RU94564U1

RU94564U1 - DEVICE FOR CLEANING INDUSTRIAL WASTE WATERS

Info

Publication number: RU94564U1
Application number: RU2008147597/22U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Рязанцев; Агния Александровна Батоева; Марина Сергеевна Хандархаева
Original assignee: Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН)
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-05-27

Abstract

Устройство для очистки сточных вод, содержащее гальванокоагуляционную загрузку, размещенную в кассете, выполненной в виде конуса, отличающееся тем, что оно снабжено генератором гидродинамических колебаний струйного типа. A device for treating wastewater containing a galvanic coagulation charge placed in a cartridge made in the form of a cone, characterized in that it is equipped with a jet type hydrodynamic oscillation generator.

Description

Изобретение относится к технике очистки промышленных сточных вод от различных примесей, в частности к устройствам по осуществлению физико-химической очистки, и может быть использовано для интенсификации гальванокоагуляционной обработки воды от тяжелых металлов, органических загрязнителей (фенолы, нефтепродукты, СПАВ, красители) и др.The invention relates to techniques for treating industrial wastewater from various impurities, in particular to devices for the implementation of physico-chemical treatment, and can be used to intensify the galvanic coagulation treatment of water from heavy metals, organic pollutants (phenols, petroleum products, surfactants, dyes), etc.

Метод гальванокоагуляции отличается простотой аппаратурного оформления и практически исключает использование химических реагентов. Важным условием для эффективного проведения процесса являются предотвращение расслоения и пассивации активной загрузки за счет перемешивания элементов гальванопары и интенсивная аэрация очищаемых растворов.The galvanocoagulation method is notable for the simplicity of instrumentation and virtually eliminates the use of chemicals. An important condition for the effective implementation of the process is to prevent separation and passivation of the active load due to the mixing of galvanic couple elements and intensive aeration of the cleaned solutions.

Для реализации гальванокоагуляционного метода разработаны аппараты различных модификаций, которые применяются для очистки воды от ионов тяжелых металлов, эмульгированных нефтепродуктов, взвешенных веществ, органических загрязнителей и др.To implement the galvanic coagulation method, devices of various modifications have been developed that are used to purify water from heavy metal ions, emulsified oil products, suspended solids, organic pollutants, etc.

Известны устройства [заявка Франции №2533910, МПК C02F 1/46, 1984 г., Патент РФ №2095319, МПК C02F 1/463, 1997 г.и др.] для очистки хромсодержащих, кислотно-щелочных промывных и сточных вод, которые представляют собой горизонтальный проточный аппарат барабанного типа, работающий в непрерывном режиме гальванокоагуляции. Недостатками устройств являются большие габариты, необходимость изготовления устройств из дорогостоящих коррозионностойких материалов, постоянный расход катодной части загрузки, затраты электроэнергии на вращение барабана.Known devices [application of France No. 2533910, IPC C02F 1/46, 1984, RF Patent No. 2095319, IPC C02F 1/463, 1997, etc.] for the purification of chromium-containing, acid-base washes and wastewaters that represent a horizontal flow-through apparatus of the drum type, operating in a continuous mode of galvanocoagulation. The disadvantages of the devices are large dimensions, the need to manufacture devices from expensive corrosion-resistant materials, the constant consumption of the cathode part of the load, the cost of electricity for rotating the drum.

Известны устройства [Патент РФ 2029735, МПК С02F 1/46, 1995 г., Патент РФ 2167110, С02F 9/06, 2001 г.и др.] в которых осуществляется перемешивание только загрузки, а не вращение всего корпуса. Недостатками данных устройств являются громоздкость аппаратурного оформления, затраты электроэнергии на перемешивание активной загрузки.Known devices [RF Patent 2029735, IPC С02F 1/46, 1995, RF Patent 2167110, С02F 9/06, 2001, etc.] in which only the load is mixed, and not the rotation of the entire body. The disadvantages of these devices are the complexity of the hardware design, the cost of electricity for mixing the active load.

Известно устройство [Патент РФ №2057080, МПК C02F 1/46, 1996 г.] для осуществления процесса гальванокоагуляции в непрерывном режиме, в основе которого лежит принцип работы короткозамкнутого гальванического элемента на базе гальванических пар железо-углерод. Устройство содержит цилиндрический металлический корпус с активной загрузкой из смеси железной стружки и углеродсодержащего материала и снабжено диспергатором воздуха из пористого материала, размещенного под загрузкой. Недостатками известного устройства являются неравномерная степень газонасыщения по объему гальванокоагулятора, а также пассивация поверхности элементов гальванопары и высокая вероятность цементации во время длительной работы, что затрудняет его обслуживание. В целом явление цементации загрузки характерно для аппаратов колонного типа, что лимитирует их широкое распространение.A device is known [RF Patent No. 2057080, IPC C02F 1/46, 1996] for the continuous process of galvanic coagulation, which is based on the principle of operation of a short-circuited galvanic cell based on galvanic iron-carbon pairs. The device comprises a cylindrical metal case with an active charge of a mixture of iron chips and carbon-containing material and is equipped with a dispersant of air from a porous material placed under the charge. The disadvantages of the known device are the uneven degree of gas saturation in the volume of the galvanic coagulator, as well as the passivation of the surface of the galvanic couple elements and the high likelihood of cementation during prolonged operation, which complicates its maintenance. In general, the phenomenon of load carburization is characteristic of column-type apparatuses, which limits their wide distribution.

Известен гальванокоагулятор [Патент РФ №2079440, МПК C02F1/463], работающий в пульсационном режиме и состоящий из цилиндрического корпуса, внутри которого располагается слой насадки из дисперсного материала, образующего гальванопару, в центральной части устройства установлена пульсационная камера в виде трубы, нижний конец которой размещен ниже слоя насадки, в которой размещены параллельно оси корпуса вставки в виде гофрированных полос. Для предотвращения пассивации поверхности элементов наполнителя, образующих гальванопару, в данном устройстве предусмотрено периодическое взрыхление наполнителя за счет создания в пульсационной камере избыточного давления воздуха, в результате чего наполнитель перемещается от нижней ограничительной решетки к верхней. Перемещаясь, частицы наполнителя сталкиваются с гофрированными участками вставок, что вызывает разрушение агломератов частиц наполнителя. При снятии избыточного давления частицы движутся в обратном направлении.Known galvanic coagulator [RF Patent No. 2079440, IPC C02F1 / 463], operating in a pulsating mode and consisting of a cylindrical body, inside of which there is a layer of nozzles of dispersed material forming an galvanic couple, in the central part of the device there is a pulsation chamber in the form of a pipe, the lower end of which placed below the nozzle layer, in which are placed parallel to the axis of the insert body in the form of corrugated strips. To prevent passivation of the surface of the filler elements forming the galvanic couple, this device provides for periodic loosening of the filler due to the creation of excessive air pressure in the pulsation chamber, as a result of which the filler moves from the lower restriction grate to the upper. Moving, the filler particles collide with the corrugated portions of the inserts, which causes the destruction of the agglomerates of the filler particles. When excess pressure is removed, the particles move in the opposite direction.

В результате таких колебаний и столкновений частиц наполнителя с гофрированными вставками происходит непрерывное обновление диффузионного пограничного слоя на поверхности частиц наполнителя.As a result of such vibrations and collisions of filler particles with corrugated inserts, the diffusion boundary layer is continuously updated on the surface of the filler particles.

Недостатками известного устройства являются: периодичность прохождения потока очищаемых сточных вод через наполнитель вследствие необходимости создания' избыточного давления воздуха в пульсационной камере, в результате чего запирается линия подачи очищаемой жидкости и искусственно увеличивается ее расход; недостаточная эффективность очистки вследствие постепенной пассивации поверхности частиц наполнителя между моментами встряхивания последнего и образования отдельных струй потока очищаемых сточных вод в слое наполнителя за счет создания избыточного давления воздуха в пульсационной камере и разрыхления наполнителя.The disadvantages of the known device are: the frequency of passage of the stream of treated wastewater through the filler due to the need to create 'excess air pressure in the pulsation chamber, as a result of which the feed line of the cleaned liquid is locked and its flow rate is artificially increased; insufficient cleaning efficiency due to the gradual passivation of the surface of the filler particles between the moments of shaking of the latter and the formation of separate streams of the treated wastewater stream in the filler layer due to the creation of excess air pressure in the pulsation chamber and loosening of the filler.

Данное устройство является наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков и принимается в качестве прототипа.This device is the closest to the claimed combination of essential features and is adopted as a prototype.

Техническая задача - повышение эффективности очистки воды путем дополнительного воздействия гидродинамической кавитации на реакционную смесь и увеличение скорости гальванохимического растворения железа в условиях гидродинамической кавитации, а также снижение энергозатрат и упрощение аппаратурного исполнения.The technical task is to increase the efficiency of water purification by additionally influencing hydrodynamic cavitation on the reaction mixture and increasing the rate of galvanochemical dissolution of iron under conditions of hydrodynamic cavitation, as well as reducing energy consumption and simplifying hardware design.

Технический результат изобретения заключается в увеличении скорости и глубины очистки воды за счет интенсификации массообменных процессов путем создания нестационарной гидродинамической обстановки на границе раздела фаз загрузка (твердая фаза) - обрабатываемый раствор (жидкая фаза).The technical result of the invention is to increase the speed and depth of water purification due to the intensification of mass transfer processes by creating an unsteady hydrodynamic situation at the interface between the loading (solid phase) - the treated solution (liquid phase).

Кроме того, устройство позволяет реализовать комбинированный метод окисления токсичных органических примесей сточных вод с использованием синергетического эффекта возникающего при реализации процесса гальванохимического окисления токсичных органических примесей в условиях гидродинамической кавитации при дополнительном введении окислителя (пероксида водорода) в реакционную зону.In addition, the device allows you to implement a combined method of oxidizing toxic organic impurities in wastewater using the synergistic effect that occurs during the process of galvanochemical oxidation of toxic organic impurities under conditions of hydrodynamic cavitation with the additional introduction of an oxidizing agent (hydrogen peroxide) into the reaction zone.

Принципиальная схема работы устройства представлена на фигуре.A schematic diagram of the operation of the device is presented in the figure.

1- усреднитель; 2- подающий насос; 3- подающая линия; 4- гидродинамический кавитатор струйного типа; 5- кассета с взвешенным слоем гальванокоагуляционной загрузки; 6- реакционная зона аппарата; 7-циркуляционный контур; 8- подача окислителя.1- averager; 2 - feed pump; 3- feed line; 4 - hydrodynamic cavitator of jet type; 5- cassette with a suspended layer of galvanic coagulation loading; 6- reaction zone of the apparatus; 7-circulation circuit; 8 - supply of oxidizing agent.

Устройство работает следующим образом. Поток рабочей жидкости поступает в усреднитель (1) где при необходимости корректируют pH_нач. Затем нагнетаемый насосом (2) потоку проходит снизу вверх через генератор гидродинамических колебаний (генератор кавитации, далее генератор) (4). В кавитационной камере генератора формируется область пониженного давления и развивается кавитация - зарождение, рост и схлопывание пузырьков газа или пара в жидкости,- сопровождающаяся термической деструкцией молекул загрязнителей и образованием ОН радикалов. На верхней крышке кавитатора над выходным соплом располагается кассета (5), выполненная в виде конуса, с помещенной в нее активной гальванокоагуляционной загрузкой (далее загрузка). Под действием кавитирующего потока загрузка, находящаяся в кассете (5), разрыхляется, псевдоожижается, т.е. переходит во взвешенное состояние, играя при этом роль препятствия, на котором происходит дополнительное схлопывание пузырьков, находящихся в потоке жидкости и не подвергшихся коллапсу во внутренней полости кавитатора. Число кавитации о при этом снижается и увеличивается количество активных центров. Кавитация приводит к интенсивному окислению железосодержащей составляющей загрузки, с образованием ионов Fe²⁺ и далее, в зависимости от pH, гидроксосоединений Fe(II) и Fe(III) различного состава; образующиеся активные коагулянты гидроксосоединений железа способствуют сорбционному удалению присутствующих загрязнителей. Кроме того, кавитация способствует непрерывному обновлению диффузионного пограничного слоя на поверхности элементов загрузки и увеличению эффективности массообменных процессов между твердой и жидкой фазами, что предотвращает пассивацию загрузки и обеспечивает высокую эффективность очистки.The device operates as follows. Working fluid stream enters the averager (1) where the pH is adjusted if necessary _beginning. Then, the flow pumped by the pump (2) passes upward through the hydrodynamic oscillation generator (cavitation generator, hereinafter the generator) (4). In the cavitational chamber of the generator, a low-pressure region forms and cavitation develops — the nucleation, growth and collapse of gas or vapor bubbles in a liquid — accompanied by thermal destruction of pollutant molecules and the formation of OH radicals. On the top cover of the cavitator above the outlet nozzle there is a cartridge (5) made in the form of a cone with active galvanic coagulation loading (hereinafter referred to as loading). Under the action of the cavitating flow, the load located in the cartridge (5) loosens, fluidizes, i.e. goes into a suspended state, playing the role of an obstacle, on which there is an additional collapse of bubbles in the fluid flow and not subjected to collapse in the internal cavity of the cavitator. The number of cavitation about decreases and the number of active centers increases. Cavitation leads to intensive oxidation of the iron-containing component of the charge, with the formation of Fe ^{2+ ions} and further, depending on the pH, of the hydroxyl compounds Fe (II) and Fe (III) of various compositions; the resulting active coagulants of iron hydroxo compounds contribute to the sorption removal of the present pollutants. In addition, cavitation contributes to the continuous renewal of the diffusion boundary layer on the surface of the loading elements and to an increase in the efficiency of mass transfer processes between the solid and liquid phases, which prevents passivation of the loading and ensures high cleaning efficiency.

При подаче окислителя, например Н₂О₂, происходит кавитационная активация смеси перекиси водорода и ионов железа, сопровождающаяся радикально-цепными реакциями окисления органических примесей, находящихся в воде. Синергетический эффект позволяет снизить затраты окислителя.When an oxidizing agent, for example, Н ₂ О ₂ , is supplied, cavitation activation of a mixture of hydrogen peroxide and iron ions occurs, accompanied by radical chain reactions of oxidation of organic impurities in water. The synergistic effect reduces the cost of the oxidizing agent.

Таким образом, использование предложенного устройства имеет следующие преимущества: снижение энергозатрат за счет отсутствия подвижных механических элементов, простота и технологичность конструкции, осуществление процесса очистки в непрерывном режиме, возможность реализации комбинированных методов обезвреживания трудноокисляемых органических примесей.Thus, the use of the proposed device has the following advantages: reduction of energy costs due to the lack of moving mechanical elements, simplicity and manufacturability of the design, the implementation of the cleaning process in a continuous mode, the possibility of implementing combined methods of neutralizing difficultly oxidized organic impurities.

Claims

A device for wastewater treatment, containing galvanic coagulation load, placed in a cartridge made in the form of a cone, characterized in that it is equipped with a jet type hydrodynamic oscillation generator.