RU142081U1

RU142081U1 - ELECTROSORPTION FILTER

Info

Publication number: RU142081U1
Application number: RU2014102546/05U
Authority: RU
Inventors: Николай Георгиевич Штукарин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Экосистемы"
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-06-20

Abstract

1. Электросорбционный фильтр, включающий корпус с патрубками подвода и отвода отрабатываемой воды, патрубком слива шлама, и клапаном сброса парогазовой смеси, размещенные внутри корпуса коаксиально расположенные электроды, отличающийся тем, электроды выполнены из токопроводящего объемно-пористого материала, инертного к процессу анодного растворения и имеющего поры сквозного типа, межэлектродное пространство и прикатодная область заполнены гранулированной фильтрующей загрузкой, имеющей сорбционную активность к содержащимся в воде загрязняющим веществам, корпус оснащен токоподводами, которые соединены проводами с источником постоянного тока, снабженным амперметром и устройством переполюсовки.2. Электросорбционный фильтр по п.1, отличающийся тем, что электроды выполнены из углеродволокнистого материала (УВМ).3. Электросорбционный фильтр по п.1, отличающийся тем, что электроды выполнены из металлической сетки объемного плетения.4. Электросорбционный фильтр по п.1, отличающийся тем, что электроды выполнены из керамики, полученной методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (CMC).5. Электросорбционный фильтр по п.1, отличающийся тем, что электроды выполнены из материалов, имеющих сорбционную активность к содержащимся в воде загрязняющим веществам.6. Электросорбционный фильтр по п.1, отличающийся тем, что гранулированная фильтрующая загрузка с сорбционной активностью выполнена из материалов, обладающих поляризующими свойствами.7. Электросорбционный фильтр по п.1, отличающийся тем, что устройство переполюсовки оснащено реле времени.1. Electrosorption filter, comprising a housing with branch pipes for supplying and discharging waste water, a drain pipe for sludge, and a vapor-gas mixture relief valve, coaxially arranged electrodes located inside the housing, characterized in that the electrodes are made of conductive volume-porous material inert to the anodic dissolution process and having pores of the through type, the interelectrode space and the near-cathode region are filled with a granular filter media having sorption activity to those contained in water pollutants, the housing is equipped with current leads, which are connected by wires to a constant current source, equipped with an ammeter and a polarity reversal device. 2. Electrosorption filter according to claim 1, characterized in that the electrodes are made of carbon fiber material (UVM). Electrosorption filter according to claim 1, characterized in that the electrodes are made of a metal mesh body weaving. Electrosorption filter according to claim 1, characterized in that the electrodes are made of ceramics obtained by the method of self-propagating high temperature synthesis (CMC). An electrosorption filter according to claim 1, characterized in that the electrodes are made of materials having sorption activity to pollutants contained in water. The electrosorption filter according to claim 1, characterized in that the granular filter load with sorption activity is made of materials with polarizing properties. The electrosorption filter according to claim 1, characterized in that the polarity reversal device is equipped with a time relay.

Description

Полезная модель относится к оборудованию электрохимической обработки воды в процессе водоподготовки питьевого и энергетического водоснабжения, и может быть использовано для очистки и обеззараживания воды различного происхождения и назначения, в том числе, и при очистке сточных вод в гидрометаллургии для извлечения металлов из водных растворов солей.The utility model relates to equipment for the electrochemical treatment of water during the water treatment of drinking and energy water supply, and can be used to purify and disinfect water of various origins and purposes, including when treating wastewater in hydrometallurgy to extract metals from aqueous solutions of salts.

Известно устройство для электрохимической обработки растворов с целью электролитического извлечения металлов - автономный электрохимический модуль (RU 172796, C25C 7/00; 02.06.2000), включающий вертикальный цилиндрический проточный электролизер с узлом прокачки раствора, коаксиально расположенными анодом и катодом, выполненным на основе проточного объемно-пористого электродного материала, токоподвод анода и катода, соединенные с источником постоянного тока, сборную камеру, размещенную в нижней части электролизера и сообщающуюся с межэлектродным пространством, и индикатор предельного заполнения катода металлом. При этом узел прокачки раствора размещен в верхней части электролизера и выполнен обеспечивающим периодическую реверсивную циркуляцию раствора через катод, сборная камера выполнена открытой со стороны межэлектродного пространства и на внешней стороне ее закреплен проточный объемно-пористый материал катода, дополнительно модуль снабжен электродом сравнения, соединенным с входом потенциостата, первый выход которого подключен к электродвигателю узла прокачки раствора, а второй соединен с токоподводящими устройствами электродов, и внешним анодом, соединенным с внутренним анодом.A device for the electrochemical processing of solutions for the electrolytic extraction of metals is an autonomous electrochemical module (RU 172796, C25C 7/00; 02.06.2000), including a vertical cylindrical flow electrolyzer with a solution pumping unit, coaxially located anode and cathode, made on the basis of volumetric flow -porous electrode material, current supply of the anode and cathode connected to a direct current source, a collection chamber located in the lower part of the cell and communicating with the interelectrode space, and filling indicator limiting cathode metal. In this case, the solution pumping unit is located in the upper part of the electrolyzer and is designed to provide periodic reverse circulation of the solution through the cathode, the collection chamber is made open from the side of the interelectrode space and the flow-through volume-porous material of the cathode is fixed on its outside, the module is additionally equipped with a reference electrode connected to the input a potentiostat, the first output of which is connected to the electric motor of the solution pumping unit, and the second is connected to the current-carrying devices of the electrodes, and external anode connected to the internal anode.

Данное устройство отличается конструктивной сложностью, а именно: наличие двух анодов - внутренний (графит) и внешний (платинированный титан), электрода сравнения, катода из металлизированного синтепона, насоса и узла прокачки, системы трубок и перегородок, потенциостата для регулирования тока и напряжения.This device is notable for constructive complexity, namely: the presence of two anodes - internal (graphite) and external (platinum titanium), a reference electrode, a metallized syntepon cathode, pump and pumping unit, a system of tubes and partitions, a potentiostat for regulating current and voltage.

С помощью данного устройства можно извлечь из раствора только один из металлов, кроме того катодное осаждение ограничивается степенью заполнения пористого катода и пригодно для весьма низкой производительности до нескольких десятков литров в час.Using this device, only one of the metals can be extracted from the solution, in addition, cathodic deposition is limited by the degree of filling of the porous cathode and is suitable for very low productivity up to several tens of liters per hour.

Известен аппарат для электрохимической обработки воды (RU 2094381, CO2F 1/46), который может быть использован преимущественно для очистки котловой воды от солей жесткости и удаления растворенного кислорода, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода обрабатываемой воды и шлама и размещенные внутри корпуса анод и катод, подключенные к источнику постоянного тока, отличающийся тем, что анод выполнен из углеродсодержащего материала, расходуемого в режиме медленного горения, а катод выполнен в виде прямоугольной или цилиндрической упругодеформируемой оболочки, внутренняя полость которой соединена с генератором импульсов давления.A known apparatus for the electrochemical treatment of water (RU 2094381, CO2F 1/46), which can be used mainly to clean boiler water from hardness salts and remove dissolved oxygen, comprising a casing with nozzles for supplying and discharging treated water and sludge and anode placed inside the casing and a cathode connected to a direct current source, characterized in that the anode is made of carbon-containing material consumed in the slow burning mode, and the cathode is made in the form of a rectangular or cylindrical elastic deformer iruemoy shell internal cavity of which is connected to the pressure pulse generator.

Применение генератора импульса давления снижает механическую прочность всей конструкции аппарата, но в особенности углеродсодержащего анода, а также увеличивает энергозатраты на электрохимическую обработку воды.The use of a pressure pulse generator reduces the mechanical strength of the entire structure of the apparatus, but in particular the carbon-containing anode, and also increases the energy consumption for electrochemical treatment of water.

Известен аппарат для электрохимической обработки воды (RU 37085, CO2F 1/46, 08.12.2003 г.), включающий корпус с патрубками подвода и отвода отрабатываемой воды, патрубком слива шлама, расположенным в нижней части корпуса, и клапаном сброса парогазовой смеси, расположенным в верхней части корпуса, причем, внутри корпуса помещены, по крайней мере, один анод из токопроводящего углеродсодержащего материала и, по крайней мере, один расположенный параллельно аноду стальной катод, отличающийся тем, что катод выполнен из стали, поверхность которой подвергнута термической активации, в корпусе расположены перегородки, разделяющие его внутреннее пространство на зону обработки, зону входа и зону выхода обрабатываемой воды, причем зона входа имеет проход для воды в верхней части, а зона выхода - в нижней части.A known apparatus for the electrochemical treatment of water (RU 37085, CO2F 1/46, 08/08/2003), comprising a housing with pipes for supplying and discharging waste water, a sludge drain pipe located in the lower part of the housing, and a vapor-gas mixture relief valve located in at least one anode of conductive carbon-containing material and at least one steel cathode parallel to the anode, characterized in that the cathode is made of steel, the surface of which is exposed thermal activation, partitions are located in the casing, dividing its internal space into the treatment zone, the inlet zone and the outlet zone of the treated water, the inlet zone has a water passage in the upper part and the exit zone in the lower part.

К числу основных недостатков которого относятся следующие:The main disadvantages of which include the following:

- уменьшение углеродсодержащего материала анода, как в объеме, так и по массе в результате горения электрической дуги, возникающей между электродами. Расход анода приводит к увеличению межэлектродного расстояния, что повышает энергозатраты процесса очистки воды.- reduction of the carbon-containing material of the anode, both in volume and in mass as a result of burning an electric arc arising between the electrodes. The consumption of the anode leads to an increase in the interelectrode distance, which increases the energy consumption of the water treatment process.

- катодное осаждение солей жесткости, железа и других примесей также увеличивает энергозатраты из-за уменьшения проводимости в межэлектродном пространстве в результате обрастания катода обложениями диэлектрического типа: карбонаты кальция и магния, гидроксиды железа.- cathodic deposition of hardness salts, iron and other impurities also increases energy consumption due to a decrease in conductivity in the interelectrode space as a result of the cathode fouling with dielectric type coatings: calcium and magnesium carbonates, iron hydroxides.

Кроме того, эксплуатация аппарата требует периодической очистки катода от отложений, замены анода, а также ограничения его применения по составу воды - оборотная котловая вода.In addition, the operation of the apparatus requires periodic cleaning of the cathode from deposits, replacing the anode, as well as limiting its use by the composition of the water — recycled boiler water.

Известен блок очистки воды (RU 58525, C02F 1/46, 27.11.2006), позволяющий удалять, помимо хлора, запаха, привкуса и бактерий, также такие загрязнения, как взвешенные вещества, сероводород (меркаптан), нефтепродукты, железо, тяжелые металлы, сульфиты, карбонаты. Данный блок очистки воды, принятый за прототип, включает электрохимическую ячейку и установленную после электрохимической ячейки сорбционную ячейку, при этом электрохимическая ячейка снабжена корпусом со съемной крышкой, в которой расположены приспособления, выполненные в виде патрубков, для подвода и отвода воды, а также неподвижно закреплены отстоящие друг от друга коаксиально расположенные внешний и внутренний электроды, имеющие форму водопроницаемых полых цилиндров из не растворимого в воде материала, с возможным выполнением катода в виде сетки из стали и анода в виде пластин или сетки из титана с покрытием из переходного металла, и, кроме того, патрубок для отвода газа, при этом корпус электрохимической ячейки в нижней части снабжен патрубком для отвода загрязнений. Сорбционная ячейка снабжена двумя слоями гофрированного фильтрующего материала, между которыми находится сорбционный материал.A known water treatment unit (RU 58525, C02F 1/46, 11/27/2006), which allows to remove, in addition to chlorine, odor, taste and bacteria, also contaminants such as suspended solids, hydrogen sulfide (mercaptan), oil products, iron, heavy metals, sulfites, carbonates. This water purification unit, adopted as a prototype, includes an electrochemical cell and a sorption cell installed after the electrochemical cell, while the electrochemical cell is equipped with a housing with a removable cover, in which there are devices made in the form of pipes for supplying and discharging water, as well as fixed spaced apart from each other coaxially located external and internal electrodes having the form of permeable hollow cylinders of a material insoluble in water, with the possible implementation of cat an ode in the form of a grid of steel and the anode in the form of plates or a grid of titanium coated with a transition metal, and, in addition, a pipe for exhausting gas, while the housing of the electrochemical cell in the lower part is equipped with a pipe for removing pollution. The sorption cell is provided with two layers of pleated filter material, between which there is a sorption material.

Известный блок очистки воды предполагает регулярную замену сорбционных элементов, выполненных из гофрированного фильтрующего материала, и сорбента, что увеличивает стоимость очистки воды и снижает производительность устройства. Снижает также эффективность работы устройства и быстрое загрязнение катода отложениями солей жесткости из очищаемой воды. Кроме того, размещение электрохимической и сорбционных ячеек в отдельных блоках, увеличивает стоимость устройства, вследствие достаточно высокой материалоемкости; двухблочная конструкция недостаточно удобна в эксплуатации.The known water purification unit involves the regular replacement of sorption elements made of corrugated filter material and a sorbent, which increases the cost of water treatment and reduces the performance of the device. It also reduces the efficiency of the device and the rapid contamination of the cathode by deposits of hardness salts from the treated water. In addition, the placement of electrochemical and sorption cells in separate blocks increases the cost of the device, due to the relatively high material consumption; two-block design is not convenient enough to operate.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание высокопроизводительного устройства, позволяющего эффективно осуществлять очистку любой воды без ограничения по составу и области применения.The objective of the proposed utility model is the creation of a high-performance device that allows you to effectively purify any water without limiting the composition and scope.

Поставленная задача решается тем, что в электросорбционном фильтре, включающем корпус с патрубками подвода и отвода отрабатываемой воды, патрубком слива шлама, и клапаном сброса парогазовой смеси, размещенные внутри корпуса коаксиально расположенные электроды, согласно заявляемой полезной модели электроды выполнены из токопроводящего объемно-пористого материала, инертного к процессу анодного растворения и имеющего поры сквозного типа, межэлектродное пространство и прикатодная область заполнены гранулированной фильтрующей загрузкой, имеющей сорбционную активность к содержащимся в воде загрязняющим веществам, корпус оснащен токоподводами, которые соединены проводами с источником постоянного тока, снабженным амперметром и устройством переполюсовки.The problem is solved in that in the electrosorption filter, which includes a housing with inlets for supplying and discharging waste water, a sludge discharge pipe, and a vapor-gas mixture relief valve, coaxially located electrodes placed inside the housing, according to the claimed utility model, the electrodes are made of conductive volume-porous material, inert to the process of anodic dissolution and having pores of the through type, the interelectrode space and the cathode region are filled with a granular filter load Oh, having sorption activity to pollutants contained in the water, the housing is equipped with current leads, which are connected by wires to a direct current source equipped with an ammeter and a polarity reversal device.

Электроды в электросорбционном фильтре могут быть выполнены из углеродволокнистого материала (УВМ), имеющего катионитную сорбционную активность Электроды в электросорбционном фильтре могут быть выполнены из металлической сетки объемного плетения.The electrodes in the electrosorption filter can be made of carbon fiber material (UVM) having cationic sorption activity. The electrodes in the electrosorption filter can be made of a metal weave.

Электроды в электросорбционном фильтре могут быть выполнены из керамики, полученной методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СМС).The electrodes in the electrosorption filter can be made of ceramics obtained by the method of self-propagating high-temperature synthesis (SMS).

Электроды в электросорбционном фильтре могут быть выполнены из материалов, имеющих сорбционную активность к содержащимся в воде загрязняющим веществам.The electrodes in the electrosorption filter can be made of materials having sorption activity to pollutants contained in water.

Межэлектродное пространство и прикатодная область могут быть заполнены гранулированной фильтрующей загрузкой, обладающей поляризующими свойствами.The interelectrode space and the near-cathode region can be filled with a granular filter media having polarizing properties.

Устройство переполюсовки может быть оснащено реле времени.The polarity reversal device can be equipped with a time relay.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежом. На фиг. 1 схематически представлен сорбционный фильтр.The inventive utility model is illustrated in the drawing. In FIG. 1 is a schematic representation of a sorption filter.

Электросорбционный фильтр включает корпус 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 воды, патрубком слива шлама 4, клапаном сброса парогазовой смеси 5; внутри корпуса размещены коаксиально расположенные электроды - анод 6 и катод 7, выполненные из токопроводящего объемно-пористого материала с порами сквозного типа, межэлектродное пространство 8 и прикатодная область 9 заполнены гранулированной фильтрующей загрузкой 10, которая обладает сорбционной активностью к содержащимся в воде загрязняющим веществам и может обладать поляризующими свойствами, корпус 1 оснащен токоподводами 11, которые соединены проводами 12 с источником постоянного тока 13, снабженного амперметром 14 и устройством переполюсовки 15.The electrosorption filter includes a housing 1 with nozzles for supplying 2 and water outlet 3, a discharge pipe for sludge 4, a vapor-gas mixture discharge valve 5; coaxially located electrodes are placed inside the housing - anode 6 and cathode 7, made of conductive volume-porous material with pores of the through type, the interelectrode space 8 and the cathode region 9 are filled with a granular filter load 10, which has sorption activity to pollutants contained in water and can possess polarizing properties, the housing 1 is equipped with current leads 11, which are connected by wires 12 to a direct current source 13, equipped with an ammeter 14 and a transformer poles 15.

Электросорбционный фильтр работает следующим образом: исходную загрязненную воду из скважины подают насосом через патрубок подвода 2 в корпус 1 сорбционного фильтра. На гранулированной загрузке происходит фильтрация воды с ее очищением от механических примесей, в частности, глины. Одновременно с фильтрацией происходит сорбционная очистка - осаждение нефтепродуктов, катионов Fe и Mn или других веществ на поверхности гранул загрузки из-за ее сорбционной активности к ним.Electrosorption filter works as follows: the source of contaminated water from the well is pumped through the supply pipe 2 to the housing 1 of the sorption filter. On a granular charge, water is filtered with its purification from mechanical impurities, in particular clay. Simultaneously with filtration, sorption purification occurs - the deposition of oil products, Fe and Mn cations or other substances on the surface of the loading granules due to its sorption activity to them.

Активность гранулированной загрузки может быть усилена, если применяют загрузку, обладающую поляризационными свойствами. В качестве такой загрузки может быть использован кварцевый песок, или графит, или корунд, гранулы которых поляризуются под воздействием электрического поля. После прохождения гранулированной загрузки 10 в прикатодной области 9 вода поступает через пористый катод 7 в межэлектродное пространство 8 и далее проходит сквозь пористый анод 6, в очищенном состоянии выходит из корпуса фильтра 1 через патрубок 3.The activity of the granular charge can be enhanced if a charge having polarizing properties is used. As such a load, quartz sand, or graphite, or corundum can be used, the granules of which are polarized under the influence of an electric field. After passing through the granular charge 10 in the cathode region 9, water enters through the porous cathode 7 into the interelectrode space 8 and then passes through the porous anode 6, in a purified state leaves the filter housing 1 through the pipe 3.

При прохождении через пористые электроды вода доочищается от механических включений.When passing through porous electrodes, the water is purified from mechanical impurities.

В то же самое время, в объеме пористого катода 7 происходит электростатическое катодное осаждение растворенных в воде ионов металлов, солей жесткости.At the same time, in the volume of the porous cathode 7, electrostatic cathodic deposition of metal ions dissolved in water and hardness salts occurs.

Сквозной тип пор в объемно-пористом материале электродов обеспечивает проницаемость для воды, при этом размеры пор в материале электродов препятствуют проникновению твердых включений, поперечный размер которых превышает диаметр пор, тем самым достигается предварительная механическая очистка. Объемная структура пористых электродов создает объемный электростатический заряд, обеспечивающий максимально возможное взаимодействие с ионами загрязняющих веществ в очищаемой воде.The through type of pores in the volume-porous material of the electrodes provides permeability to water, while the pore sizes in the material of the electrodes prevent the penetration of solid inclusions whose transverse size exceeds the pore diameter, thereby achieving preliminary mechanical cleaning. The volumetric structure of the porous electrodes creates a volumetric electrostatic charge that provides the maximum possible interaction with the ions of pollutants in the treated water.

Устройство переполюсовки 15, которым оснащен источник постоянного тока 13 позволяет изменять полярность электродов в автоматическом режиме, в зависимости от массы осажденного на катоде загрязняющего вещества, пропорционально его концентрации в воде и количеству электричества. Устройство переполюсовки 15 может быть выполнено с реле времени, в этом случае изменение полярности электродов происходит через заданные промежутки времени, которые выставляются на основе расчетов времени отложения загрязняющих веществ на катоде для каждого типа загрязнений. Изменение полярности электродов с подачей на катод положительного потенциала напряжения, обеспечивает автоматическую регенерацию-восстановление токопроводящей способности катода, при этом с его поверхности удаляются отложения из загрязняющих веществ в виде мелкодисперсного шлама, который выводится из сорбционного фильтра через патрубок слива шлама 4.The polarity reversal device 15, which is equipped with a direct current source 13, allows you to change the polarity of the electrodes in automatic mode, depending on the mass of the pollutant deposited on the cathode, in proportion to its concentration in water and the amount of electricity. The polarity reversal device 15 can be performed with a time relay, in this case, the change in the polarity of the electrodes occurs at predetermined time intervals, which are set based on the calculation of the time of deposition of pollutants on the cathode for each type of contamination. Changing the polarity of the electrodes with the supply of a positive voltage potential to the cathode ensures automatic regeneration and restoration of the cathode’s conductivity, while deposits from the contaminants in the form of fine sludge, which is removed from the sorption filter through the sludge drain pipe 4, are removed from its surface.

Размещение гранулированной фильтрующей загрузки, имеющей сорбционную активность к содержащимся в воде загрязняющим веществам, например, нефтепродуктам и/или гумусовым веществам, и\или катионам в межэлектродном пространстве обеспечивает эффективность их удаления до уровня сорбционной емкости загрузки.Placing a granular filter load having sorption activity against pollutants contained in water, for example, oil products and / or humic substances, and / or cations in the interelectrode space ensures their removal efficiency to the level of the sorption capacity of the load.

В случае, выполнения объемно-пористых электродов из материала, имеющего сорбционную активность по отношению к загрязняющим веществам, при наложении электрического поля, усиливается существенным образом и сорбционная активность и одновременно обеспечивается регенерация сорбционных свойств материала электрода.In the case of performing volume-porous electrodes from a material having sorption activity with respect to pollutants, upon application of an electric field, sorption activity is also substantially enhanced and at the same time, the sorption properties of the electrode material are regenerated.

Заявляемый электросорбционный фильтр позволяет с высокой производительностью осуществлять очистку воды за счет возможности регенерации и сорбционных свойств фильтрующей загрузки и электродов, обеспечиваемой конструктивными элементами устройства.The inventive electrosorption filter allows high-performance water purification due to the possibility of regeneration and sorption properties of the filter load and electrodes provided by the structural elements of the device.

Claims

1. Electrosorption filter, comprising a housing with branch pipes for supplying and discharging waste water, a drain pipe for sludge, and a vapor-gas mixture relief valve, coaxially arranged electrodes located inside the housing, characterized in that the electrodes are made of conductive volume-porous material inert to the anodic dissolution process and having pores of the through type, the interelectrode space and the near-cathode region are filled with a granular filter media having sorption activity to those contained in water pollutants, the housing is equipped with current leads, which are connected by wires to a constant current source, equipped with an ammeter and a polarity reversal device.

2. Electrosorption filter according to claim 1, characterized in that the electrodes are made of carbon fiber material (UVM).

3. Electrosorption filter according to claim 1, characterized in that the electrodes are made of a metal mesh body weaving.

4. Electrosorption filter according to claim 1, characterized in that the electrodes are made of ceramic obtained by the method of self-propagating high temperature synthesis (CMC).

5. Electrosorption filter according to claim 1, characterized in that the electrodes are made of materials having sorption activity to pollutants contained in water.

6. The electrosorption filter according to claim 1, characterized in that the granular filter load with sorption activity is made of materials having polarizing properties.

7. Electrosorption filter according to claim 1, characterized in that the polarity reversal device is equipped with a time relay.