RU2056361C1

RU2056361C1 - Electrolyzer for purification of acid metal-containing sewage

Info

Publication number: RU2056361C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Горшков; С.И. Фролова; Г.В. Миляков
Original assignee: Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН
Priority date: 1991-05-16
Filing date: 1991-05-16
Publication date: 1996-03-20

Abstract

FIELD: sewage treatment. SUBSTANCE: electrolizer uses successively arranged anode and cathode chambers with plate anodes and latticed cathodes, respectively, furnished with a synthetic lattice on the plane sides and separated by a diaphragm in the form of a coil bent around the anodes and cathodes. Air distributor in the form of a multi-tooth two-sided rack is positioned under the chambers. Provision is made for a cover with air inlet and outlet pipe unions and water inlet and outlet pipe unions. The lattice is made of thread, 0.8 to 1.2 mm thick, with cells measuring 2x2 mm. Electrodes are made in the form of a tight stack of anodes the diaphragm. EFFECT: facilitated procedure. 3 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам для электрохимической очистки кислых сточных вод и может быть использовано для очистки природных и сточных вод, содержащих катионы различных металлов. The invention relates to devices for electrochemical treatment of acidic wastewater and can be used for the treatment of natural and wastewater containing cations of various metals.

Известен способ умягчения природной воды в диафрагменном электролизере с отдельной подачей воды в катодную и анодную камеры, раздельным выводом католита и анолита с последующим их смещением, очисткой католита от труднорастворимых соединений. Процесс ведут с использованием пористого или перфорированного катода. Умягченную воду подают с одной стороны вдоль него, а с другой в закатодное пространство часть очищенного католита, насыщенного кислородом, с фильтрацией его через пористый катод для увеличения стабильности работы последнего. Установка для реализации этого способа содержит диафрагменный электролизеp, состоящий из анодной и катодной камер с размещенным в них соответственно анодом и перфорированным катодом, закатодной камеры, бачок-сепаратор, механический фильтр и эжектор. Данный электролизер взят за прототип. A known method of softening natural water in a diaphragm electrolyzer with a separate supply of water to the cathode and anode chambers, separate withdrawal of catholyte and anolyte with their subsequent displacement, purification of catholyte from sparingly soluble compounds. The process is carried out using a porous or perforated cathode. Softened water is supplied on one side along it, and on the other hand, part of the purified catholyte saturated with oxygen is filtered into the cathodic space with its filtration through a porous cathode to increase the stability of the latter. The installation for implementing this method comprises a diaphragm electrolyzer consisting of an anode and cathode chambers with an anode and a perforated cathode respectively placed in them, a cathode chamber, a separator tank, a mechanical filter, and an ejector. This electrolyzer is taken as a prototype.

Недостатки электролизера-прототипа наличие устройства для раздельной подачи воды в катодную и анодную камеры, наличие в схеме сепаратора отделителя кислорода в анолите, фильтра очистки католита с эжектором. Электролизер подобного типа может нормально работать только при условии более высокого давления католита в закатодном пространстве. В противном случае, при увеличении сопротивления фильтра католита, свежая очищенная вода будет вытеснять насыщенный кислородом католит из закатодной области и эффекта стабильности не будет. Невозможна очистка сточных вод от большого числа растворенных компонентов. Характерны большие затраты электроэнергии и относительно низкая производительность. The disadvantages of the prototype electrolyzer are the presence of a device for separate water supply to the cathode and anode chambers, the presence of an oxygen separator in the anolyte in the separator circuit, and a catholyte purification filter with an ejector. An electrolyzer of this type can operate normally only under the condition of a higher catholyte pressure in the cathodic space. Otherwise, with an increase in the catholyte filter resistance, fresh purified water will displace oxygenated catholyte from the cathode region and there will be no stability effect. It is not possible to treat wastewater from a large number of dissolved components. High energy costs and relatively low productivity are characteristic.

Цель изобретения повышение производительности, снижение энергозатрат и увеличение количества очищаемых компонентов. The purpose of the invention is to increase productivity, reduce energy consumption and increase the number of cleaned components.

Указанная цель достигается тем, что в электролизере, содержащем последовательно расположенные анодные и катодные камеры, разделенные диафрагмой, с размещенными в них пластинчатыми анодами и сетчатыми катодами, штуцером ввода сточных вод, двумя штуцерами вывода католита и анолита, крышки со штуцерами подвода воздуха и выходным патрубком, диафрагма выполнена в виде гармошкообразно изогнутой вокруг анодов и катодов непрерывной ленты. Катоды и аноды с плоских сторон снабжены синтетической сеткой. Под анодными и катодными камерами установлено воздухораспределительное устройство, выполненное в виде многозубчатой двухсторонней гребенки. Сетка выполнена из нити толщиной 0,8-1,2 мм с ячейками 2 х 2 мм. Электроды выполнены в виде плотного пакета анодов и катодов, чередующихся сетками и диафрагмой. This goal is achieved by the fact that in the electrolyzer containing successively located anode and cathode chambers separated by a diaphragm, with plate anodes and mesh cathodes placed in them, a sewage inlet fitting, two catholyte and anolyte outlet fittings, lids with air supply fittings and an outlet pipe , the diaphragm is made in the form of a continuous accordion-like curved around the anodes and cathodes. The cathodes and anodes on the flat sides are equipped with a synthetic mesh. Under the anode and cathode chambers there is an air distribution device made in the form of a multi-toothed double-sided comb. The mesh is made of 0.8-1.2 mm thick yarn with 2 x 2 mm cells. The electrodes are made in the form of a dense package of anodes and cathodes, alternating with grids and a diaphragm.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный электролизер отличается тем, что диафрагма выполнена в виде гармошкообразно вогнутой вокруг катодов и анодов непрерывной ленты, а катоды и аноды с плоских сторон снабжены синтетической сеткой из нити толщиной 0,8-1,2 мм с ячейками 2 х 2 мм. Под анодными и катодными камерами установлено воздухораспределительное устройство, выполненное в виде многозубчатой двухсторонней гребенки. Электроды выполнены в виде плотного пакета анодов и катодов, чередующихся сетками и диафрагмой. Comparative analysis with the prototype shows that the claimed electrolyzer is characterized in that the diaphragm is made in the form of an accordion-like concave around the cathodes and anodes of a continuous tape, and the cathodes and anodes on the flat sides are equipped with a synthetic wire mesh of 0.8-1.2 mm thick with 2 cells x 2 mm. Under the anode and cathode chambers there is an air distribution device made in the form of a multi-toothed double-sided comb. The electrodes are made in the form of a dense package of anodes and cathodes, alternating with grids and a diaphragm.

На фиг.1 показан электролизер, общий вид; на фиг.2 сечение А-А на фиг;1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 катод, разрез. Figure 1 shows the electrolyzer, a General view; figure 2 section aa in figure 1; figure 3 section BB in figure 2; Fig.4 cathode, section.

Электролизер состоит из корпуса 1 со съемной крышкой 2, ряда чередующихся листовых нерастворимых анодов 3, синтетических сеток 4 с толщиной нити 0,8-1,2 мм, расположенных с обеих боковых сторон катодов и анодов, полупроницаемой диафрагмы 5 из ткани типа бельтинг в виде непрерывной гармошкообразно сложенной ленты, ряда чередующихся катодов 6 из металлической сетки с толщиной проволоки 1 мм и размером ячейки 1 х 1 мм, входного штуцера 7, изготовленного для увеличения жесткости боковой стенки в виде кармана, выходных штуцеров католита 8 и анолита 9, газоотводной крышки 10 с входными штуцерами 11 воздуха и выходным патрубком 1
2, регулятором 13 расхода католита и анолита, выполненными в виде заслонок, двух нижних опор 14, изготовленных из стеклотекстолита с овальными отверстиями для прохода воды, воздухораспределительной гребенки 15. Съемная боковая крышка и стенки электролизера выложены листовой резиной 16 для защиты корпуса от кислых стоков и исключения перетоков воды из анодных камер в катодные и обратно.The cell consists of a housing 1 with a removable cover 2, a series of alternating sheet insoluble anodes 3, synthetic meshes 4 with a thread thickness of 0.8-1.2 mm, located on both sides of the cathodes and anodes, a semi-permeable diaphragm 5 made of belting fabric in the form continuous accordion-shaped tape, a series of alternating cathodes 6 of metal mesh with a wire thickness of 1 mm and a mesh size of 1 x 1 mm, an inlet fitting 7 made to increase the rigidity of the side wall in the form of a pocket, outlet fittings of catholyte 8 and anolyte 9, ha drain cover 10 with air inlet fittings 11 and outlet pipe 1
2, the regulator 13 of the flow rate of catholyte and anolyte, made in the form of dampers, two lower supports 14, made of fiberglass with oval holes for the passage of water, air distribution comb 15. The removable side cover and the walls of the cell are lined with rubber sheet 16 to protect the housing from acidic drains and exclusion of water flows from anode chambers to cathode chambers and vice versa.

Электролизер работает следующим образом. The cell operates as follows.

Кислые сточные воды, очищенные от механических примесей через штуцер 7, поступают в нижнюю часть корпуса 1 электролизера и параллельными потоками поднимаются по анодным и катодным камерам. Под действием электрического тока происходит разложение металлосодержащих солей и образование гидроксидов. Поскольку катоды 6 выполнены из одной или нескольких нержавеющих сеток 4 из проволоки диаметром 1 мм и размером ячейки 1 х 1 мм площадь поверхности катода намного превышает площадь листового анода 3 процесс протекает в условиях низкой поляризации электрода с малым газообразованием. Достижение эффекта турбулизации восходящего потока и постоянного обновления контактируемой поверхности жидкости с анодами происходит за счет синтетических сеток 4, расположенных с обеих сторон. Что же касается катода, то кроме сеток подобный эффект достигается и конструкцией самого катода 6. Изменение направления водных потоков на катоде изображено схематично на фиг.4. Сетчатые катоды и синтетические сетки облегчают газовыделение, уменьшают гидравлическое сопротивление электролизера и увеличивают производительность в несколько раз. Очищенный католит и анолит сливается в прорези карманов из своих камер в стороны не закрытые с торцов диафрагмой и через штуцер 8 и 9 выводятся из электролизера. Для очистки катодов и анодов от возможного осаждения на их поверхности образующихся гидроксидов через воздухораспределительную гребенку 15 в электролизер подается сжатый воздух. Газы, образовавшиеся в процессе электролиза и воздух, подаваемый в электролизер через гребенку, собираются в газоотводной крышке 10, разбавляются воздухом, подаваемым через штуцеры 11 и выводятся через патрубок 12 наружу. Acid wastewater, purified from mechanical impurities through the nozzle 7, enters the lower part of the housing 1 of the cell and in parallel flows rise through the anode and cathode chambers. Under the influence of electric current, metal-containing salts decompose and hydroxides form. Since the cathodes 6 are made of one or several stainless meshes 4 of wire with a diameter of 1 mm and a mesh size of 1 x 1 mm, the surface area of the cathode is much larger than the area of the sheet anode 3, the process proceeds under conditions of low polarization of the electrode with low gas generation. Achieving the effect of turbulization of the upward flow and constant updating of the contacted surface of the liquid with the anodes occurs due to synthetic grids 4 located on both sides. As for the cathode, in addition to the grids, a similar effect is achieved by the design of the cathode 6. The change in the direction of the water flows on the cathode is shown schematically in Fig. 4. Mesh cathodes and synthetic meshes facilitate gas evolution, reduce the hydraulic resistance of the cell and increase productivity several times. The purified catholyte and anolyte merge into the slots of the pockets from their chambers to the sides, which are not closed from the ends by the diaphragm and are discharged from the electrolyzer through the nozzle 8 and 9. To clean the cathodes and anodes from the possible deposition of formed hydroxides on their surface, compressed air is supplied to the electrolyzer through an air distribution comb 15. The gases generated during the electrolysis and the air supplied to the electrolyzer through the comb are collected in the gas exhaust cover 10, diluted with air supplied through the fittings 11 and discharged through the pipe 12 to the outside.

Результаты очистки кислых шахтных стоков одной из шахт Кизеловского угольного бассейна приведены в таблице. Из таблицы видно, что 11 компонентов практически очищены до уровня ПДК. The results of the treatment of acid mine drains of one of the mines of the Kizelovsky coal basin are given in the table. The table shows that 11 components are almost cleaned to the MPC level.

Удельные энеpгозатраты по прототипу составляют 1,3-4,8 Вт · ч/л, а по предлагаемому устройству 0,4-0,6 Вт · ч/л. Следовательно, экономится электроэнергия, причем степень очистки всех 11 компонентов составляет 80-100%
Предлагаемая конструкция электролизера позволяет очищать сточные воды с большим содержанием самых разнообразных солей, а прототип позволяет лишь умягчить природную воду.The specific energy consumption of the prototype is 1.3-4.8 W · h / l, and for the proposed device 0.4-0.6 W · h / l. Consequently, energy is saved, and the degree of purification of all 11 components is 80-100%
The proposed design of the electrolyzer allows you to clean wastewater with a high content of a wide variety of salts, and the prototype only allows you to soften natural water.

Claims

1. ELECTROLYZER FOR PURIFICATION OF ACID METAL-CONTAINING WASTE WATER, containing sequentially arranged anode and cathode chambers separated by a diaphragm, with plate anodes and mesh cathodes placed in them, a water inlet fitting and anolyte and catholyte outlet fittings, and an air outlet fitting with a fitting the fact that it is additionally equipped with an air distributor made in the form of a multi-toothed double-sided comb and placed under the cameras, the diaphragm is made in the form of a coil curved around the anodes and cathodes, and the anodes and cathodes on the flat sides are provided with a synthetic mesh.

2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the grid is made of a thread 0.8 - 1.2 mm thick with 2 x 2 mm cells.

3. The cell according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the electrodes are made in the form of a dense package of anodes and cathodes alternating grids with a diaphragm.