способ и устройство для электрохимической очистки сточных вод

Формула изобретения

1. Способ электрохимической очистки сточных вод от эмульгированных и коллоидно-диспергированных загрязнений, например, от нефтепродуктов, включающий воздействие на жидкость в потоке постоянным электрическим током с образованием газовых пузырьков в обрабатываемой массе, пеноотделение после воздействия электрическим током, при этом жидкость пропускают снизу вверх вдоль поверхностей чередующихся анодов и катодов, затем после достижения поверхности, где происходит пеноотделение, направляют поток к потребителю, отличающийся тем, что обработку электрическим током ведут на режимах, дающих предельно возможное насыщение жидкости электролизными газовыми пузырьками с размером 0,3 - 0,9 мкм, для чего плотность тока на гидрофобных нерастворимых электродах поддерживают в пределах 200 - 400 А/м², число Рейнольдса (Re) в потоке очищаемой жидкости поддерживают в пределах 2000 - 2700 на цилиндрическом участке, после чего поток жидкости подвергают сжатию по площади сечения так, что число Re поддерживается в пределах 3500 - 4500 с последующим резким расширением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после расширения и направления вниз поток очищаемой воды пропускают через второй электродный блок, горизонтально расположенные электроды которого выполнены из пористого нетканого фильтрующего материала, при этом на пористых горизонтальных электродах плотность тока поддерживают в пределах 100 - 200 А/м², а скорость потока жидкости поддерживают из условия величины числа Re в пределах 120 - 200.

3. Устройство для электрохимической очистки загрязненной воды, содержащее верхний цилиндрический корпус с крышкой и коаксиально расположенный нижний корпус, в нижней части которого расположены вертикальные аноды и катоды, снабженное входными патрубками для исходной воды и выходными патрубками для обработанной воды и для шлама, отличающееся тем, что аноды в нижней электродной группе выполнены нерастворимыми из расширенного углеродного материала, в верхней части нижнего корпуса выполнено сужение с уменьшением проходного сечения в 20 - 40 раз с цилиндрическим участком, при этом вход очищаемой воды расположен ниже указанного электродного блока, а выход очищенной воды расположен в нижней части верхнего цилиндрического корпуса.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что внизу кольцевой полости, образованной верхним и нижним цилиндрическими корпусами, расположены перфорированные горизонтальные анод и катод, выполненные из фильтрующего электропроводного материала.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что после сужения выполнен цилиндрический участок в пределах толщины пенного слоя, в пределах 100 - 200 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрохимической обработки сточных вод, содержащих эмульгированные и коллоидно-диспергированные загрязнения, и может быть использовано для очистки сточных вод на предприятиях химической, нефтяной, газовой и пищевой отраслей промышленности.

Известны способы очистки сточных вод, включающие образование коагулянтов из вещества растворимых электродов с последующей флокуляцией загрязнений газовыми пузырьками и отделением образующегося шлама (смотри, например, патент России N 2000274, от 22.10.1991 г., МКИ C 02 F 1/46,) которые позволяют получить на выходе очищенную воду с содержанием нефтепродуктов не лучше 0,5 мг/л и заключаются в том, что сточную воду обрабатывают в поле гальванического элемента при одновременной циркуляции воды и пропускании через нее диспергированного воздуха с размером пузырьков 1-2 мм.

К недостаткам данного способа относится недостаточная степень очистки и увеличение содержания солей и окислов металлов в очищенной воде. Кроме того, при работе гальванической пары происходит образование слоя с большим омическим сопротивлением, что приводит к большим потерям энергии.

Наиболее близким по технологической схеме является известный способ электрохимической очистки сточных вод, реализованный, например, в устройстве по патенту России N 2043307 от 28.01.1991 г. МКИ C 02 F 1/46, в котором сточную воду подвергают воздействию газовых пузырьков, образующихся при электролизе жидкости, и воздействию коагулянтов, образующихся в результате растворения вещества электродов, а затем повторному воздействию газовых пузырьков, образующихся на горизонтальных электродах в кольцевой полости корпуса при движении потока жидкости вниз через решетчатые нерастворимые электроды.

Данный способ также не позволяет получить степень очистки лучше 0,5 мг/л. Кроме того, и тот, и другой способы сопряжены с образованием коагулянта за счет растворения металлическим электродом, утилизация которого является серьезной дополнительной проблемой.

Целью изобретения является усовершенствование способа обработки сточных вод за счет разработки оптимальных режимов и условий электрохимической очистки сточных вод, различных по содержанию, и создание устройства, реализующего этот способ за счет совершенствования конструкции электрохимического флотатора с учетом конкретного состава очищаемых вод, что позволяет в результате очистить воду с исходной концентрацией нефтепродуктов порядка 350 мг/л до концентрации менее 0,05 мг/л, допустимой для воды в соответствии с международным соглашением по охране моря.

Эта цель достигается тем, что процесс ведут на режимах, дающих предельно возможное насыщение жидкости электролизными газовыми пузырьками диаметром 0,3-0,9 мкм.

В отличие от прототипа, где поставленная цель достигается путем снижения поверхностного натяжения на межфазной границе между нефтепродуктом и водой гидроокислами металлов, получаемых за счет растворения электродов, в предлагаемом способе эффективность очистки повышается за счет существенного увеличения количества пузырьков при минимальных их размерах. При этом плотность тока на гидрофобных нерастворимых электродах, выполненных из расширенного углеродного материала, расположенных в нижней части нижнего корпуса, поддерживают в пределах 200-400 А/м² (См. таблицу 1). Число Рейнольдса (Re) в потоке очищаемой жидкости, идущем снизу вверх, поддерживают в пределах от 2000 до 2700, после чего поток жидкости подвергают сжатию по площади проходного сечения, обеспечивая протекание потока в пределах числа Re от 3500 до 4500, с последующим резким расширением. В результате такого сочетания условий и режимов происходит укрупнение частиц-загрязнителей и унос их с пеной.

Сужение потока производят исходя из размеров частиц эмульсии и это сужение для нефтесодержащих вод находится в пределах 20-40.

Дальнейшее увеличение степени сужения нецелесообразно, т.к. приводит к неоправданным гидравлическим потерям и уменьшению времени взаимодействия пузырьков газа с загрязнениями (см. таблицу 2).

Кроме того, с целью удаления тяжелых фракций нефтепродуктов после расширения и направления очищаемой жидкости вниз поток пропускают через второй электродный блок, горизонтально расположенные электроды которого выполнены из пористого нетканого фильтрующего материала. При этом на пористых горизонтальных электродах плотность тока поддерживают в пределах 100-200 А/м², а скорость протока жидкости поддерживают из условия величины числа Re в пределах 120 - 200.

ПРИМЕР: По предлагаемому способу исходную воду с содержанием нефтепродуктов (мазут, танкерные остатки) 250 мг/л подают снизу вверх к электродному блоку в нижнем корпусе с нерастворимыми электродами, при этом на указанном электродном блоке поддерживают постоянный ток плотностью 400 А/м² при скорости потока, соответствующей числу Рейнольдса 2500. В сужении - число Re = 4200. На верхнем электродном блоке плотность тока обеспечивалась 150 А/м², число Re = 200. Время контакта - менее 1 минуты. После электрохимической флотации содержание нефтепродуктов в воде не более 0,05 мг/л.

Дальнейшее улучшение качества очистки может быть легко достигнуто дополнительным механическим фильтрованием, поскольку в результате электрохимической обработки образовавшиеся частицы увеличиваются в размерах за счет самопроизвольной коагуляции.

Предлагаемый способ реализуется в электрохимическом флотаторе, содержащем верхний цилиндрический корпус с крышкой и коаксиально расположенным нижним корпусом, в нижней части после него расположены вертикальные аноды и катоды, снабженном входными патрубками для исходной воды и выходными патрубками для обработанной воды и для шлама, отличающийся тем, что аноды в нижней электродной группе выполнены нерастворимыми из расширенного углеродного материала, в верхней части нижнего корпуса выполнено сужение с конусностью от 1 : 2 до 2 : 1 и уменьшением проходного сечения в 20-40 раз, после которого имеется расширительная камера в виде пространства между верхним и нижним корпусами, при этом вход очищаемой воды расположен ниже указанного электродного блока, а выход очищенной воды расположен в нижней части верхнего корпуса.

Кроме того, в нижней части кольцевой полости, образованной верхним и нижним корпусами, расположены перфорированные горизонтальные анод и катод, выполненные из фильтрующего электропроводного материала типа карбонеткалон.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства.

На фиг. 2 показан нижний электродный блок в разрезе.

Установка включает нижний корпус - 1, верхний корпус - 2 с крышкой - 3, имеющей штуцер вывода газов, конической формы днище - 4 с входным штуцером - 5 и дренажным штуцером - 6. В нижней части корпуса - 1 расположен электродный блок - 7 с вертикально расположенными электродами из расширенного углеродного материала, на верхнем корпусе - 2 имеется штуцер - 8 для выхода обработанной воды и патрубок - 9 для слива отфлотированного вещества. Верхняя часть внутреннего корпуса - 1 выполнена конической с цилиндрическим участком - 10. Внизу кольцевой полости, образованной верхним корпусом - 2 и цилиндрическим участком 10 корпуса - 1, расположены перфорированные горизонтальные анод - 11 и катод - 12, выполненные из фильтрующего электропроводного материала типа карбонеткалон. Электропитание на нижний блок подается через контакты - 13, на блок верхних электродов - через токоподводящие шины - 14. В крышке - 3 имеется штуцер - 15 для отвода электролизных газов.

Блок электродов - 7 состоит из плоских электродов - 16, показанных на фиг. 2.

РАБОТА УСТРОЙСТВА

Установка работает следующим образом.

Очищаемая жидкость поступает в установку через патрубок - 5 к электродному блоку - 7. После заполнения нижнего корпуса - 1 на электродный блок - 7 подается электропитание постоянного напряжения через контакты - 13. В процессе электролиза в протекающей жидкости образуются газовые пузырьки. При режимах по указанному способу интенсивность образования микропузырьков близка к предельно возможной. Это явление получается при плотности тока на нижнем электродном блоке - 7 в пределах 200-400 А/м². Пузырьки сорбируются на глобулах нефтепродуктов, эмульгированных в воде. При движении жидкости в нижней части корпуса - 1 происходит агломерация глобул нефтепродуктов между собой. По мере продвижения потока в конической части процесс агломерации существенно усиливается. На выходе из цилиндрического участка - 10 происходит выталкивание нефтепродуктов из воды пузырьками газов в виде пены. Нефтепродукт скапливается в верхней части корпуса - 2 и затем удаляется через штуцер - 9. После заполнения очищаемой жидкостью верхнего корпуса - 2 включается через шины - 14 верхний электродный блок (электроды - 11 и -12), на котором поддерживается плотность постоянного тока в пределах 100-200 А/м². и число Re в пределах 120-200. При этом присутствующие в растворе тяжелые фракции нефтепродуктов в виде укрупненных капелек порядка 100 мкм также подвергаются воздействию микропузырьков и уносятся с пеной.

На этом процесс очистки закончен и вода через штуцер - 8 поступает по назначению.

Если требования к очищенной воде находятся в пределах 0,3-0,4 мг/л, то верхний электрод (электроды 11 и 12) может быть исключен из работы.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ОСУЩЕСТВИМОСТЬ.

Проведены опытные работы с положительным результатом и выполнен рабочий проект для оборудования конкретной нефтебазы.