HU205588B - Elektrolizátor szennyvizek tisztítására - Google Patents

Abstract

Szennyvizek tisztítására alkalmas elektrolizátomak hengeres háza (1) van, amely áramforrás negatív pólusára csatlakozik, és a házban (1) villamosán vezető anyagból álló töltetet (6) tartalmazó kazetta (5) van elhelyezve, amely az áramforrás pozitív pólusára csatlakozik. A kazetta (5) őt forgató forgatószervvel, előnyösen forgatóhajtóművel (14) van társítva, és felületén dielektrikumból készült blende (10) van elhelyezve, míg a szennyvíz bevezetésére és elvezetésére csatlakozócsonkokkal (3, 4) van ellátva. A kazetta (5) a házban (1) szabadon van elhelyezve úgy, hogy szimmetriatengelye párhuzamos a ház (1) szimmetriatengelyével és utóbbi szimmetriatengelye a vízszintessel 90°-nál kisebb szöget bezáróan húzódik.

Description

A találmány tárgya elektrolizátor szennyvizek tisztítására, amelynek elektromosan vezető anyagból készült hengeres alakú háza van, mely áramforrás negatív pólusával van összekötve, továbbá a házban elhelyezett hengeres perforált kazettával rendelkezik, amelynek elektromosan vezető anyagrészecskékből álló töltete van, és a kazetta áramvezetőn át az áramforrás pozitív pólusával van összekötve, továbbá az elektrolizátor a házat forgástengelye körül forgató eszközzel van társítva, és a kazetta külső felületén dielektrikumból készült blende van elhelyezve, míg a házon a tisztítandó szennyvíz bevezetésére és elvezetésére csatlakozócsonkok vannak kialakítva.

Az 1112003 lajstromszámú SU szabadalmi leírás szennyvizek tisztítására alkalmas olyan elektrolizátort ismertet, amelynek hengeres háza villamosán vezető anyagból készült és a ház valamilyen áramforrás negatív pólusával van öszszekötve. A házban tőle elszigetelten ugyancsak villamosán vezető anyagból készült részecskékből álló töltés van elhelyezve, amely az áramforrás pozitív pólusára csatlakozik egy áramvezetőn keresztül. Az áramvezető az említett megoldásban üreges, perforált fémcsőként van megvalósítva, amely a házhoz képest koaxiálisán van elhelyezve. A házba bevezetett szennyvíz az anódoldatos töltésen folyik át, majd a perforáció lyukain keresztül a ház egyik csatlakozócsonkjához jut, amelyen keresztül kijut az elektrolizátorból.

Az ismertetett elektrolizátor hátrányául róható fel, hogy a tisztítandó, sok esetben elektrolízis termékekkel telített szennyvíz a statikus állapotú töltet pórusközti területein átfolyva eliszaposítja a töltetet, ennek következtében pedig átfolyhatatlan szakaszok alakulnak ki. Ezért az ilyen típusú elektrolizátorra jellemző, hogy üzemeltetése igen energiaigényes és a kezelendő szennyvizet kevésbé hatékonyan tisztítja.

A fentitől eltérő, attól kismértékben továbbfejlesztett elektrolizátort ismertet az 1104113 SU lajstromszámú szabadalmi leírás, amelynek elektrolizátora villamosán vezető anyagból készült hengeres házból, valamint abban elhelyezett hengeres és perforált kazettából áll. A ház áramforrás negatív pólusával van összekötve, a kazetta pedig villamosán vezető anyagrészecskékből álló töltetet tartalmaz, amely az áramforrás pozitív pólusához kapcsolódik, és az elektrolizátor a kazetta forgatását biztosító forgatóegységgel van ellátva, valamint a kazetta külső felületén blende, a tisztítandó szennyvíz bevezetésére és elvezetésére pedig a házon csatlakozócsonkok vannak kialakítva. A ház és a kazetta koaxiálisán függőlegesen van elrendezve, a tisztítandó szennyvizet pedig alulról vezetik a házba. Az ily módon bejutott szennyvíz az elektródaközti térben azaz a ház és a kazetta közötti gyűrűrésben - átfolyik majd a ház felső részén kifolyik. A töltet eliszaposodásának elkerülése érdekében a kazettát periodikusan körbenforgó, valamint függőlegesen ide-oda történő mozgásra bírják a házhoz csatlakozó forgatóegység segítségével.

Az elektrolizátor hiányossága, hogy a töltetrészecskék feloldására szolgáló aktív zóna arra a részre korlátozódik, amely a perforált kazetta hengeres felülete közelében húzódik. A kazettában található töltet maradéka azonban az áramforrás pozitív pólusának csatlakozási helyén végez anódos árambevezetést, és a szennyvíz tisztítása szempontjából nincs hatékonyan kihasználva. A kezelendő szennyvíz az elektrolizátor elektródaközti részén átfolyva oldott fémionokat ragad magával. A folyadék és a töltet az anódos kazettában magában viszont statikus körülmények közötti nyugalomban van.

A töltetet tartalmazó kazetta periodikus körülfordulása olyan centrifugális erőket ébreszt, amelyek egy nemmozgó töltet esetében nem alkalmasak arra, hogy a töltet pólusait a leiszaposodástól megszabadítsák. A kazetta forgástengelyén elhelyezett excenter olyan függőleges ide-oda irányuló mozgást kelt, amely csak azt éri el, hogy a kazettában található lerakódások, forgácsok tömörödnek. Ezen túlmenően a kazetta központi zónájába a perforált tengelyen át gyenge savas oldatot vezetnek be, melynek csökkentenie kell a víz aktív pH reakcióját, hogy ezzel megakadályozzák az elektrolízistermékek oldhatatlan vegyületeinek kialakulását a töltet pólusaiban. A savas oldat azonban a töltet részecskéivel csak bevezetése kezdetén lép reakcióba és azt követően a kezelendő víz aktív pH reakcióját gyakorlatilag nem módosítja. Ezért a fenti intézkedések foganatosítása nem gátolja meg a töltet eliszaposodását.

A fentiekkel összefüggésben van szükség arra az intézkedésre is, hogy az elektródaközti teret viszonylag nagyméretűre kell kialakítani, hogy annak eliszaposodása minél később következzen be, és hogy egy előre meghatározott szennyvízmennyiség átfolyását biztosítsák. Az elektródaközti tér nagyra választása azonban nagyobb elektrolízisfeszültséget igényel.

A találmánnyal célunk olyan elektrolizátor kialakítása szennyvizek tisztítására, amelyben a ház és a benne lévő kazetta szerkezeti kialakításával biztosítani lehet a szennyvíz és a kazettatöltet intenzív keveredését, ezáltal biztosítani lehet a szennyvíztisztítás hatékonyságának növelését, valamint az elektrolizátor teljesítményének növelése mellett a felhasznált energiamennyiség csökkentését.

A kitűzött feladat megoldása során szennyvizek tisztítására alkalmas olyan elektrolizátort vettünk alapul, amelynek villamosán vezető anyagból készült hengeres háza van és a ház áramforrás negatív pólusával van összekötve, és a házban villamosán vezető anyagrészecskékből álló töltetet tartalmazó hengeres, perforált kazetta van elhelyezve, amely áramvezetőn át az áramforrás pozitív pólusára csatlakozik, továbbá a kazetta szimmetriatengelye körüli elfordulását megvalósító forgatóeszközzel van ellátva, és a kazetta külső felületén dielektrikum blende van elrendezve, míg a házon a szennyvíz bevezetésére és elvezetésére csatlakozócsonkok vannak kialakítva. Ezt az elektrolizátort a találmány értelmében úgy fejlesztettük tovább, hogy a kazetta a házban szabadon van oly módon elrendezve, hogy szimmetriatengelye a ház szimmetriatengelyével párhuzamosan húzódik, és a ház szimmetriatengelye a

HU 205 588 Β vízszintessel legfeljebb 90°-os szöget bezáróan húzódik.

A találmány szerinti elektrolizátor egy előnyös kiviteli alakja értelmében a kazetta külső hengeres felületével a ház belső hengeres felületén támaszkodik fel, és a kazetta forgatását végző forgatóeszköz olyan forgatóhajtóműként van kialakítva, amely hajtónyomatékát a ház külső hengeres felületére legalább egy görgőpáron keresztül adja át, ahol a görgőpár a forgatóhajtómű kihajtótengelyén van mereven rögzítve és a ház külső hengeres felületének palástjával érintkezik.

Amennyiben a kezelendő folyadék tisztítása során elektrolizáló gázok használatára is szükség van, például flotálás esetén, úgy a javasolt elektrolizátor egy további előnyös kiviteli alakja értelmében a ház gyűrű alakúan van kiképezve, melynek tengelye vízszintesen húzódik, és belső felületével a kazetta külső hengeres felületén támaszkodik, míg a kazetta forgatását biztosító forgatóhajtómű nyomatékét közvetlenül a kazetta forgástengelyére fejti ki.

A találmány szerinti elektrolizátor főbb előnyei között megemlíthető, hogy a ház és a hengeres kazetta említett elrendezése következtében minimális elektródatávolságot érhetünk el, emellett a kazetta kialakított forgása, azaz a kazettának a ház hengeres belső felületén történő legördülése megakadályozza a katódként szolgáló ház elektródafelületén a lerakódások képződését és maximális anyagcserét biztosít a töltet részecskéi és a kezelendő szennyvíz között. A töltet részecskéinek a kazetta belsejében lejátszódó folyamatos átrendeződése a kazetta tisztulásához vezet, ami lehetővé teszi a töltetfelület nagy vegyi aktivitásának fenntartását.

A kazetta házban történő szabad elhelyezkedése következtében az elektródaközti rés az elektrolizátorban a berendezés alsó részén fennálló 0 értékről a ház tetejénél mérhető L értékig terjedően változik, és ezt az értéket a kazetta és a ház átmérője, pontosabban azok különbsége határozza meg. Ezért az elektrolizátorban az elektródafelületek áramsűrűsége nem lesz egyenletes, hanem az elektrolizátor működése során pulzáló módon változik. A pulzáló áramsűrűségnek köszönhetően az elektródapotenciált a passziválás! jelenségek kevésbé befolyásolják. Az elektrolizátor leírt szerkezeti sajátosságai következtében a felhasznált villamos energia mennyiség lényegesen csökken az eddig alkalmazott ismert elektrolizátorokhoz képest.

A találmányt az alábbiakban a rajz segítségével ismertetjük részletesebben, amelyen az elektrolizátor néhány példakénti kiviteli alakját tüntettük fel.

A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti elektrolizátor lehetséges kiviteli alakjának vázlatos hosszmetszete, a

2. ábrán az 1. ábra szerinti elektrolizátor II—II vonal mentén vett metszete látható, a

3. ábra víztisztításra használt találmány szerinti elektrolizátor egy további lehetséges kiviteli alakjának vázlatos hosszmetszete, és a

4. ábrán a 3. ábra szerinti elektrolizátor IV-1V vonal mentén vett metszetét tüntettük fel.

Az 1. és 2. ábrán csupán példaképpen bemutatott találmány szerinti elektrolizátornak villamosán vezető anyagból készült hengeres (1) háza van. Ez az (1) ház ismert és a rajzon fel nem tüntetett egyenfeszültségű áramforrás negatív pólusával van villamosán összekötve. Az (1) ház jelen esetben olyan fémből készült üreges henger, amelyet mindkét homlokoldalán (2) fedél zár le. A (2) fedelekbe van a kezelendő szennyvíz bevezetésére és elvezetésére szolgáló (3, 4) csatlakozócsonk beépítve. Az (1) ház belsejében olyan (5) kazetta van elhelyezve, amely ugyancsak villamosán vezető anyagból, például öntvényforgácsból, fémforgácsból, grafitsörétből készült részecskékből álló (6) töltettel van megtöltve és lapos fémlapátok alakjában kialakított (7) áramvezetője van, amely a nem ábrázolt áramforrás pozitív pólusára van csatlakoztatva. Az (5) kazetta üreges (8) henger alakjában van kialakítva, amelynek palástján (9) lyukak vannak kiképezve és külső felületén dielektrikumból készült szigetelő (10) blende van felhordva. A (8) hengert két végén (11) fedelek zárják le. Az (5) kazetta az (1) házban szabadon van elhelyezve úgy, hogy hosszanti szimmetriatengelye - amely egyben forgástengelye is - párhuzamosan húzódik az (1) ház hosszanti szimmetriatengelyével. Az elektrolizátor (1) háza a vízszintessel legfeljebb 90°-os szöget bezáró módon van elrendezve, a bemutatott esetben a vízszintessel bezárt szög értéke nulla, azaz az (1) ház vízszintesen fekvőén helyezkedik el.

Az (5) kazetta külső hengeres felületével az (1) ház belső hengeres felületén támaszkodik fel, amely saját hengeres külső felületével forgó (12) görgőkkel érintkezik. A görgőpárt alkotó (12) görgők (14) forgatóhajtómű (13) kihajtótengelyén vannak mereven rögzítve, míg a további görgőpárt alkotó görgők csupán támasztó görgőként szolgálnak és az elektrolizátor (1) házának átbillenését akadályozzák meg.

A 3. és 4. ábrán bemutatott kiviteli alak az 1., 2., ábrán látható elektrolizátortól annyiban különbözik, hogy az elektrolizátor (15) háza gyűrű alakúra van kiképezve, amelynek hosszanti szimmetriatengelye vízszintesen húzódik. A (15) ház belső hengeres felületével az (5) kazetta hengeres külső felületén támaszkodik fel, és az (5) kazetta forgatására rendszeresített forgatóeszköz (16) forgatóhajtóműként van kiképezve, amely forgatónyomatékát közvetlenül az (5) kazetta hosszanti szimmetriatengelyében húzódó forgástengelyére adja át. Ennél a kiviteli alaknál a kezelendő szennyvizet bevezető (3) csatlakozócsonk a hengeres (5) kazetta (11) fedelébe van beépítve, míg a kezelt szennyvíz az elektrolizátorból az (5) kazetta (8) hengerének (9) lyukain és a (10) blende pórusain át távozik.

Mindként bemutatott kiviteli alak esetében az elektródák maximális távolsága az (1, 15) ház átmérője és az abban elhelyezkedő (5) kazetta átmérője közötti különbségtől függ. Az elektrolizátor (1, 15) házában szükség esetén több (5) kazetta is elhelyezhető, számuk az elektrolizátor végzett munka fajtájától és az alkalmazott technológiától függ.

Ilyen esetben az (5) kazetták egyforma felépítésűek,

HU 205 588 Β egymással csereszabatosak és az (1, 15) házban egymást követően vannak elhelyezve.

A 3., 4. ábra segítségével bemutatott elektrolizátor a rajzon nem látható, szakember számára ismert függesztő szerkezettel látható el, amely ilyen esetben az (5) kazetta forgástengelyéhez van rögzítve. Ilyen elektrolizátor veszélyességük vagy más oknál fogva elkülönített és ezért tartályokban tárolt szennyvizek kezelésére, méregtelenítésére, például galvanizációs technológiák által elhasznált elektrolit méregtelenítésére használható.

Az 1-4. ábrák segítségével bemutatott két előnyős kiviteli alak csupán egy-egy konkrét változatát testesíti meg a találmány szerinti elektrolizátomak, amely az igényelt oltalmi körön belül szakember számára nyilvánvaló módon számos változatban elkészíthető.

Az 1. és 2. ábrán bemutatott elektrolizátor működése a következő: A szennyvíz, például galvanizáló üzemek öblítővize, amely cink, nikkel és krómionokat is tartalmaz, a (3) csatlakozócsonkon át az elektrolizátor (1) házába jut. A (14) forgatóhajtómű villamos motorja segítségével az (I) házat forgásba hozzuk, melynek hatására a benne lévő (5) kazetta is forogni kezd. Ennek során az (5) kazetta az (1) ház belső felületén gördül le folyamatosan. Miközben az áramforrástól az (1) házon és a (7) áramvezetőn át áram folyik keresztül az elektrolizátoron, a rajta átfolyó szennyvízben elektrolízis játszódik le. Akatódon, amelyet az elektrolizátor (1) háza valósít meg, hidrogén ionok sülnek ki és OH^- hidroxilcsoportok képződnek. Az anódon, amelynek feladatát a például fémforgácsből álló (6) töltet látja el, vas II ionok képződnek. Az elektromos térben lejátszódó koncentráció diffúzió eredményeképpen az vas H ionok az (5) kazettából az elektrődaközti térbe vándorolnak, ahol a vas H ionok és az OH'¹ hidroxilcsoportok kölcsönhatásából vas H hidroxid képződik. Ez a kezelendő vízáramba jutva a króm Vl-ot króm ΠΙ-má redukálja és vas IH hidroxiddá alakul át, amely a továbbiakban koagulánsként és szorbensként szolgál a nehézfémek ionjai számára, melyeket a szennyvízből el kell távolítani. (Adott esetben a cink vagy nikkel ionok számára.). Az elektrolizátor után a kezelt szennyvizet ismert módon nagyhatékonyságú leválasztóberendezésekhez például szűrőkhöz, vékonyrétegű ülepítőkhöz továbbítjuk, ahol a szennyvízből a koagulált szennyezett keverék kiszűrhető.

A vízkezelés teljes folyamata az elektrolizátor állandó sebességű forgása során megy végbe. A (6) töltet részecskéi, miközben az (5) kazetta belsejében mozognak a leírt feladatukon kívül csiszolóanyag szerepet is betöltenek, és felületüket, valamint az (5) kazetta belső felületét megtisztítják a passziváló rétegtől, ami ugyancsak aktív vegyi korróziójukhoz vezet.

Az elektrolizátorban az elektródatávolság a maximális L értékről periodikusan 0 értékre csökken és ez a feloldandó (6) töltet felületén inhomogén áramsűrűséget hoz létre. Miközben az (5) kazetta a katód felületén, tehát az (1) ház belső felületén legördül, a (6) töltet a pulzálőan változó áramsűrűség hatására fellazul, ami lehetővé teszi a (6) töltet passziválódásának elkerülését. Ezen túlmenően az (1) ház belső felületét folyamatosan megtisztítja a katódos lerakódásoktól a rajta legördülő (5) kazetta felülete.

A 3. és 4. ábrán bemutatott elektrolizátor a most leírtakkal analóg módon működik azzal az eltéréssel, hogy a perforált vagy hálószerű (15) háznál a katódra kiváló elektrolízis gázok felhasználhatók a flotációs eljárás során, ami lehetővé teszi, hogy a vízben lévő szennyező anyagokat nemcsak koaguláljuk és elnyeletjük, hanem azokat felúszó habos anyag alakjában a felületen besűrítjük.

Mindkét említett esetben az elektrolizátor fémes (6) töltet alkalmazásával működött. Ha az (5) kazettát grafit vagy koksz anyagú (6) töltettel töltjük meg, úgy lehetővé válik, hogy a vizet szennyező anyagok anódos oxidációjának folyamatát a porózus anyagot tartalmazó berendezések működéséhez hasonló módon irányítsuk.

Kombinált (6) töltet, például grafit - vas töltet esetén lehetőség nyílik a szennyvizekben lévő fémek cementálására vagy katódos kicsapására is, például rézionok kicsapására. Ha a 3. ábrán látható elektrolizátort a kezelendő folyadékba nem merítjük bele teljesen, hanem csak a (15) ház átmérőjének harmadáig mentjük a folyadékba, úgy az elektrolizátor lekapcsolt áramforrás mellett is alkalmas a vasionoknak a levegőben lévő oxigén oxidációja következtében keletkező magnetit alkotók kivonására.

A találmány szerinti elektrolizátor a vegyipar, gépipar, az energetikai, illetve élelmiszeripar területén, valamint más iparágakban alkalmazható elsősorban szennyvizek tisztítására, méghozzá úgy, hogy oldható, felrázható elektróda fémionjait a kezelendő folyadékba juttatja. A javasolt elektrolizátor így előnyösen alkalmazható koaguláns anyag elektrokémiai kinyerésére szennyvizek, például galvanizációs termékek szennyvizeinek tisztítására.

Claims (3)

1. Elektrolizátor szennyvizek kezelésére, amelynek villamosán vezető anyagból készült hengeres háza van, és a ház áramforrás negatív pólusával van öszszekötve, és a házban villamosán vezető anyagrészecskékből álló töltetet tartalmazó hengeres perforált kazetta van elhelyezve, amely áramvezetőn át az áramforrás pozitív pólusára csatlakozik, továbbá a kazetta szimmetriatengely körüli elfordulását megvalósító forgatóeszközzel van társítva és a kazetta külső felületén dielektromos blende van elrendezve, míg a házon a szennyvíz bevezetésére és elvezetésére csatlakozócsonkok vannak kialakítva, azzal jellemezve, hogy a kazetta (5) a házban (1) szabadon van oly módon elrendezve, hogy szimmetriatengelye a ház (1) szimmetriatengelyével párhuzamosan húzódik és a ház (1) szimmetriatengelye a vízszintessel 90°-nál kisebb szöget bezáróan húzódik.

2. Az 1. igénypont szerinti elektrolizátor azzal jellemezve, hogy a kazetta (5) külső hengeres felületével a ház (1) belső hengeres felületén támaszkodik fel, és a kazetta (5) forgatását végző forgatóeszköz olyan forgathajtóműként (14) van kialakítva, amelynek kihajtóten1

HU 205 588 Β gelyén (13) görgők (12) vannak mereven rögzítve, és a görgők (12) palástjukkal a ház (1) külső hengeres felületével érintkeznek.

3. Az 1. igénypont szerinti elektrolizátor azzal jellemezve, hogy a ház (15) gyűrű alakúan van kiképezve, 5 amelynek szimmetriatengelye vízszintesen húzódik és belső felületével a kazetta (5) külső hengeres felületén támaszkodik, míg a kazetta (5) forgatását biztosító forgatóhajtómű (14) kihajtótengelye (13) közvetlenül a kazetta (5) forgástengelyével áll kapcsolatban.