Тенденции развития электрохимической очистки стоков

Тенденции развития электрохимической

очистки стоков

 

Новиков О.Н., Швецова Н.Р.

 

Задачи по очистке сточных вод электрохимическими методами решаются различными путями. Мы анализируем тенденции развития техники и с учетом потребностей наших клиентов разрабатывает инновационные решения, обеспечивающие качество и доступность очистных сооружений Альфа. Для достижения поставленной цели используются инноваций, которые включают:

Материал электродов 

Для очистки сточных вод в электрокоагуляторах, электролизерах и других установках применяются различные электроды. Во многих случаях для достижения поставленной задачи выполнение катодов и анодов производится различными путями, такими, как:

- использование новых материалов;

- новая форма выполнения электродов и др.

Например, в некоторых случаях в качестве новых материалов используются различные металлы в частности:

- в патенте №2141453 (Товарищество с ограниченной ответственностью "Лаборатория электрохимической технологии") с целью снижения энергозатрат при обеспечении производительности 40-100 л/ч, расширения функциональных возможностей устройства за счет расширения спектра характеристик получаемых растворов, упрощение эксплуатации устройства, цилиндрический электрод выполнен из титана с активным платиновым покрытием и соединен с отрицательным полюсом источника тока, стержневой электрод выполнен из титана с электрокаталитическим покрытием;

- в патенте № 2129529 (Кокин В.П.) в качестве материала анода используется алюминий марки А - 5;

- в патенте № 2141448 (Производственное объединение "Маяк") с целью повышения производительности процесса за счет увеличения скорости окисления гидразина в 3,7-14,6 раз, в качестве катода используют титан, а в качестве анода - диоксид олова, причем  диоксид олова модифицируют  марганцем в количестве 0,5-1,0 мас.% по отношению к диоксиду олова.

В качестве материала для выполнения электродов используют также и неметаллы например: 

- патент № 2094381 (Экологическая дзержинская ассоциация "ЭКОДАС") анод выполнен в виде расходуемого в режиме медленного горения электрода из углеродсодержащего материала, а катод выполнен в виде упругодеформируемой оболочки, внутренняя полость которой соединена с генератором импульсов давления;

-в патенте № 2104960 (Научно-исследовательский физико-химический институт им.Л.Я.Карпова)  в качестве катода используют стеклоуглерод или углеграфитовую ткань;

-а в патенте № 2157344 (Габленко В.Г.), с целью усовершенствования способа обработки сточных вод с достижением высокой степени очистки, перфорированные горизонтальные анод и катод, выполнены из фильтрующего электропроводного материала типа карбонеткалон.

Чаще электроды выполнены  из металлов и  неметаллов вместе, в частности:

- в патенте № 2013376 (Бирицкий М.И. и др.) с целью повышения степени очистки, электроды выполнены составными из стальных, алюминиевых и графитовых пластин при соотношении площадей алюминиевых и графитовых пластин (1 : 4 2,0) : (2,0 1,4) при этом стальные и алюминиевые пластины соединены с регулятором площади электродов;

- в патенте  № 2162822 (Дагестанский государственный университет) с целью увеличения степени очистки от фенола, снижения расхода электроэнергии, в качестве анодного материала используют графит и платину. Катодным материалом является свинец;

- в заявках № 99122679, № 99122743 (немецкая фирма ДЕГУССА-ХЮЛЬС АГ (DE))  по меньшей мере, один из электродов выполнен из стали, платиновой черни, графита, смешанных оксидов, или чистой платины, или из комбинации указанных материалов в чистом виде, в нанесенном на носитель виде, или во включенном в носитель виде;

- в то время, как  в патенте № 2060956 (Назаров В.Д.)  в качестве электродов используют засыпную гальваническую пару, образованную алюминиевым анодом и графитовым катодом, замкнутыми между собой внешней электрической цепью;

- в патенте № 2107035 (Лосев Б.Д.) электроды выполнены в виде металлической сетки и/или углеродной ткани. в качестве металлической сетки использована сетка из нержавеющей стали или из меди;

- а в патенте № 2112748 (Батурова М.Д.) анод выполнен сетчатым и расположен между катодами, выполненных пластинчатыми из углеродного материала.

Для достижения достаточной эффективности иногда электроды покрывают каким-либо материалом:

 -в патенте № 2164219 (Доминик МЕРСЬЕ (FR)) катод включает покрытие, образованное по меньшей мере частично клейким и пористым карбонатом кальция причем  катод состоит весь или частично из стеклографита или серебра, а анод состоит из титана, покрытого таким материалом, как платина, иридий или рутений при этом достигается полное или частичное контролируемое умягчение воды и повышается экономичность и надежность процесса.

В ряде случаев электрод обрабатывают полимерным материалом, так в частности в патенте № 2120916 (Закрытое акционерное общество "Агростройсервис"), в котором графитовые аноды предварительно обрабатывают раствором водостойкого полимерного материала, в качестве водостойкого полимерного материала используют смолу или фторопласт-42 Л.

В наших очистных сооружениях мы применяем различные материалы, Альфа- открытая для инноваций система, в которой можно применять разнообразные электродные материалы, она удобна для применения как металлов, так и неметаллов.

Форма электродов 

Электроды также выполняют различной формы:

Например для электрохимической обработки жидкости:

- в патенте № 2015109 (Эркки Хяйвяля [FI]) электроды выполнены перфорированными, установленными аксиально или параллельно;

- в патенте № 2049075 (Нижнекамское производственное объединение "Нижнекамскнефтехим") электроды выполнены в виде усеченных конусообразных патрубков, установленных вершинами друг к другу с зазором и соединенных посредством муфты, выполненной из диэлектрического материала, причем электроды коаксиально размещены относительно друг друга и трубы, выполненной из токонепроводящего материала или с внутренним токонепроводящим покрытием;

- а в патенте № 2142427 (Габленко В.Г.) для упрощения устройства внутренний электрод выполнен в виде трубки постоянного сечения.

В электролизере по А.С. № 1566674 с целью снижения расхода электроэнергии и повышения степени очистки катод выполнен в виде блока спрессованной стружки с удельной поверхностью 50 - 250 см2/см и массой 4 - 20 г на 1 см2 поверхности.

Пивоваров А.А. (UA) с целью обеспечения возможности очистки от ионов тяжелых металлов  в патенте № 2043969 противоэлектрод выполняет в виде набора дисков, установленных в плоскости кольцевых электродов, а в патенте № 2043970 электроды, размещенные в обрабатываемой воде, выполняет охлаждаемыми причем катод и/или анод расположены над поверхностью воды.

Для очистки загрязненной воды

- патент № 2051115 (Научно-исследовательский и проектный институт "Севернипигаз") дополнительный электрод, выполнен сменным в виде стержня и размещен коаксиально внутри полости внутреннего цилиндрического электрода, внешний и внутренний цилиндрические электроды последовательно соединены между собой, а стержневой электрод выполнен из анодно-растворимого или анодно-нерастворимого материала. составным из участков с различной анодной растворимостью и из участков с различной толщиной;

- а в патенте № 2079438 (Энвайронментл систем (Интернэшнл) Лимитед (US)) отношение диаметра внешнего электрода к диаметру внутреннего электрода 1,10 - 3,50. или 1.10 : 1.30, причем внутренний электрод выполнен в виде стержня круглого сечения, а внешний - в виде полого перфорированного цилиндра.

Сочетания электродов

При электролизе в электролизерах  также используют различные виды электродов:

- патент № 2128145 (Найда Н.Н.) определяет, что для улучшение технико-экономических показателей питания электролизера и повышение эффективности процесса электролиза цилиндрические электродные элементы, внешний из которых на внутренней стороне и внутренний - на наружной стороне имеют равное количество n > 2 электродов, выполнены в виде плоских прямых или дугообразных пластин, радиус дуг которых соответствует радиусам диэлектрических цилиндрических электродных элементов;

- патент № 2133304 (Нижегородский государственный технический университет) решает задачу повышения производительности электролизера тем, что сектора сборного катода выполнены трапециевидной формы с накладной ручкой из диэлектрического материала.

- в  патенте № 2033391 для очистки сточных вод от органических примесей (Нижнекамское производственное объединение "Нижнекамскнефтехим") электроды выполнены в виде усеченных конусообразных патрубков, установленных коаксиально в корпусе и соединенных между собой меньшими основаниями с помощью муфты, выполненной из диэлектрического материала.

Для снижения жесткости воды (Акционерное общество закрытого типа "ТЕХПРОГ")при электролизе предлагается:

- в патенте № 2137721 катод выполнить в виде размещенных внутри аппарата цилиндров круглого или другого геометрического сечения, которые служат катодом, а размещенный по оси каждого цилиндра анод выполнен в виде перфорированной трубки и наружная поверхность анодов покрыта диэлектрической краской;

- в патенте № 2148026 рабочая поверхность электролизера служит катодом, а анод расположен коаксиально внутри электролизера по всей его длине.

Для снижение энергозатрат в ходе электрохимической очистки предложено:

в патенте № 2136600 электродная система выполнена в виде двух гребенок, электроды одной из них расположены на расстоянии 1-15 мм от электродов другой, причем электроды снабжены электрическими барьерами;

- в патенте № 2136601 (Товарищество с ограниченной ответственностью "Имкомтех") высоковольтный и заземленный электроды, выполнены в виде объемной решетки, причем высоковольтный электрод расположен между заземленными электродами.

При обработке молока постоянным электрическим током для увеличения срока хранения и улучшения его товарного качества в устройстве для электрообработки жидкостей  (патент № 2043041 Ленивкин  В.В.) аноды и катоды выполнены разного диаметра, катоды имеют по периферии конусные отбортовки, причем верхняя поверхность каждого анода выполнена с полупроницаемой диафрагмой из химически инертного материала а нижняя и боковая поверхность каждого анода покрыта оболочкой с центральным отверстием из электроизолирующего материала, причем высота боковой поверхности оболочки равна толщине анода с полупроницаемой диафрагмой, а анодные диски выполнены с поверхностью, образованной вращением выпуклой кривой вокруг оси симметрии, при этом они установлены выпуклой поверхностью к дну корпуса, а полупроницаемая диафрагма повторяет геометрию  вогнутой поверхности анода.

В переносном устройстве для обработки воды (патент № 2094382 Наконечный В.И.) электроды выполнены вертикальными в виде коаксиально размещенных цилиндров, при этом наружный цилиндр выполняет функцию растворимого анода, а внутренний цилиндр - функцию катода, или электроды выполнены вертикальными в виде коаксиально размещенных цилиндров, при этом наружный цилиндр выполняет функцию растворимого анода и выполнен из прутка в виде цилиндрической спирали, а внутренний цилиндр - функцию катода причем анод выполнен из алюминий и магний содержащего материала.

В электрофлотаторе для очистки сточных вод (патент № 2102330 ОАО "Самарский опытно-экспериментальный завод")  катод выполнен в виде пакета стальных сеток, состыкованных со смещением ячеек одной сетки относительно ячеек другой и соединенных сваркой участками по всему полю катода.

Используют засыпной электрод:

- в устройстве для электрохимической очистки сточных вод (патент № 2019517 Агафонов Д.В. и др.), гранулированный  материал размещают на поверхности анода на расстоянии от катода. Углеродным материалом является графит или углеграфит;

- в способе очистки растворов от взвешенных частиц (патент № 2038319 Среднеазиатский филиал Научно-исследовательского института промышленной технологии) засыпной электрод размещают в пространстве между катодом и анодом,  В качестве засыпки используют гранулированный графитовый материал  со степенью угловатости 200-400 м-1;

- а в способе очистки вод от органических примесей (патент № 2033391 Нижнекамское производственное объединение "Нижнекамскнефтехим") пространство между корпусом и электродами заполнено инертным, твердым, водонерастворимым диэлектриком.

 

Диафрагмы, перегородки, мембраны и сорбенты

Для достижения поставленной задачи многие устройства для очистки сточных вод снабжены диафрагмами или перегородками:

- в патентах № 2038322   "Устройство для электрохимической обработки воды", № 2038323  "Устройство для очистки и обеззараживания воды", № 2040477 "Устройство для обеззараживания и очистки воды" (патентообладатели Бахир Витольд Михайлович и др.)  наравне с другими признаками отличием является то, что диафрагма выполнена ультрафильтрационной из керамики на основе оксида циркония с добавками оксидов алюминия и иттрия и установлена таким образом, что геометрические размеры ячейки удовлетворяют соотношениям

K/lnL = Ds/Db; Ss/Sb=0,7-0,8;

-в патенте № 2096337 "Установка для электрохимической очистки воды и/или водных растворов" тех же авторов коаксиальная керамическая диафрагма, разделяет межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры, а в патенте № 2148027 "Способ получения дезинфицирующего раствора - нейтрального анолита АНД" при обработке также используют ультрафильтрационную или нанофильтрационную диафрагму из керамики.

Немецкая фирма ДЕГУССА-ХЮЛЬС АГ (DE) для очистки сточных вод, содержащих основания и органические кислоты, также использует диафрагмы, например:

- в заявке № 99122679 при электродиализе содержащие кислоту камеры  отделены от смежных камер, соответственно, содержащих обрабатываемый водный раствор, на близкой к катоду стороне с помощью, по меньшей мере, одной анионитовой диафрагмой А, а на близкой к аноду стороне - с помощью, по меньшей мере, одной биполярной диафрагмой ВМЮ;

-а в заявке № 99122743 камера  отделена от анодной камеры  с помощью, по меньшей мере, одной анионитовой диафрагмы А, а от катодной камеры  с помощью, по меньшей мере, одной катионитовой диафрагмы К или при электродиализе камеры, служащие для приема катионов или анионов, соответственно, из обрабатываемого раствора, размещены между камерами, в которые подается обрабатываемый раствор, с помощью биполярных диафрагм ВМ.

В устройство для ионизации воды (заявка № 99120823 Блинков Е.Л. и др.) в крышке камеры и закреплена металлокерамическая цилиндрическая диафрагма, расположенная вокруг токопроводящего цилиндра и снабженная горизонтальной диэлектрической перегородкой с отверстиями.

Отличительными признаками в патентах бывают также различные перегородки:

- в патенте № 2048441 для блочно-модульной установки для очистки сточных вод (Ульяновское высшее военно-техническое училище им.Богдана Хмельницкого) характерно то, что флотационный модуль снабжен перегородкой и многогранным перекрытием в виде призмы с двумя наклонными гранями, боковая грань призмы с большей поверхностью является днищем корпуса, а ее основания - противоположными боковыми стенками корпуса;

- в патенте № 2060957 на устройство для очистки промышленной сточной воды (Сибирский государственный проектный и научно-исследовательский институт цветной металлургии) перегородка выполнена керамической;

- особенностью патента №2046760 на аппарат для очистки сточных вод (Московский институт стали и сплавов) является то, что барабан, заполненнный гальваномассой снабжен пористой перегородкой для барботирования воздуха;

- в патенте № 2092442, в устройстве для электрохимической обработки жидкости (АОЗТ НИЦ "Икар") между электродами размещен объемно-проницаемый для жидкости элемент из электропроводного материала, выполненный монолитным, непрерывно электропроводным;

- а в патенте № 2077498 в устройстве для очистки жидкости (Научно-исследовательский технологический институт автоматизации производств) корпус снабжен экраном, выполненным съемным и водопроницаемым;

- патент № 2042632 на  способ очистки сточных вод и установку для его осуществления ( Малое научно-производственное предприятие "Экотехмаш") отличается тем, что импеллерные флотомашины дополнительно снабжены диализной кассетой и/или насыпной короткозамкнутой гальванопарой.

Используют также различные мембраны:

-в патенте № 2051115 в комплексной установке для очистки загрязненной воды (Научно-исследовательский и проектный институт "Севернипигаз") мембранный пакет выполнен в виде ультрафильтрационных элементов;

-в патенте № 2060956 в способе очистки сточной воды от взвешенных веществ (Назаров В.Д.) в качестве ионообменной мембраны используют анионообменную мембрану;

-в патенте № 2064818 в устройстве для электрохимического умягчения воды (Заболоцкий В.И.)  электрохимическая ячейка снабжена катионнообменной мембраной, или электрохимическая ячейка дополнительно снабжена чередующимися биполярными и катионнообменными мембранами;

-в патенте № 2067555 (Российский химико-технологический университет им Д.И. Менделеева) мембраны, выполнены катионообменными и установлены параллельно друг другу;

-в патенте № 2100286 (Вестерн Пасифик Компани Инк. (BZ)) электролизеры, снабжены катионообменными мембранами.

Для глубокой доочистки вод используют различные сорбенты, например используют активированный уголь:

- патент № 2083500 (Абрамов Е.Г., Хамизов Р.Х.), в виде засыпки;

- а в патенте № 2087423 (Закрытое акционерное общество "РЭП Водоканал") для адсорбционной доочистки;

- патент № 2129529 (Кокин В.П.) для той же цели при помощи сильнокислотного сульфокатионита, причем объемное соотношение активированного угля СГН-30А к катиониту выдерживают равным 1 : (0,04 - 0,06);

- патентом № 2133224 (Рамазанов З.Д.) определено, что уголь используется для заполнения специальной сорбционной ячейки.

Кроме угля применяют и другие сорбенты:

- в патенте № 2110482 (Вестерн Пасифик Компани Инк. (BZ)) пористый углеродный сорбент-фильтр с удельной поверхностью 100-1200 м2/г помещают в электролизер-массообменник;

-в патенте № 2120411 (Общество с ограниченной ответственностью "ЮРТИС")  в качестве сорбента используют полиакриламидное волокно;

- патент № 2075994 (Андреев В.С.) сорбент состоит из поляризующегося в поле электрического тока материала, частицы которого по крайней мере вдвое меньше межэлектродного пространства;

- патент № 2156225 (Ярославский государственный технический университет) характерен тем, что адсорбционный комплекс состоит из сфер магнитотвердого материала с преимущественным диаметром 8-10 мм, являющихся постоянными магнитами, гранул и порошка с диаметром частиц не более 100 мкм прокаленного гальваношлама, являющихся в основном -оксидами железа. Указанные компоненты смешиваются в соотношении 8:2:1 (мас.ч.). Гранулы и порошок -оксида железа являются адсорбентами и деэмульгаторами, удерживаемыми за счет магнитного поля на поверхности шариков магнитотвердого материала.;

- патент № 2158713 (Быков И.Н.) интересен тем, что в очищаемой воде создают искусственный сорбционный слой толщиной 2-800 мм воздействием на очищаемую воду в анодной зоне электрическим полем с параметрами: напряжение 3-100 В, сила тока 1 мА - 1000 А, частота основного сигнала 0,1 Гц - 100 кГц. При очистке маломутной воды дополнительно используют слой сорбента.

Применение сорбентов и дает возможность расширить область применения электрохимических методов на концентрации загрязнителей до 1000 мг/л.

Катализаторы электрохимических процессов

Используют также различные катализаторы:

-в патенте № 2088539 (Бахир В.М., и др.) емкость с катализатором содержит смесь частиц углерода и диоксида марганца;

-а в патенте № 2096337 (Бахир В.М., Задорожний Ю.Г. катализатор - диоксидно-марганцевый, или углерод-диоксидно-марганцевый;

- патентом № 2031856 (Перковский А.Э. (BY)) защищено решение, что в качестве катализатора используют пористый слой частиц железа;

- патент № 2135419 (Байкальский институт природопользования Сибирского отделения РАН) отличен тем, что в качестве катализатора окислительной деструкции используют соединения железа, генерируемые непосредственно в процессе очистки, при этом происходит окисление органических примесей молекулярным кислородом, активированное с помощью пары H2O2/Fe2;

-в патенте № 2156740 (НПФ "Экотех")  доочистку в электрохимическом фильтре осуществляют пропусканием воды сверху вниз сквозь смесь гранул алюминия и железа в соотношении, %: 30: 70-70:30, силицированный кальцит в качестве минерального зернистого фильтрующего материала и уголь марки АГ-3 в качестве углеродсодержащего материала с соотношением высот слоев 1 :7-10 : 1-2.;

- патент № 2148026 (Акционерное общество закрытого типа "ТЕХПРОГ") связан с тем, что ионизацию кислорода катализируют за счет использования материалов с высоким перенапряжением выделения водорода, например олова в виде покрытия. Но олово на аноде растворяется, что значительно осложняет последующую доочистку сточных вод.

Реагенты

При электрофлотации используют различные реагенты:

- патентом № 2096338 (Акционерное общество закрытого типа "Институт химических проблем промышленной экологии АЕН") защищено решение, что перед вторым этапом электрофлотации вводят известковое молоко до pH 6,5 - 10,0;

-а в патенте № 2116973 (Научно-исследовательский институт кожи) процесс флотации осуществляют при температуре 75 - 85oC с предварительным введением алюмосодержащих коагулянтов, например сернокислого алюминия;

- патент № 2122525 (Российский химико-технологический университет им.Д.И.Менделеева) при электрофлотации с нерастворимыми анодами, вводят ортофосфат-ионы PO4- в виде растворимой соли ортофосфата натрия при массовом соотношении извлекаемого иона металла к введенному ортофосфат-иону 1:(0,5 - 1,0).

Выводы:

Электрохимическая очистка стоков - развитое направление развития техники, с обширным арсеналом технологических приемов, способов управления процессом.

Основные направления развития:

- применение новых материалов (электродов, мембран, перегородок, диафрагм);

- сочетание с другими методами очистки (реагентными, сорбционными   электрохемосорбция).

 

Материалы, опубликованные на сайте защищены согласно закону об авторских правах Закон РФ от 9 июля 1993 г. N 5351-I "Об авторском праве и смежных правах" (с изменениями от 19 июля 1995 г., 20 июля 2004 г.) и не могут быть использованы без разрешения автора. 

Новые дозаторы для реагентов

Новые дозаторы для реагентов


Начато производство новых дозаторов для реагентов, снабженных  амперметрическими датчиками, обеспечивающими эффективное автоматическое управление процессом дозирования,  точное соблюдение регламента, исключая субъективный фактор.

Освоено производство люков для пищевой промышленности

ТСО- в любом количестве

ТСО - в любом количестве

Начато производство нового артикула модулей тонкослойного отстаивания из пластика. Модуль имеет больше пластин, более эффективен, расстояние между пластинами сокращено с 150 мм до 100 мм.

Производим парогенераторы

Производим парогенераторы

В качестве дополнительной оснастки к установкам Альфа-Эфир разработали мобильный огневой парогенератор на рамной конструкции с колесными опорами. Парогенератор работает на твердом топливе: щепе, дровах, ветках, древесных отходах, соломе, сухой биомассе, в том числе обезэфиренной биомассе рестений.

В неограниченном количестве поставим блоки ТСО

В неограниченном количестве поставим блоки ТСО

В неограниченном количестве изготовим блоки ТСО (тонко-слойного отстаивания), загрузку для БОС. Импортозамещения - только российское сырье и производство. Недорого. 

Flag Counter Яндекс цитирования