способ очистки сточных вод и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод путем обработки электрическим разрядом, создаваемым над слоем жидкости при помощи электродов, один из которых размещен в жидкости, а второй в газовой фазе, отличающийся тем, что, с целью обеспечения очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и снижения удельных энергозатрат на обработку воды, обработку ведут с использованием тлеющего разряда при силе тока 50 100 мА, напряжении 500 2000 В и температуре ниже температуры кипения очищаемой сточной воды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ведут при толщине слоя жидкости 0,4 1,6 мм.

3. Устройство для очистки сточных вод, включающее цилиндрический корпус, внешняя сторона которого снабжена охлаждающей рубашкой и электромагнитной системой, а внутренняя сторона снабжена блоком кольцевых электродов и стержневым противоэлектродом, отличающееся тем, что, с целью обеспечения очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и осуществления процесса очистки под действием тлеющего разряда в пленочном режиме, противоэлектрод выполнен в виде набора дисков, установленных в плоскости кольцевых электродов, над каждой парой электрод противоэлектрод расположен предохранительный экран, а электромагнитная система представляет собой набор магнитов, размещенных в плоскости каждой пары электрод противоэлектрод, причем в верхней части корпуса дополнительно установлен элемент с S-образным зазором, выполненный из неподвижного основания и подвижной шайбы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности, к способам очистки сточных вод от загрязняющих примесей и устройствам для его осуществления и может быть использовано в процессе очистки сточных вод гальванических производств.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ очистки сточных вод, включающий обработку воды высоковольтным импульсным разрядом, создаваемым над ее поверхностью, с использованием в качестве одного из электродов поверхностного слоя жидкости. Процесс осуществляется при амплитуде напряжения высоковольтного импульсного разряда 100-500 кВ и при толщине слоя жидкости 1-5 мм.

Недостатками известного способа являются:

невозможность очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов;

дискретность действия высоковольтного импульсного разряда на жидкость;

высокие удельные энергозатраты;

необходимость дополнительного ввода кислородсодержащего газа (93% О₂, 7% N₂);

высокая температура в зоне импульсного разряда, инициирующая образование озона и активных радикалов, увеличивающая степень испарения жидкости.

Целью изобретения является обеспечение очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и снижение удельных энергозатрат на обработку воды.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для обработки жидкости электрическим разрядом, содержащее цилиндрический корпус, внешняя сторона которого снабжена охлаждающей рубашкой и электромагнитной системой, а на внутренней поверхности размещены графитовые кольцевые электроды и стержневой противоэлектрод.

Недостатками известного решения является невозможность: осуществления процесса в пленочном режиме; выделения из сточных вод тяжелых металлов; ведения процесса в режиме тлеющего разряда; локального воздействия электромагнитного поля на электрический разряд; эффективного распределения обрабатываемого потока жидкости в зоне действия электрического разряда; осуществления процесса без дополнительных примесей воздуха.

Целью изобретения является обеспечение очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и осуществление процесса очистки под действием тлеющего разряда в пленочном режиме.

Заявляемая совокупность признаков позволяет повысить степень очистки СВ и снизить удельные энергозатраты вследствие комплексного электронно-ионного воздействия фотоэффекта и УФ-излучения тлеющего разряда на очищаемую сточную воду.

Наибольшая активность каждого из перечисленных физических явлений проявляется на поверхности жидкости в прикатодной области разряда. Действие тлеющего разряда на всю поверхность жидкости, стекающей в виде пленки, возможно благодаря тому, что охлаждаемый электрод (катод) непрерывно омывается пленкой, равномерно распределенной по всей его поверхности, а магнитное или электромагнитное поле интенсифицирует процесс вследствие развертывания тлеющего разряда на поверхности стекающей пленки. Охлаждение электрода способствует снижению испарения растворителя с поверхности жидкости и к стабилизации пленочного режима ее течения.

На чертеже приведено устройство для очистки сточных вод, состоящее из цилиндрического охлаждаемого корпуса 1 с блоком кольцевых электродов 2 и набором дисковых противоэлектродов 3, установленных в одной плоскости, разделенных предохранительными экранами 4. На внешней цилиндрической части корпуса размещен набор магнитов 5, соответственно каждой паре электрод-противоэлектрод для развертывания тлеющего разряда в плоскости, перпендикулярной оси устройства. В верхней части корпуса 1 дополнительно установлен элемент с S-образным зазором 6, выполненным из неподвижного основания 7 и подвижной шайбы 8, предназначенный для регулирования толщины и равномерного распределения пленки по поверхности охлаждаемого катода за счет изменения зазора между элементами.

Для отвода тепла из зоны реакции предусмотрена система охлаждения 9 по принципу труба в трубе. Предохранительные экраны 4 служат для разделения зон и стабилизации течения жидкой пленки на поверхности катода.

Устройство работает следующим образом. Перед пуском в устройстве создают необходимое разряжение и подают обрабатываемую воду через элемент с S-образным зазором 6 в виде пленки по внутренней поверхности цилиндрической части корпуса 1, в который вмонтированы кольцевые электроды 2. Одновременно создают магнитное поле между охлаждаемым кольцевым электродом и противоэлектродом, производят поджиг разряда при помощи высоковольтного выпрямителя. Развернутый разряд воздействует на жидкую пленку, постоянно обновляющуюся во времени. В поле действия разряда находится практически вся поверхность пленки. Пройдя реакционную зону первой пары электрод-противоэлектрод, обрабатываемая жидкость оказывается в поле действия второй пары и т.д. Число пар электрод-противоэлектрод выбирается таким образом, чтобы обеспечить полное время контактирования разряда с жидкостью до достижения заданной степени очистки СВ. С целью сокращения числа пара электрод-противоэлектрод устройство может работать в режиме с рециклом.

П р и м е р 1. Сточную воду, содержащую 22 мг/л ионов Fe²⁺; 55,5 мг/л Cr⁶+; 14,3 мг/л Ni²⁺; 8,0 мг/л Мо⁴⁺; 6,0 мг/л Со²⁺, имеющую рН 7,0, подвергают обработке в поле действия тлеющего разряда путем пропускания ее в виде жидкой пленки толщиной 0,4 мм. Параметры разряда: I 100 мА, U 500 B. Давление в реакторе 50 торр, температура жидкости на входе в реактор Т 293 К.

П р и м е р 2. Условия проведения процесса аналогичны приведенным в примере 1. Сточные воды, содержащие 150 мг/л Zn²⁺; 5,02 мг/л Cd²⁺; 2,0 мг/л Cu⁺ c pH 10 пропускают через реакционную зону тлеющего разряда. В результате концентрация Zn²⁺ снижается до ПДК, Cd²⁺ до значений ниже ПДК, а ионы меди после обработки в СВ обнаружены не были. Изменение концентрации ионов тяжелых металлов в СВ после обработки при различных режимах представлено в таблице.

Анализ данных таблицы свидетельствует о неэффективности процесса при толщине пленки 0,3 мм вследствие ее разрушения. Проведение процесса при толщине пленки более 1,6 мм также не целесообразно в результате ослабления физических эффектов тлеющего разряда и увеличения удельных энергозатрат. При силе тока ниже 50 мА и напряжении ниже 500 в тлеющий разряд неустойчив, при силе тока более 100 мА и напряжении более 2000 В тлеющий разряд переходит в дуговой и очистки сточных вод не происходит.

Применение предлагаемого способа позволяет снизить содержание ионов тяжелых металлов в СВ до значений предельно-допустимых концентраций и ниже, а по некоторым ионам, например, Cu⁺ достигнута 100%-ная степень очистки. При этом удельные энергозатраты на очистку снижается на 30-35%