устройство и способ для снижения хпк сточных вод путем электрохимического окисления

Формула изобретения

1. Устройство для снижения ХПК сточных вод путем анодного окисления, содержащее первый электролизер, оборудованный анодом первого типа для выделения кислорода, соединенный последовательно или параллельно с по меньшей мере одним вторым электролизером, оборудованным анодом второго типа для выделения кислорода, причем материал анода второго типа имеет более высокое перенапряжение выделения кислорода, чем материал анода первого типа.

2. Устройство по п.1, в котором упомянутый второй электролизер имеет меньшую общую анодную поверхность, чем упомянутый первый электролизер.

3. Устройство по п.1, в котором упомянутый анод второго типа для выделения кислорода упомянутого второго электролизера представляет собой допированный бором алмазный анод.

4. Устройство по п.1, в котором упомянутый анод первого типа для выделения кислорода упомянутого первого электролизера содержит оксиды олова и сурьмы.

5. Устройство по п.2, в котором упомянутый анод первого типа для выделения кислорода упомянутого первого электролизера содержит оксиды олова и сурьмы.

6. Устройство по п.3, в котором упомянутый анод первого типа для выделения кислорода упомянутого первого электролизера содержит оксиды олова и сурьмы.

7. Устройство по п.2, в котором отношение между поверхностью упомянутого анода первого типа и поверхностью упомянутого анода второго типа составляет между 55:45 и 95:5.

8. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором отношение между электрическим током, подаваемым к упомянутому первому и упомянутому второму электролизерам, является регулируемым.

9. Способ снижения ХПК сточных вод, включающий в себя осуществление процесса анодного окисления в устройстве по любому из предшествующих пунктов.

10. Способ по п.9, в котором отношение между электрическим током, подаваемым к упомянутому первому и упомянутому второму электролизерам, составляет между 55:45 и 95:5.

Описание изобретения к патенту

Обработка сточных вод с очень высоким ХПК (химическим потреблением кислорода) выше по потоку относительно установок биологической очистки является довольно затруднительной. По этой причине было изучено лишь несколько электрохимических методик предварительной обработки для снижения ХПК. Окисление веществ, химически потребляющих кислород (ХПК-веществ), может быть осуществлено путем электролиза на анодах, характеризующихся высоким перенапряжением выделения кислорода или обладающих похожими специфическими электрокаталитическими свойствами.

В их число входят покрытые оксидами олова и сурьмы электроды, и ссылки на них будут делаться в последующем как на неограничивающий пример анодов с высоким перенапряжением кислорода. Такие электроды использовали в известных в данной области техники плоских электролизерах, например в перпендикулярных электролизерах проточного типа. В таких электролизерах подлежащий обработке раствор пропускают поочередно через аноды и катоды, состоящие из сеток или губок. Снижение ХПК по этой методике фактически наблюдали лишь в нескольких видах сточных вод, но, тем не менее, с такой системой связан очень низкий выход по току реакций окисления ХПК-веществ, даже несмотря на то, что снижение ХПК является столь низким, как примерно 50%.

Известен другой вид электрода с более высоким перенапряжением кислорода, чем у покрытых оксидами олова и сурьмы анодов, а именно допированный бором алмазный электрод («boron-doped diamond electrode»), который состоит из слоя допированного бором алмаза (ДВА), осажденного на проводящей подложке. Недостатки электрода этого типа являются двоякими, а именно его стоимость и его относительная хрупкость, требующая специальных и дорогих электролизеров для его использования; с другой стороны, его значительно более высокий потенциал при выделении кислорода приводит к значительно большим степеням снижения ХПК при лучших выходах по току. Можно предположить, что из-за высокого потенциала ряд молекул, вносящих свой вклад в ХПК, разрушаются путем диссоциации их основных цепей.

Данное изобретение состоит в одновременном использовании электродов по меньшей мере двух типов в электрически последовательно или параллельно соединенных электролизерах. Подоплека состоит в том, чтобы использовать в наивысшей степени более доступные и менее дорогие элементы, то есть аноды на основе оксидов олова и сурьмы или другие эквивалентные электроды, установленные в обычном электрохимическом пластинчатом или трубчатом реакторе, и в меньшей степени - ДБА-электрод, установленный в своем собственном соответствующем электролизере, для проведения части реакции, которая не может быть осуществлена на анодах на основе оксидов олова и сурьмы или эквивалентных им. Частично разрушив молекулы, формирующие ХПК, на ДБА-аноде, становится легче завершить их окисление на аноде на основе оксидов олова и сурьмы, что подтверждено экспериментальными наблюдениями. Для каждого вида сточных вод будет необходимо определить наиболее подходящее долевое (пропорциональное) распределение электрического тока между двумя процессами окисления на ДВА и на электроде на основе оксидов олова и сурьмы. Идеальное долевое распределение тока обычно составляет между 55:45 и 95:5, в зависимости от вида сточных вод; такое распределение может быть получено очень простым образом, действуя на общую анодную поверхность в каждом электролизере (например, путем установления отношения общей анодной поверхности анода на основе оксидов олова и сурьмы к ДВА на значении, составляющем между 55:45 и 95:5), но возможны также и другие решения. Для тех установок, где нужно обрабатывать несколько видов сточных вод, целесообразно, чтобы такое распределение тока было регулируемым посредством систем, известных в данной области техники.

Электрод на основе оксидов олова и сурьмы может быть выполнен согласно разным типологиям, например, он может быть получен в виде керамического электрода, например, полученного спеканием порошков двух оксидов, необязательно смешанных с другими компонентами, или же он может состоять из металлической основы, например, из титана или другого вентильного металла, покрытой оксидами олова и сурьмы, необязательно смешанными с небольшими количествами проводящих элементов (например, меди) или элементов с желательными электрохимическими свойствами (например, иридием), чтобы отрегулировать его потенциал. В принципе, можно также использовать аноды из титана, покрытые катализаторами выделения кислорода (например, смесями оксидов иридия и тантала), однако в этом случае перенапряжение кислорода оказывается слишком низким, и присоединение электролизеров согласно изобретению приводит к менее благоприятным результатам.

Таким образом, в изобретении предложено устройство для снижения ХПК сточных вод путем анодного окисления, содержащее первый электролизер, оборудованный анодом первого типа для выделения кислорода, соединенный последовательно или параллельно с по меньшей мере одним вторым электролизером, оборудованным анодом второго типа для выделения кислорода, причем материал анода второго типа имеет более высокое перенапряжения выделения кислорода, чем материал анода первого типа.

Предпочтительно второй электролизер имеет меньшую общую анодную поверхность, чем первый электролизер, а конкретнее, отношение между поверхностью анода первого типа и поверхностью анода второго типа составляет между 55:45 и 95:5 включительно.

Предпочтительно анод второго типа для выделения кислорода второго электролизера представляет собой допированный бором алмазный анод, а анод первого типа для выделения кислорода первого электролизера содержит оксиды олова и сурьмы.

Предпочтительно отношение между электрическим током, подаваемым к первому и второму электролизерам, является регулируемым.

В изобретении также предложен способ снижения ХПК сточных вод, включающий в себя осуществление процесса анодного окисления в устройстве по изобретению.

Предпочтительно при осуществлении этого способа отношение между электрическим током, подаваемым к первому и второму электролизерам, составляет между 55:45 и 95:5 включительно.

Далее здесь представлены результаты по обработке ХПК обычной обезжиривающей ванны. В случае с электродами, покрытыми оксидами олова и сурьмы и установленными в электролизере типа RETEC®, ХПК снижалось наполовину в течение 100 часов при среднем выходе по току в примерно 7%. После соединения предыдущего электролизера со вторым электролизером, содержащим ДБА-электрод, установления 90% тока на электролизере RETEC® и 10% на оборудованном ДБА-электродом электролизере достигли разрушения 80% ХПК в течение примерно 100 часов при среднем выходе по току выше 24%. Таким образом, этот способ обеспечивает возможность сильного улучшения степени разрушения ХПК при лучшем выходе по току (более низких затратах на электрическую энергию), одновременно сокращая капиталовложения, обусловленные использованием ДБА-электродов, ограничением их применения небольшим процентом обработки.