способ очистки природных и сточных вод электрофлотацией

Формула изобретения

Способ очистки природных и сточных вод электрофлотацией в присутствии коагулянта и флокулянта в устройстве, содержащем электроды, отличающийся тем, что электроды расположены в нижней части устройства, разделение жидкой и твердой фаз осуществляют в верхней части устройства в зоне концентрирования электрофлотошлама, насыщенного пузырьками электролизных газов, поднимающимися снизу вверх, при этом исходная очищаемая вода равномерно поступает сверху вниз на электрофлотошлам через расположенную в верхней части корпуса камеру с днищем из перфорированного и/или сетчатого материала, а осветленная вода проходит в электродную зону, где дополнительно очищается от органических примесей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки природных и сточных вод и может быть использовано в энергетической, химической промышленности и во всех отраслях народного хозяйства, где работают установки химводоподготовки и очистки сточных вод.

Очистка природной воды необходима, так как она содержит различные примеси: взвешенные и коллоидные вещества, растворенные минеральные и органические соединения, микроорганизмы и т.п.

Одним из известных способов извлечения примесей из воды является электрофлотация, которая осуществляется тонкодисперсными пузырьками водорода и кислорода, образующимися в результате электролиза воды. Близким аналогом заявляемого способа является способ очистки воды путем электрохимической обработки с дюралюминиевым анодом и сетчатым катодом при подкислении до рН=4-6 и подщелачивании до рН=9.5-11 с последующей фильтрацией, электролиз ведут при анодной плотности тока 100-150 А/м² , а.с. СССР №710989, С 02 С 5/12, 1980 г.

Недостатком аналога является необходимость подкисления или подщелачивания воды при ее очистке, что нецелесобразно при очистке природной воды, а также проведение электролиза при высоких плотностях тока 100 А/м² и более.

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому способу является способ очистки воды от взвешенных частиц путем электрохимического коагулирования в присутствии флокулянта полиакриламида (прототип).

А.с. СССР №444404, С 02 5/12, С 02 В 1/82, 1977 г.

Известный способ электрофлотации основан на получении коагулянтов анодным растворением электродов, примеси воды взаимодействуют с коагулянтом и флотируются пузырьками электролизных газов.

Недостатком известного электрохимического способа является загрязнение электродов скаогулированными частицами примесей воды и ведение процесса при высоких плотностях тока.

Задачей изобретения является достижение высокой степени очистки воды от скоагулированных примесей при более стабильном ведении процесса при низких плотностях тока.

Данная цель достигается путем фильтрации исходной воды через слой шлама, который накапливается на поверхности воды. В электролизер поступает очищенная от шламов вода, и электроды не загрязняются.

Процесс электрофлотации по данному способу осуществляется в электролизере, отличающемся от устройства известных аппаратов.

Аналогом заявляемого изобретения является способ и установка для электрокоагуляционной обработки промышленных сточных вод.

Установка для удаления посторонних веществ из сбрасываемых потоков содержит аппарат для электрокоагуляции, снабженный заряженными и незаряженными пластинами, между которыми проходит подлежащая очистке вода. Аппарат подключен к источнику напряжения, который создает на пластинах положительный и отрицательный заряды. После электрокоагуляции примесей вода направляется в другую емкость для пеноудаления, в которой подвергается взбалтыванию с целью подъема захваченных жидкостью газовых пузырьков и образования на поверхности пенистого слоя. Далее водный поток через сгуститель осадка, который накапливается в нижней его части, сливается в осветлитель. После сгущения осадок загружается в пресс-фильтр, в котором происходит его освобождение от основной части воды.

Пат. США 6294061, С 02 F 1/46, 2001 г.

Недостатком аналога является проведение процессов в разных емкостях - электрокоагуляция, пеноудаление, сгущение, осветление - и фильтрация осадка через пресс-фильтр, что является трудоемким и дорогим процессом.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для обработки сточных вод, содержащее закрытую камеру, днище, боковые стенки. Сточная вода подается в нижнюю часть камеры, два электрода разноименной полярности расположены также в нижней части камеры. Между электродами создано электрическое поле для замучивания сточных вод. В результате верхний слой жидкости имеет меньшую плотность, чем плотность очищаемой воды. Верхний слой жидкости, содержащий твердые частицы, удаляется через выпускное отверстие в верхней части аппарата (прототип).

Пат. США 3975256, п.17.09.76, МПК С 02 В 1/82.

Недостатком прототипа является подача исходной очищаемой воды в нижнюю часть аппарата, где расположены электроды, в результате этого происходит зарастание электродов частицами загрязнений воды и нарушение параметров процесса электрокоагуляции.

В отличие от известных электролизеров предложено устройство, которое в верхней части снабжено камерой с днищем из перфорированного и/или сетчатого материалов для равномерной подачи исходной воды. Схема предлагаемого устройства изображена на чертеже.

Предлагаемое устройство имеет корпус 1, пару или более разноименных электродов 2, расположенных в нижней части аппарата горизонтально или наклонно, патрубки ввода 3 воды в верхней части и вывода 4 очищенной воды в нижней части аппарата. Сверху устройство снабжено камерой с днищем из перфорированного и/или сетчатого материала 8, позволяющей равномерно распределять исходную воду на поверхности ранее сфлотированных шламов 5, выполняющих роль фильтра.

Очищаемая вода, содержащая реагенты - коагулянт сернокислый алюминий и флокулянт полиакриламид - и шламы, фильтруется через шлам-фильтр 5 в зону осветления 6, находящуюся под шлам-фильтром 5. Частицы загрязнения из очищаемой воды оседают на поверхности шлам-фильтра. Очищенная вода отводится через патрубок отвода 4, расположенного в нижней части аппарата. Устройство снабжено воздушником 9.

При отключении источника питания шлам-фильтр не разрушается, а наоборот, уплотняется за счет выделения пузырьков газов. Шлам-фильтр в уплотненном состоянии может находиться длительное время и не разрушаться.

Удалять шлам из аппарата можно различными способами (7), постоянно или периодически.

Элементами новизны предлагаемого способа и устройства очистки природных и сточных вод являются:

- оснащение устройства в верхней части камерой с днищем из перфорированного и/или сетчатого материала для равномерного распределения очищаемой воды по поверхности пенного слоя,

- пенный слой из скоагулированных и извлеченных из объема частиц загрязнений по времени уплотняется и образует так называемый шламовый фильтр, в котором задерживаются вновь поступающие частицы загрязнений,

- расположение электродов в зоне осветленной воды предотвращает покрытие электродов частицами загрязнений и, как следствие, нарушение параметров процесса,

- проведение процесса электролиза при низких плотностях тока 10 А/м² и более.

Примеры очистки природных и сточных вод методом электрофлотации

Испытания проводились на лабораторной установке, состоящей из выпрямителя, амперметра, питателя, электрофлотатора, емкости для очищенной воды, емкости для сбора пенного продукта.

Исходная вода с добавками коагулянта сульфата алюминия и флокулянта полиакриламида подавалась в электрофлотатор с различными скоростями. На выходе из электрофлотатора измерялись содержание взвешенных частиц в очищенной воде и рН воды в зависимости от величины нагрузки по питанию. По уменьшению концентрации взвеси судили об эффективности процесса электрофлотации. Изменяли напряжение, подаваемое на электроды, в соответствии с этим изменялась сила тока, и, следовательно, степень аэрации пульпы электролизными газами.

Электрофлотация скоагулированных примесей речной воды проводилась в электролизере с рабочим объемом 1 и 2 л, с анодами из алюминия с перфорацией и сетчатыми катодами из нержавеющей стали марки 12×18Н10Т.

Объем флотатора 1 л. Флотация примесей речной воды после их коагуляции сульфатом алюминия проводилась при стандартном оптимальном режиме, рН исх. воды 7.75, рН после коагуляции 5.92, рН после флотации 6.35. Напряжение 3...8 В, сила тока 125 мА. Нагрузку изменяли от 5.4 до 20 л/час при контроле по содержанию взвешенных частиц в очищенной воде. Средняя скорость подачи питания составила 7.8 л/час при содержании взвеси 0.030 г/л и 6.5 л/час при содержании взвеси в очищенной воде 0.020 г/л. Время флотации 1.5 минуты, объем шламов составил около 1%.

Для сравнения было определено содержание взвешенных частиц в очищенной воде после осветлителей, в зависимости от нагрузки данные изменялись от 0.030 до 0.140 г/л. Таким образом, средняя скорость электрофлотации вполне обеспечивает требуемую степень очистки.

Изучена электрофлотация шламов из шламоуплотнителя и из зоны контакта воды с реагентами. Результаты представлены в таблице 1.

Степень очистки природных и сточных вод от загрязнений при очистке воды в осветлителях составляет 84-86%. Данные таблицы 1 показывают, что при электрофлотации достигается более высокая степень очистки воды от загрязнений в сравнении с очисткой воды в осветлителях. Практически рекомендуется очистку воды проводить при напряжении не более 4 В, степень очистки составляет 97.1.-.98.1% Шламы из зоны контакта воды с реагентами более флотоактивны, чем при флотации шламов из шламонакопителя. Известно, что гидроокись алюминия именно в процессе образования активно сорбирует примеси загрязнений воды и водород, выделяющийся на катоде, поэтому и сокращается время флотации.

Таблица 1.
Характеристика параметров очистки природных и сточных вод электрофлотацией предложенным способом.
Наименован продукта	V, Bx			J, мА		t, мин	W, Вт г/л			d, A/м2	рН	V, л/ч		Р, г/л	Е,%
1. Электрофлотация речной воды
Исход											5.92			1.030
Кон.1	3.8			125	1.5			0.012		10	6.35		7.8	0.030	97.1
Кон.2	3.8			125	1.5			0.012		10	6.35		6.5	0.020	98.1
2. Электрофлотация шламов из шламоуплотнителя
Исход											6.83			1.46
Кон.	3.2	200			7			0.075		16	7.06		4.0	0.13	91.1
Исход											6.97			1.97
Кон.	9.0	525			3			0.236		42	7.22		4.4	0.03	98.5
3. Электрофлотация шламов из зоны контакта воды с реагентами
Исход											6.50			1.03
Кон.	3.2		200		3				0.032	16	7.09		4.2	0.03	97.1
Исход											6.65			1.17
Кон.	9.0		525		2				0.158	42	7.35		5.0	0.01	99.1
х Ссылки: V, B - напряжение, J, мА - сила тока, t, мин - время, W, Вт ч/л - расход электроэнергии, d, A/м 2 - плотность тока, V, л/час - скорость фильтрации, Р, г/л - количество твердого, Е - степень извлечения твердого, %, расход коагулянта 60-80 г/м3, расход полиакриламида 0.055 г/м3.

Результаты опытов показали некоторое повышение рН воды в процессе электрофлотации, следовательно, снижение коррозионной активности воды, что положительно скажется при дальнейшем ее использовании.