способ очистки сточных вод и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод, включающий обработку воды электрическим разрядом с помощью электродов, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности очистки от ионов тяжелых металлов и упрощения процесса, обработку ведут в непрерывном режиме с использованием тлеющего разряда напряжением 0,5 2,0 кВ и силой тока 50 150 мА при толщине слоя обрабатывемой жидкости 1,6 100 мм и температуре ниже температуры кипения обрабатываемой воды.

2. Устройство для очистки сточных вод, содержащее камеры с размещенными в них электродами, снабженное патрубками ввода и вывода воды, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности очистки от ионов тяжелых металлов и упрощения процесса, оно дополнительно содержит переливное устройство, камеры имеют горизонтальное или наклонное исполнение, а электроды расположены в воде и/или над ее поверхностью, при этом электроды, размещенные в обрабатываемой воде, выполнены охлаждаемыми.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что электроды, размещенные над поверхностью обрабатываемой воды, выполнены в виде конуса, вершиной направленные в сторону поверхности воды.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что катод и/или анод расположены над поверхностью воды.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что камеры дополнительно снабжены диафрагмой, размещенной между анодом и катодом.

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. Наиболее эффективно может быть использовано в процессе очистки сточных вод кино-, фото- и 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 слоя жидкости [1]

Процесс осуществляется при амплитуде напряжения высоковольтного импульсного разряда 100-500 кВ и толщиной слоя жидкости 1-5 мм.

Недостатками известного способа являются невозможность очистки сточных вод от ионов электроположительных металлов; дискретность действия высоковольтного импульсного разряда на жидкость; высокие удельные энергозатраты; необходимость дополнительного ввода кислородсодержащего газа; высокая температура в зоне импульсного разряда, инициирующая степень испарения жидкости.

Известно устройство, представляющее собой камеру ионизатора, выполненную с изолированными отсеками для установки электродов, соединенных с источником высокого напряжения, снабженными шиберами, причем нижняя часть камеры выполнена в виде заземленного поддона с подводом и отводом обрабатываемой жидкости, а верхняя часть снабжена патрубком подвода окислителя и соединена с трубопроводом с патрубками подвода очищаемой жидкости [2]

Недостатками известного решения являются невозможность выделения из сточных вод тяжелых металлов, проведения процесса в режиме тлеющего разряда, объемного распределения ионизирующего потока реакционных частиц на обрабатываемую жидкость, осуществление процесса без дополнительных примесей воздуха.

Высокие материальные затраты обусловлены необходимостью изготовления изолированных отсеков, шиберов, а также применением системы для подачи окислителя в зону реакции. Низкая надежность связана со сложностью конструкции и с использованием общего токоподвода на электроды, расположенные в газовой фазе.

Целью изобретения является обеспечение возможности очистки от ионов тяжелых металлов и упрощение процесса.

Это достигается тем, что в известном способе очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (электроположительных и электроотрицательных) очистку осуществляют в тлеющем разряде, напряжении 500-2000 В и температуре ниже температуры кипения очищаемого раствора, согласно изобретению процесс осуществляют в проточном режиме при величине слоя обрабатываемых СВ 1,6-100 мм на горизонтальной или наклонной поверхности при силе тока 50-150 мА на одной паре анод-катод.

Также поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем цилиндрический охлаждаемый корпус, электроды, согласно изобретению корпус с параллельно размещенными крышкой с анодами (катодами) и охлаждаемым катодом (анодом), находящимся в жидкости, располагаются в горизонтальной или наклонной плоскости. При этом корпус может быть выполнен с разделенным анодным и катодным пространством диафрагмой. Высота слоя жидкости регулируется переливным устройством, расположенным на выходе СВ из реакционной зоны.

Заявляемая совокупность признаков позволяет повысить скорость очистки СВ вследствие того, что водные системы, содержащие ионы электроположительных металлов, в отличие от электроотрицательных, наиболее восприимчивы к инициирующим факторам тлеющего разряда, о чем наглядно свидетельствует образующееся в течение нескольких секунд серебряное зеркало на поверхности обрабатываемой жидкости и мелкодисперсная масса в растворе на глубине до 100 мм. Наблюдаемый эффект позволяет вести процесс в непрерывном режиме в слое жидкости, значительно превышающем значения толщины пленки, а это приводит к возможности повышения расхода обрабатываемого реагента в единицу времени (скорости процесса). При этом переход к ведению процесса в слое жидкости в непрерывном режиме от пленочного режима с толщиной пленки 0,4-1,6 мм позволяет увеличить ток разряда на одной паре анод-катод до 150 мА, что также ведет к росту скорости извлечения ионов электроположительных металлов из растворов и сточных вод.

Реализовать ведение процесса в слое жидкости позволяет предлагаемое устройство, в котором электроды расположены над поверхностью обрабатываемого раствора на одинаковом расстоянии от границы раздела фаз жидкость-газ. Реактор имеет горизонтальное или наклонное исполнение, а высота столба жидкости регулируется положением переливного устройства. Производительность процесса определяется количеством электродов, находящихся в газовой фазе. Стабилизировать разряд позволяет конусная конструкция электродов.

Следовательно, увеличение скорости очистки СВ от ионов электроположительных металлов при упрощении конструкции может быть достигнуто за счет ведения процесса в непрерывном режиме при прохождении слоя жидкости высотой 1,6-100 мм по горизонтальной или наклонной поверхности через зоны действия тлеющего разряда, имеющего силу тока 50-150 мА, при расположении электродов, имеющих форму конуса, в газовой или жидкой фазах.

На фиг. 1-3 приведено устройство реакторов с совмещенным катодным и анодным пространством очистки сточных вод в непрерывном режиме от ионов электроположительных металлов под действием тлеющего разряда и состоящего из прямоугольного корпуса 1, анода(ов) 2 и охлаждаемых (ого) катодов (а) 3, перемешивающего устройства 4, регулирующего величину обрабатываемого слоя жидкости, а также приемной емкости 5.

На фиг.4-6 представлены плазмохимические реакторы с разделенным катодным 6 и анодным 7 пространствами диафрагмой 8 из пористого стекла. Остальные элементы, входящие в устройство, аналогичны фиг.1.

Взаимное расположение электродов может быть следующим: 1) катод в жидкости, анод в газовой фазе (фиг.1; фиг.5; 2) оба электрода в газовой фазе (фиг.2; фиг.4; 3) анод в растворе, катод в газовой фазе (фиг.3); фиг.6.

Устройство работает следующим образом. Раствор или СВ, содержащие ионы серебра, подают в приемную емкость 5 корпуса 1, в котором предварительно создают разрежение, достаточное для реализации тлеющего разряда. Зажигают разряд между электродами (анодом 2 или катодом 3) и поверхностью жидкости с заданными рабочими параметрами тока и напряжения. Обработанная вода, проходя через переливное устройство 4, регулирующее толщину слоя жидкости путем перемещения его в вертикальной плоскости, подается на фильтрацию.

Рассматриваемые водные системы могут подвергаться обработке в реакторах с разделенным катодным и анодным пространством (фиг.2). Заявляемое устройство работает аналогично представленному на фиг.1. Отличие заключается лишь в том, что исходный реагент поступает в анодную и катодную часть либо одновременно, либо поочередно из анодной в катодную и наоборот.

Конусность электродов позволяет стабилизировать горение разряда.

П р и м е р. Водный раствор тиосульфата натрия, содержащий 1 г/л серебра, подвергают воздействию тлеющего разряда согласно фиг.1(а) путем пропускания его в виде слоя жидкости толщиной 100 мм через зону действия разряда с характеристиками: I 150 мА и напряжении 600 В. Давление в реакторе 100 торр, температура жидкости на входе в реактор 293 К. При этом время обработки воды до норм ПДК составит 40 мин (таблица).

Анализ данных таблицы свидетельствует о том, что при введении процесса в слое жидкости 1,6-100 мм скорость осаждения серебра увеличивается в 1,4-1,5 раза (табл. пр. 6). Увеличение столба жидкости выше 100 мм нежелательно вследствие повышения сопротивления среды, что ведет к росту напряжения на разрядном промежутке, при значениях ниже 1,6 мм эффективность процесса снижается.

Увеличение силы тока при ведении процесса в слое жидкости характеризуется ростом скорости процесса в 1,8-2,0 раза (табл. пр.8) по сравнению с известным техническим решением. При уменьшении силы тока ниже значений 50 мА разряд становится неустойчивым (табл. пр.11), а при повышении свыше 150 мА возникает дуга, резко снижающая эффективность процесса (табл. пр.9).

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит увеличить скорость процесса осаждения ионов электроположительных металлов из водных растворов в 1,4-2,0 раза при значительном упрощении конструкции устройства.