SE452759B - Forfarande och anordning for automatisk reglering av stromtetheten i losliga elektroder - Google Patents

Description

15 20 ' 25 30 35 4520759 2 hållning av strömtätheten i elektroderna en förutbestämd mängd metallhydroxid bildas, som är tillräcklig för att partiklarna av föroreningsämnena skall kunna koagulera.

.Ifall halten föroreningsämnen i avloppsvattnet ökas, måste strömtätheten i elektroderna även ökas, vilket emeller- tid icke kan genomföras medelst den ovan beskrivna kända anordningen. När koncentrationen av föroreningsämnen i 'avloppsvattnet ändras, minskas därför vattenreningsgraden (vattenreningskvaliteten), eftersom den mängd metallhydroxid, som skall bildas i detta fall, icke är proportionell mot halten föroreningsämnen i avloppsvattnet.

Ett förfarande och en anordning för automatisk reg- lering av det elektriska flotationsförloppet_för avlopps- vattenrening är vidare kända (jämför exempelvis det sov- jetryska uppfinnarcertifikatet nr 453 360, klass MKI C 02 F 3/00, år 1972), vilka är baserade på ändring av strömtätheten i beroende av den tillåtna koncentrationen av föroreningsämnen i det renade vattnet. En signal, som alstras av denna kända anordnings mätenhet i beroende av resthalten suspenderade partiklar (av föroreningsämnen) i det renade vattnet, jämföres i en regulator med en för- inställningssignal, vilken regulator, ifall en skillnads- .eller felsignal uppträder, formar en styrsignal, som överföres till den elektriska strömkällans ingång.

Detta kända förfarande och denna kända anordning för automisk reglering av avloppsvattenreningen möjliggör effektiv reglering av reningsförloppet endast när syste- met beaktar de dynamiska egenskaperna hos det föremål, som skall regleras. I annat fall får den parameter, som 'skall regleras, märkbar s k astatism, under det att reningsförloppet får svängningskaraktär (oscillerande karaktär). Även ett annat förfarande för automatisk reglering av det elektrokemiska avloppsvattenreningsförloppet är känt (jämför exempelvis det sovjetryska uppfinnarcerti- fikatet nr 555 056, MKI C 02 F3/00, år 1975), som är baserat på att strömtätheten i lösliga elektroder hos 10 15 20 25 30 35 _ koaguleringsanordning, 452 759 3 en elektrisk koaguleringsanordning regleras i beroende av koncentrationen av löst metall i det vatten, som skall renas. Detta kända förfarande grundar sig på upprätthål- lande av en optimal koncentration av löst elektrodmetall- i det vatten, som skall renas, vilken koncentration är tillräcklig för att den förutbestämda vattenreningsgraden skall kunna uppnås, eftersom koaguleringen av partiklar av i avloppsvatten förekommande föroreningsämnen, som bekant, endast genomföras snabbt vid en bestämd halt av löst metall i vattnet. Ifall mängden löst metall i vattnet är högre än nämnda bestämda metallhalt, försämras vatten- reningskvaliteten. I detta fall uppträder ett extremsam- band mellan vattenreningsgraden och koncentrationen av löst metall i det vatten, som skall behandlas. Man kan emellertid icke noggrant konstanthålla den bestämda kon- som skall be- centrationen av löst metall i det vatten, handlas, till följd av att metallkoncentrationen i vattnet mätes, samtidigt som metallen och olika slags föroreninga- ämnen förekommer i det vatten, som skall behandlas.

En anordning för genomförande av detta kända reglerings- förfarande innefattar en reglerbar elektrisk strömkälla, som är kopplad till lösliga elektroder i en elektrisk och en strömtäthetsregulator, som innefattar dels en enhet för förinställning av den önskade strömtätheten i de lösliga elektroderna och dels en jäm- förelsekrets, vars utgång är kopplad till den reglerbara elektriska strömkällan. Dessutom innefattar denna kända anordning en mätenhet för bestämning av koncentrationen av löst elektrodmetall i det vatten, som skall behand- las, vilken mätenhet är kopplad till strömtäthetsregu- latorns jämförelsekrets och är avsedd att forma en signal, som bär information angående den momentana strömtätheten i elektroderna, som motsvarar den bestämda koncentrationen av löst elektrodmetall i det vatten, som skall behandlas.

Ifall en skillnad uppträder mellan signalerna, som mot- svarar den momentana strömtätheten och den önskade strönr tätheten i elektroderna och matas till jämförelsekretsens A10 l5 20 25 30 35 452 759 4 ingångar, ändras strömtätheten i elektroderna. Strömtät-a hetsregulatorn utgöres av en extremstegregulator, som gör det möjligt att konstanthålla de optimala processför- hållandena för elektrokemisk avloppsvattenrening i den elektriska koaguleringsanordningen genom stegvis ändring av strömtätbeten i elektroderna i beroende av metallkon- centrationen i det vatten, som skall behandlas. De kända mätenheterna för bestämning av metallkoncentrationen i t det vatten, som skall behandlas, ger emellertid ett märk- bart mätfel (upp till 5% och däröver), vilket ogynnsamt inverkar på vattenreningskvaliteten.

Uppfinningstanke Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande och en anordning för automatisk reglering av den elektrokemiska avloppsvatten- reningen, vilka gör det möjligt att genom löpande kontroll av de lösliga elektrodernas vikt noggrant konstanthålla den optimala mängden löst elektrodmetall i det vatten, som skall behandlas, vilken mängd är tillräcklig för att en hög koaguleringshastighet och en hög vattenrenings- 'grad skall kunna tillförsäkras.

Detta syfte uppnås enligt föreliggande uppfinning medelst ett förfarande för automatisk reglering av ström- tätheten i lösliga elektroder i en elektrisk koagulerings- anordning, vari avloppsvatten renas elektrokemiskt, var- vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning utmärker sig av att strömtätheten regleras i beroende av elektro- dernas viktändring med tiden vid upplösningen av elektro- derna.

Det är lämpligt, att strömtätheten i de lösliga elekt- roderna varierar mellan 0,005 och 0,02 A/cmz.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan genom- föras medelst en anordning enligt uppfinningen för auto- matisk reglering av strömtätheten i de lösliga elektro- derna vid ett elektrokemiskt avloppsvattenreningsförlopp, vilket innefattar en reglerbar elektrisk strömkälla, som är kopplad till en elektrisk koaguleringsanordnings lös- 10 15 20 25 '30 35 452 759 5 liga elektroder, och en strömtäthetsregulator, vars utgång är kopplad till den reglerbara strömkällan och som inne- fattar dels en enhet för förinställning av den önskade strömtätheten i de lösliga elektroderna och dels en krets för jämförelse av signaler, som motsvarar den önskade strömtätheten och den momentana (löpande) strömtätheten i de lösliga elektroderna, varvid anordningen enligt föreliggande uppfinning utmärker sig av att den är för- sedd med en viktmätningsenhet, som är avsedd att forma en signal, som bär information angáende den momentana strömtätheten i elektroderna, som motsvarar elektrodernas vikt vid den givna tidpunkten, vilken viktmätningsenhet är kopplad till_regulatorn för reglering av strömtät- heten i de lösliga elektroderna och är medelst böjliga upphängningsorgan och elektriskt isolerande plåtar för- bunden med de lösliga elektroderna.

Det är att föredra, att anordningen enligt förelig- gande uppfinning år försedd med kärl av dielektriskt material, vilka är fyllda med en eletriskt ledande vätska och i vilka är nedsänkta fria ändar av strömtillförande, till den reglerbara elektriska strömkällan kopplade organ och av strömtillförande, med de elektriskt isolerande plåtarna förbundna organ.

Den elektriskt ledande vätskan utgöres lämpligen av kvicksilver.

Förfarandet och anordningen enligt föreliggande upp- finning säkerställer den förutbestämda strömtätheten i de lösliga elektroderna i beroende av elektrodernas vikt- ändring, varför anodmetallförlusterna kan minimeras, sam- tidigt som vattenreningsgraden är hög. Den lösliga elekt- rodmetallens förbrukning minskas i medeltal 1,3 gånger, medan vattenreningsgraden ökar med 3,2-4,8%.

Kort beskrivning av ritningsfiguren Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, som visar ett schema över anord- ningen för genomförande av förfarandet enligt föreliggande uppfinning för automatisk reglering av det elektrokemiska avloppsvattenreningsförloppet. 10 15 20 25 30 35 452 759 6 Föredragen utföringsform av uppfinningen Förfarandet enligt föreliggande uppfinning för auto- matisk reglering av strömtätheten i lösliga elektroder vid elektrokemisk avloppsvattenrening utmärker sig av att strömtätheten i de lösliga elektroderna i en elektrisk koaguleringsanordning, vari avloppsvattnet ifråga renas elektrokemiskt, regleras i beroende av de lösliga elekt- rodernas viktändring med tiden vid deras upplösning, varvid strömtätheten varierar mellan 0,005 och 0,02 A/Cmz.

Vid elektrokemisk avloppsvattenrening påverkas _vattenreningsgraden och den elektriska koaguleringsanord- ningens reningskapacitet (verkningsgrad) avsevärt av den mängd löslig elektrodmetall, som överföres till vattnet, när en matningsspänning matas till elektroderna. Den elektriska strömmen verkar så, att joner av löslig elektrod- metall, som överföres till vätskan, omsättes med hydroxid- joner, vilket resulterar i bildning av sorptionsaktiva metallhydroxidpartiklar, vilka befrämjar koagulering av i vattnet förekommande partiklar av föroreningsämnen.

Agglomerat av hopkoagulerade partiklar av föroreningsämnen avskiljes fortsättningsvis, i den elektriska koagulerings- anordningen, från det renade vattnet.

Den metallmängd, som överföres till avloppsvattnet, måste vara proportionell mot halten föroreningsämnen i det vatten, som skall renas. Denna omständighet är av huvudsaklig betydelse för eletrokemisk avloppsvatten- rening och bidrar till att i detta fall säkerställa en förutbestämd vattenreningsgrad och en förutbestämd pro- cesskapacitet. Detta kan uppnås genom konstanthållning av en bestämd strömtäthet i de lösliga elektroderna, vilket medverkar till att dessa löses snabbt. En teoretisk mängd m av en anodlöslig metall kan bestämmas med ledning av Faraday's lag m = k - I - t, där k betecknar den elektrokemiska ekvivalenten för den lösliga elektrodmetallen; I är strömstyrkan i de lösliga elektroderna; t är upplösningstiden för elektrodmetallen. 10 15 20 25 30 35 452 759 7 I praktiken skiljer sig emellertid den meta11mängd,. som skall lösas i den elektriska koaguleringsanordningen under inverkan av den elektriska strömmen, från det teo-_ retiska metallutbytet. För att en förutbestämd avlopps- vattenreningsgrad skall kunna uppnås är det därför mycket viktigt att noggrant kunna bestämma den metallmängd, som överföres till vätskan vid elektrokemisk upplösning av elektroderna. Kända metoder för bestämning av mängden löst metall i vätskan medelst mätanordningar ger en låg mätnoggrannhet, varvid deras mätfel uppgår till 4-5%.

Viktmätningsanordningar ger däremot högsta möjliga nog- grannhet vid bestämning av den mängd elektrodmetall, som löses i vattnet under inverkan av elektrisk ström. Enligt föreliggande uppfinning bestämmes därför den mängd elektrod- metall, som skall lösas i vätskan, direkt med ledning av de_lösliga elektrodernas viktändring med tiden under avloppsvattenreningsförloppet, vilken mängd karakteriserar , den metallmängd, som skall lösas i vattnet. De mest gynn- samma upplösningsförhållandena för elektrodmetallen åstad- kommes, när strömtätheten i elektroderna hålles inom gränserna av från 0,005 till 0,02 A/cmz. Ifall strömtät- heten är lägre än 0,005 A/cm2, ökas upplösningstiden för elektroderna, vilket leder till en minskning av den elek- triska koaguleringsanordningens proçesskapacitet. Om ström- tätheten är högre än 0,02 A/cmz, uppträder intensiv gas- utveckling vid elektroderna, vilket resulterar i intensiv omrörning av den vätska, som skall renas, varigenom avlopps- vattenreningen försämras.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning för auto- matisk reglering av det elektrokemiska avloppsvattenre- ningsförloppet genomföres medelst en anordning, som sche- matiskt visas i ritningsfiguren. Anordningen innefattar en reglerbar elektrisk strömkälla l, som är kopplad till en elektrisk koaguleringsanordnings 3 lösliga elektroder 2 och en strömtäthetsregulator 4, som är utformad såsom en känd regleringskrets och innefattar dels en enhet 5 för förinställning av en önskad strömtäthet i de lösliga 10 ,l5 20 25 30 35 452* 759 8 elektroderna 2 och dels en krets 6 för jämförelse av sig- naler, som motsvarar den erforderliga strömtätheten och den momentana strömtäthet, som skall formas av en viktmät- ningsenhet 7 (jämför exempelvis Uppslagsbok under redaktion av Kosharsky B.N. "Mätanordningar och styrsystem för kemisk 'processteknik", Moskva, förlag "Machinostroenie", år 1976). _ Viktmätningsenheten 7 är förbunden med de lösliga elektroderna 2 medelst böjliga upphängningsorgan 8 och- elektriskt isolerande plåtar 9. Den reglerbara elektriska strömkällan l är kopplad till de lösliga elektroderna 2 medelst strömtillförande organ 10 och ll, vilkas fria ändar är nedsänkta i kärl 12 av dielektriskt material i och för att förhindra att dessa ändar bringas i elektrisk kontakt ,med strömkällan l. Kärlen 12 är fyllda med en elektriskt ledande vätska, exempelvis kvicksilver.

De lösliga elektroderna 2 är anordnade i en undre del av den elektriska koaguleringsanordningens 3 elektriska koaguleringskammare 13 ovanför ett rörstycke 14 för inmat- ning av ren elektrolyt i och för upplösning av elektrod- metallen i elektrolyten. Ovanför elektroderna 2 är anordnat ett rörstycke 15, genom vilket en förorenad vätska (avlopps- vatten) inmatas i den elektriska koaguleringskammaren 13.

Elkoaguleringskammaren 13 är delvis anordnad i en sedimenteringskammare 16 koaxiellt med denna. Sedimente- ringskammaren 16 är försedd med rörstycken 17 och 18 för bortledning av det renade vattnet respektive bildade av- fallsprodukter. " V Avloppsvattenreningsgraden och den elektriska koa- guleringsanordningens 3 processkapacitet bestämmes huvud- sakligen av den mängd metallhydroxid, som bildas vid den ielektrokemiska upplösningen av elektroderna 2. Detta innebär _med andra ord, att erhållandet av den kontinuerliga infor- mationen angående de lösliga elektrodernas 2 vikt, som karakteriserar den mängd metallhydroxid, som skall över- föras till elektrolyten, bestämmer avloppsvattenrenings- effektiviteten. En av huvudkomponenterna i systemet för automatisk reglering av den elektrokemiska avloppsvatten- reningen utgöres därför av viktmätningsenheten 7 för mät- l0 15 än 25 30 35 452 759 9 ning av de lösliga elektrodernas 2 momentanvikt (viktänd- ring med tiden).

Viktmätningsenheten 7 kan vara uppbyggd av exempelvis en pneumatisk mätanordning av s k munstycks-spjällventilss typ (jämför exempelvis Koulakov V.M. "Mätanordningar för kemisk processteknik", Moskva, förlag "Khimija", år 1983, sid 500), som är avsedd att forma en utsignal, som mot- svarar det tryck i systemet munstycks-spjällventil, som är bereonde av avståndet mellan munstycket och spjällven- tilen. Denna pneumatiska mätanordning är förbunden med de böjliga upphängningsorganen 8 medelst ett system av dragstânger och hävstänger. När de lösliga elektrodernas 2 vikt ändras, ändras den i upphängningsorganen 8 uppträ- dande spännkraften, som verkar så, att spjället rör sig i förhållande till munstycket, vilket resulterar i den tryckändring i systemet, som motsvarar elektrodernas 2 viktändring. Elektroderna 2 är samtidigt kopplade till den elektriska strömkällan 1 medelst de strömtillförande organen 10 och ll, vilkas fria ändar är nedsänkta i de med en elektriskt ledande vätska, fyllda kärlen 12.

Anordningen för genomförande av förfarandet enligt exempelvis kvicksilver, föreliggande uppfinning för automatisk reglering av det elektrokemiska avloppsvattenreningsförloppet fungerar på fö1janae sätt. i d I Avloppsvatten inmatas kontinuerligt i den elektriska koaguleringskammarens 13 centrumdel genom rörstycket 15, som är anordnat ovanför systemet av lösliga elektroder 2, vilka är framställda av exempelvis aluminium och är anordnade i kammarens 13 undre del. Samtidigt inmatas genom rörstycket 14 i kammaren 13 en elektrolyt, exempelvis tekniskt rent vatten, som strömmar i form av en uppåt- gående ström, i riktning underifrån och uppåt, genom en spalt mellan de lösliga elektroderna 2. När matnings- spänningen matas till elektroderna 2, löses dessa i elektro- Iyten, vilket resulterar i bildande av sorptionsaktiva metallhydroxidpartiklar, samtidigt som vid elektroderna 10 15 20 25 30 35 452 759 10 2 avges, genom vattenhydrolys, en finfördelad gas, som överföres av den uppåtgående elektrolytströmmen till el- koaguleringskammarens 13 centrumdel.

Genom att avloppsvattnet ovanför elektroderna 2 blandas 'med elektrolyten, som innehåller elektrodmetallupplösnings- produkter, omsättes metallhydroxiden med partiklar av föroreningsämnen under bildning av stora partikelagglo- merat, vilka floteras av bubblor av avgiven gas i rikt- ning mot vätskeytan och avlägsnas kontinuerligt i form av avfallsprodukter från sedimenteringskammarens 16 övre del genom rörstycket l8. Det i sedimenteringskammaren 16 renade vattnet avledes genom det i kammarens 16 undre del anordnade utloppsrörstycket 17. 4 De lösliga elektrodernas 2 viktändring vid vattenre- ningen bestämmes kontinuerligt medelst viktmätningsen- heten 7, som är förbunden med elektroderna 2 medelst de böjliga upphängningsorganen 8 och isoleringsplåten 9.

Samtidigt som elektroderna 2 löses, ändras deras vikt, vilket resulterar i förflyttning av upphängningsorganen 8, vilka är förbundna med systemet munstycke-spjäll i vikt- mätningsenheten 7.

Härigenom alstras över enhetens 7 utgång en signal, som bär information angående de lösliga elektrodernas 2 vikt och följaktligen angående den mängd metallhydroxid, som bildas i elektrolyten i beroende av strömtätheten i de lösliga elektroderna 2. Denna signal matas till en ingång hos regulatorns 4 jämförelsekrets 6, vars andra ingång matas med den utsignal från enheten 5, som motsvarar den förutbestämda strömtätheten i elektroderna 2. Ifall en skillnad mellan dessa signaler, dvs en felsignal, upp- träder, formar regulatorn 4 i överensstämmelse med den bestämda regleringslagen, som ligger till grund för regu- latorns 4 fdnktionssätt, en styrsignal, som'matas till den reglerbara strömkällans l påverkningsmekanism. Detta leder till den proportionella ändring av strömtätheten i elektroderna 2, som förorsakar en ökning eller minskning av elektrodmetallens anodupplösningshastighet i beroende 10 15 20 25 30 452 759 11 av polariteten hos felsignalen, som formas över utgången från regulatorns 4 jämförelsekrets 6.

Samtidigt som elektrodernas 2 vikt ändras, ändrar alltså styrsignalen från regulatorn 4 den elektriska ström- källans 1 driftparametrar och härigenom áterställes den erforderliga strömtätheten i elektroderna 2, som säker- ställer stabilisering av de förutbestämda processförhàl- landena för avloppsvattenbehandlingen i elkoagulerings- kammaren 13, vilket bidrar till en vattenreningsgrad.

Eftersom den elektrokemiska avloppsvattenreningens regleringskvalitet är beroende av driftförhållandena för elektroderna 2, är den linjära strömningshastigheten hos elektrolytströmmen i utrymmet mellan elektroderna 2 samt avståndet mellan elektroderna 2 valda på ett sådant sätt, att elektrodytan passiveras minimalt, samtidigt som vät- skans elektriska ledningsförmåga vid luftning av vätskan- och vid mättning av denna med de produkter, som erhålles vid den elektrokemiska upplösningen av elektroderna under de stationära processförhållandena är konstant.

Förfarandet och anordningen enligt föreliggande upp- finning för automatisk reglering av det elektrokemiska avloppsvattenreningsförloppet gör det möjligt att minska förbrukningen av lösliga elektroder med i medeltal l,3 gånger, samtidigt som vattenreningsgraden utgör 99,6%.

Industriell användbarhet Uppfinningen kan användas för rening av avloppsvatten, som är förorenat av organiska och oorganiska ämnen, meka- niska suspensioner e dyl.

Uppfinningen kan företrädesvis användas för rening av avloppsvatten, som är förorenat av oljeprodukter, poly- merer, exempelvis avloppsvatten som innehåller oljor och polymetylmetakrylat.

Claims (5)

452 759 10 15 20 25 30 12 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för automatisk reglering av strömtätheten i lösliga elektroder (2) i en elektrisk koaguleringsanord- ning (3), vari avloppsvatten renas elektrokemiskt, k ä n n e t e c k n a t av att strömtätheten regleras i beroende av elektrodernas (2) viktändring med tiden vid deras upplösning.

2. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a t derna (2) varierar mellan 0,005 och 0,02 A/cm2. av att-strömtätheten i de lösliga elektro-

3. Anordning för genomförande av förfarandet enligt patentkravet l, vilken innefattar en reglerbar elektrisk strömkälla (1), som är kopplad till en elektrisk koagu- leringsanordnings (3) lösliga elektroder (2), och en ström- täthetsregulator (4), vars utgång är kopplad till den regler- bara strömkällan (1), och som innefattar dels en enhet (5) för förinställning av den erforderliga strömtätheten i de lösliga elektroderna (2), och dels en krets (6) för jämförelse av signaler, som motsvarar den önskade ström- tätheten och den momentana (löpande) strömtätheten i de lösliga elektroderna (2), k ä n n e t e c k n a d av att den är försedd med en viktmätningsenhet (7), som är avsedd att forma en signal, som bär information angående den momentana strömtätheten i elektroderna (2), som mot- svarar elektrodernas (2) vikt vid den givna tidpunkten, vilken viktmätningsenhet (7) är kopplad till regulatorn (4) för reglering av strömtätheten i de lösliga elektro- derna (2) och är medelst böjliga upphängningsorgan (8) och elektriskt isolerande plåtar (9) förbunden med de lös- liga elektroderna (2).

4. Anordning enligt patentkravet 3, k ä n n e - t e c k n'a d av att den är försedd med kärl (12) av dielektriskt material, vilka är fyllda med en elektriskt ledande vätska och i vilka är nedsänkta fria ändar av ström- tillförande organ (10), som är kopplade till den regler- 452 759 13 bara strömkällan (1)) och av strömtillförande organ (ll), vilka är förbundna med isolerplåtarna (9).

5. Anofdning enligt patentkravet 3 eller 4, k ä n n e t e c k n 'a d av att den elektriskt ledande vätskan utgöres av kvicksilver.