способ очистки сточных вод и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки сточной воды, включающий ее пропускание с предварительно введенным воздухом через загрузку из смеси металлической стружки и кокса при их перемешивании, отличающийся тем, что очистка осуществляется в две стадии с загрузкой кокс-железо на первой стадии и с полислойным покрытием гальванопары из алюминия-графита или пиролюзита-перфорированной пластины из нержавеющей стали - на второй стадии, в присутствии восстановителя и отделением твердой фазы в отстойнике с гофрированными пластинами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановитель хрома (VI) пиросульфит натрия подается в количестве, превышающем теоретически необходимое количество в 2-2,5 раза, в кислую среду при продолжительности контакта от 5 до 10 мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановитель хрома формальдегид подается в количестве, превышающем теоретически необходимое количество на 20-30%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют каждые 2-3 ч на 1-2 мин приводами вертикальной и горизонтальных мешалок с окружной скоростью последних, равной 0,2-0,5 м/с.

5. Устройство для очистки сточной воды, включающее емкость с гальванопарой, патрубками подвода сточной и отвода обработанной воды, перемешивающим устройством и патрубком удаления шламов, отличающееся тем, что устройство снабжено камерой подачи диспергированного воздуха, емкость разделена на ряд камер с циркуляционными перегородками между ними с высотой выше или ниже уровня потока воды, а перемешивающее устройство выполнено в виде мешалок с лопастями с горизонтальной и вертикальной осью вращения, встроенных в камеры.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что форма держателей первого ряда лопастей мешалки с концов вала соответствует профилю сечения емкости, а лопасти расположены на конце держателей под углом 30-45^o к вертикальной плоскости, проходящей через вал мешалки, направлены в противоположные стороны и имеют циркуляционные отверстия.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в камере отстаивания шламов установлены гофрированные пластины, расположенные под углом 45^o.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что гальванопара представлена в виде полислойного покрытия, состоящего из графита, листов алюминия, алюминиевой решетки и графита.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что гальванопара выполнена из пиролюзита в качестве анода и из перфорированной пластины из нержавеющей стали в качестве катода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к техническим средствам для решения природоохранных и экологических проблем, в частности к электрохимическому оборудованию для очистки сточных вод. Изобретение может быть использовано для очистки хромсодержащих сточных вод при организации оборотного водоснабжения, для очистки промывных вод гальванических производств от тяжелых металлов и ряда органических веществ, очистки маслоокалиносодержащих сточных вод, мышьяксодержащих растворов, для очистки стоков предприятий горной, металлургической, химической и других отраслей промышленности [1, 2].

Известны способы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и хрома путем их двухстадийной гальванохимической обработки с отделением осадка после каждой стадий [3, 4]. Причем на разных стадиях гальванохимической обработки используют гальванические пары разного состава. Процессы ведут в отдельных аппаратах для каждой стадии обработки. Известно устройство, выполненное в виде ванны, состоящей из двух отсеков, разделенных перфорированной перегородкой, обтянутой водопроницаемой тканью, не доходящей до низа перегородки, снабжено приспособлением для ввода сточных вод в виде перфорированного трубопровода, расположенного в верхней части первого по ходу движения воды отсека, в котором расположен кокс, а второй отсек заполнен железной стружкой и снабжен валом с лопатками, расположенными под углом 30-45^o к торцовой поверхности корпуса и совершающими колебательные движения [5]. Ограниченная площадь контакта гальванопары (только через щель в первом отсеке) не позволяет создать оптимального соотношения железо:кокс для эффективной очистки. Поэтому трудно представить возможность восстановления хрома катодно-поляризованным коксом. Количество воздуха, которое поступает с раствором через перфорированный распределительный трубопровод, является недостаточным для процесса, так как не будет происходить восстановления кислородом гидроксильных ионов и последующего образования гидроксидов металлов. В любой конструкции гальванокоагулятора кокс практически не расходуется и его потеря связана с измельчением и нет необходимости предусматривать специальные ограничения расхода кокса разовой загрузкой. Перемешивание железной стружки путем колебательных движений вала с лопатками вдоль продольной оси ванны не создает условия для встречного потока очищенных растворов и железной стружки.

Известно устройство для гальванокоагуляционной очистки сточных вод, выбранное в качестве прототипа, содержащее корпус в виде неподвижной емкости, нижняя часть которой имеет форму многогранника, а верхняя прямоугольного параллепипеда, привод, загрузочное и разгрузочное устройства [6]. Приводимое во вращение от привода перемешивающее устройство в виде комплектов лопастей на держателях перемещением твердого (металлической стружки, кокса) обеспечивает контакт электродов гальванопары между собой, сточной водой и кислородом воздуха, в результате происходит растворение металла, а также очистка пассивированной поверхности металлической стружки.

Для устранения отмеченных выше недостатков и повышения эффективности очистки сточных вод от ионов цветных металлов и различных ионов, грубодисперсных примесей, увеличения производительности и упрощения конструкции предлагается способ и комбинированное устройство для двухстадийной гальванохимической обработки.

Способ очистки сточной воды включает ее пропускание с предварительно введенным воздухом через загрузку из смеси металлической стружки и кокса при их перемешивании, при этом очистка осуществляется в две стадии с загрузкой кокс-железо на первой стадии и с полислойным покрытием гальванопары из алюминия-графита или пиролюзита - перфорированной пластины из нержавеющей стали - на второй стадии, в присутствии восстановителя с отделением твердой фазы в отстойнике с гофрированными пластинами.

Для восстановления хрома (VI) до хрома (III) добавляется восстановитель хрома (VI) пиросульфит натрия, который подается в количестве, превышающем теоретически необходимое количество в 2-2,5 раза, в кислую среду при продолжительности контакта от 5 до 10 мин, а восстановитель хрома формальдегид подается в количестве, превышающем теоретически необходимое количество на 20-30%.

Перемешивание в процессе очистки осуществляют каждые 2-3 часа на 1-2 мин приводами вертикальной и горизонтальных мешалок с окружной скоростью последних, равной 0,2-0,5 м/с.

Устройство для очистки сточной воды включает емкость с гальванопарой, патрубками подвода сточной и отвода обработанной воды, перемешивающим устройством и патрубком удаления шламов, оно снабжено камерой подачи диспергированного воздуха, емкость разделена на ряд камер с циркуляционными перегородками между ними с высотой выше или ниже уровня потока воды, а перемешивающее устройство выполнено в виде мешалок с лопастями с горизонтальной и вертикальной осью вращения, встроенных в камеры.

Форма держателей первого ряда лопастей мешалки с концов вала соответствует профилю сечения емкости, а лопасти расположены на конце держателей под углом 30-45^o к вертикальной плоскости, проходящей через вал мешалки, направлены в противоположные стороны и имеют циркуляционные отверстия.

В камере отстаивания шламов установлены гофрированные пластины, расположенные под углом 45^o.

Гальванопара представлена в виде полислойного покрытия, состоящего из графита, листов алюминия, алюминиевой решетки и графита.

Гальванопара выполнена из пиролюзита в качестве анода и из перфорированной пластины из нержавеющей стали в качестве катода.

Циркуляционные перегородки различной высоты позволяют лучше омывать очищаемую воду гальванопарой, а камера отстаивания шламов, камера второй стадии обработки с гальванопарой в виде полислоев, камера подачи диспергированного воздуха обеспечивают упрощение аппаратурного оформления и интенсификацию процесса очистки, выраженное в том, что очистка воды происходит непрерывно при контактировании гальванопары с водой без электрического тока.

В предложенном устройстве сочетаются одновременно химическая обработка, две стадии гальванохимической обработки и удаление шлама после первой стадии гальванохимобработки. В камере с вертикальной мешалкой осуществляется химическая обработки растворов с целью осаждения, изменения окислительного состояния катионов (анионов). Например, для восстановления Сr⁶⁺---Сr³⁺ добавляется пиросульфит натрия, Fe²⁺, Na₂HSO₃ ^-, Na₂SO₃: 3Na₂S₂О₅+

+2Н₂СrO₄=2Сr₂(SO₄)₃+2NaON+Н₂О.

Количество пиросульфита должно превышать теоретически необходимое количество в 2-2,5 раза, необходимое время контакта не менее 10 мин. Для восстановления хрома (VI) до хрома (III) применяется формальдегид в количестве, превышающем теоретическое необходимое количество на 20-30%:

3Na₂Сr₂О₇+3НСОН+8HNO₃=2Сr(NO₃)₃+

2NaNO₃+3НСООН+4Н₂О

Сr(NO₃)₃+3NH₄ОН=Сr(ОН)₃+NH₄NO₃

В камерах с мешалками с горизонтальной осью вращения происходит взрыхление, перемешивание гальванопары С:Fe и обновление ее поверхности. Окружная скорость горизонтальных мешалок не превышает 0,2-0,5 м/с. Каждые 2-3 часа включается привод для перемешивания на 1-2 мин. Организуются встречные потоки очищаемой жидкости и очищающих реагентов, что позволяет резко интенсифицировать протекание процесса. Форма держателей первого ряда лопастей мешалок с концов вала мешалки соответствует профилю сечения емкости. Лопасти расположены на конце держателей под углом 30-45^o к вертикальной плоскости, проходящей через вал мешалки, направлены в противоположные стороны и имеют циркуляционные отверстия. В камере отстаивания шлама установлены гофрированные пластины, расположенные по углом 45^o к направлению потока сточной воды. Каждая пластина имеет впадины и выступы (колпаки). Осадок сползает по желобам (гофрам) в специальные вертикальные каналы, расположенные в торце отстойника, а осветленная вода собирается под колпаками (гофрами) и отводится в вертикальные каналы, находящиеся в торце с противоположной стороны камеры осветления. В последней камере расположена гальванопара С:А1, которая представлена в виде полислойного покрытия, состоящего из графита, листов алюминия, алюминиевой решетки и графита или пиролюзита - перфорированной пластины из нержавеющей стали.

Сущность изобретения поясняется чертежом. Устройство выполнено в виде емкости 1. Сточные воды через патрубок 2 и воздух через патрубок 3 проходят через массу гальванопар, огибая циркуляционные перегородки 4 и патрубок 5 и разгружаются. В камерах установлены вертикальная 6 и ряд горизонтальных мешалок 7 с лопастями 8. Загрузка гальванопары происходит через открытое пространство емкости. Выгрузка осевшего в отстойнике 9 осадка осуществляется через люк 10. Вторая стадия гальванохимобработки осуществляется в камере 11 с гальванопарой в виде полислоев, состоящих из графита, листов алюминия, алюминиевой решетки и графита или пиролюзита - перфорированной пластины из нержавеющей стали. Устройство работает следующим образом. Емкость заполняется необходимыми гальванопарами при оптимальном соотношении кокс:железо и графит: алюминий (пиролюзит - перфорированная пластина из нержавеющей стали) сточной водой, поступающей через патрубок 2 и воздухом через патрубок 3. Вода проходит через все камеры и массу гальванопары, огибая циркуляционные перегородки 4 и разгружается через патрубок 5. Одновременно включаются приводы вертикальной 6 и горизонтальных 7 мешалок с лопастями 8 для взрыхления, перемешивания гальванопары и образования множества гальванопар. Горизонтальные мешалки приводятся во вращения объединенным приводом от одного мотора через соответствующий редуктор. Осевшийся шлам на пластинах отстойника 9 разгружается через люк 10 или специальный шланг. Растворы после осаждения направляются на вторую стадию очистки гальванопарой с полислойным покрытием гальванопары, например, из (пиролюзита - перфорированной пластины из нержавеющей стали). Интенсивность при перешивании растворов определяется общим окислительно-восстановительном потенциалом. Внутрь корпуса загружается смесь металлического скрапа и кокса при оптимальном весовом соотношении, обеспечивающим максимальную объемную плотность тока в растворе. При этом кокс загружается одноразово, так как он является катодом и защищен от химического воздействия и расходуется только из-за механического истирания. Металлический скрап является анодом и его расход определятся анодным растворением металла. При вращении мешалок и перемещении исходных растворов происходит контактирование металлического скрапа, кокса, сточной воды и кислорода воздуха, что приводит к интенсивному возникновению гальванопары, протеканию разнообразных физико-химических процессов, приводящих к удалению примесей из сточных вод. В этих условиях в системе не накапливается шлам, который непрерывно выносится потоком. Оптимизация гидродинамического режима гнальвано-химической обработки раствора обеспечивает в конечном итоге более полную степень удаления ионов токсичных металлов. Конструкция данного устройства позволяет осуществлять операции в прямоточном направлении стоков и воздуха и противопоточное движение, в котором вода и осадок движутся навстречу.

Источники информации

1. О.П. Чернова, Г.М. Курдюмов. Гальваноочистка сточных вод металлургических производств. Научные школы МИ СиС 75-лет. Становление и развитие. М.: М И С и С, 1997, с.291-295.

2. В. А. Феофанов, Л.П. Жданович, Б.С. Луханин, Г.Г. Вдовкин. Очистка сточных вод коагуляцией. Сб. научных трудов "Казмеханобр", 1983, 26, с.79-86.

3. Патент РФ 2077502 С1, МКИ6 С 02 F 1/463. Способ очистки и обеззараживания сточных вод. Опубл. 10.12.93. Бюл. 11.

4. Патент РФ 2061660 С1, МКИ С 02 F 1/463. Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Опубл. 10.06.96. Бюл. 16.

5. Патент РФ 2029735 С1, МКИ6 С 02 F1/46. Устройство для очистки сточных вод "Ферроксер". Опубл. 27.02.95. Бюл. 6.

6. Патент РФ 2093475. Устройство для гальванокоагуляционной очистки сточных вод. БИ 29, 1997 (прототип).