,005-0,05 н, в катодную камеру с засыпным графитовым электродом кислоту HCl в концентрации 0,005-0,05 н. Электролит NaCl 0,1 н. Сопротивление нагрузки 1,5 кОм. Определяем падение напряжения на сопротивлении нагрузки. Результаты представлены в табл. 3.

На фиг. 2 показана зависимость напряжения на сопротивлении нагрузки (1,5 кОм) от концентрации кислоты в нерабочей камере 1 (кр. 1) и от концентрации щелочи в рабочей камере (кр. 2). Видно, что максимум кривой соответствует концентрации 0,015-0,025 н, HCl и NaOH (кр. 3). Очевидно, что большему значению напряжения на нагрузочном сопротивлении соответствует большая интенсивность электродных процессов, т.е. большая скорость выхода ионов алюминия в раствор.

В технологических опытах используют модель сточных вод. В качестве взвеси использован бентонит, приготовленный по стандартной методике в концентрации 1 г/л.

П р и м е р 4. Коагулянт, полученный по примеру 3 с концентрацией щелочи и кислоты 0,005 н вводят в очищаемую воду в количестве 10% от общего количества полученного коагулянта (Скоаг=10 мг/л), перемешивают и проводят отстаивание в течение 4 ч.

П р и м е р 5. Коагулянт, полученный по примеру 3, с концентрацией кислоты и щелочи 0,02 н. вводят в очищаемую воду в количестве 10% от общего количества полученного коагулянта (Скоаг=10 мг/л), перемешивают и проводят отстаивание в течение 4 ч.

П р и м е р 6. Коагулянт, полученный по примеру 3, с концентрацией кислоты и щелочи 0,1 н и вводят в количестве 10% от общего количества полученного коагулянта (Скоаг=10 мг/л), перемешивают и проводят отстаивание в течение 4 ч.

П р и м е р 7. Модель сточной воды готовят из воды питьевого качества, которую перемешивают с бентонитом. Концентрацию бетонита доводят до 1 г/л. Сточную воду пропускают в анодной камере со скоростью 10 м/ч, после чего отстаивают в течение 0,5 ч.

П р и м е р 8. Опыт проводят так же, как в примере 7, при концентрации кислоты и щелочи 0,025 н. В рабочую камеру подают воздух. Результаты приведены в табл. 5.

Из результатов эксперимента по очистке модели сточных вод можно сделать вывод, что очистка, проведенная по примеру 4, имеет лучший результат, так как доза коагулянта в очищаемой воде, полученного с одновременной подачей щелочи в электрохимический коагулятор в концентрации 0,015-0,025 н, и в катодную камеру минеральной кислоты в концентрации 0,015-0,025 н, составляет 10-15 мг/л, коагулянт, полученный в интервалах введения кислоты и щелочи в электрохимический коагулятор от 0,005-0,015 н и 0,025-0,1 н, не дает концентрацию коагулянта в очищаемой воде 10 мг/л, следовательно, эффективность очистки снижается.

В предлагаемом способе достигается экономия электроэнергии за счет того, что для получения коагулянта вообще не используется электроэнергия, так как в результате электрохимических реакций между двумя засыпными электродами возникает собственный электрический ток. Пассивация уменьшается за счет того, что в обрабатываемой воде рН составляет 5-8. Это является положительным эффектом, так как известно, что при рН менее 9, гидроокись алюминия не реагирует с избытком щелочи с образование гидроксоалюминатов, а также в меньшей степени происходит карбонизация при контакте с воздухом. По прототипу наиболее эффективной может быть работа электрокоагулятора при высоких плотностях тока, поскольку при этом наиболее интенсивно используется их емкость и рабочая поверхность электродов. Однако, с повышением плотности тока возрастает поляризованное явление и пассивация электродов, что приводит к возрастанию напряжения и потере электроэнергии на побочные процессы.

Изменение напряжения за счет пассивации электродов по прототипу (в электрокоагуляторе) составляет 34% Изменение ЭДС за счет пассивации при работе электрохимического коагулятора (в предлагаемом способе) составляет 10% Следовательно, предлагаемый способ очистки сточных вод от взвешенных веществ позволяет наиболее эффективно получать коагулянт и вводить его в очищаемую воду, при этом в меньшей степени проявляется пассивация электродов. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ очистки сточной воды от взвешенных веществ, включающий обработку ее в диафрагменном электрокоагуляторе с электродами и ионообменной мембраной в присутствии минеральной кислоты при подаче в катодную камеру кислородсодержащего газа, отличающийся тем, что в качестве ионообменной мембраны используют анионообменную мембрану, а в качестве электродов - засыпную гальваническую пару, образованную алюминиевым анодом и графитовым катодом, замкнутыми между собой внешней электрической цепью, обработку ведут в анодной камере при подаче в нее раствора щелочи до концентрации 0,015 0,025 н, а в катодную камеру раствора минеральной кислоты до концентрации 0,015 - 0,025 н.




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