RU2157344C2

RU2157344C2 - Process and device for electrochemical purification of sewage

Info

Publication number: RU2157344C2
Application number: RU98111814A
Authority: RU
Inventors: Г.М. Бейгельдруд; В.Г. Габленко; С.Н. Макаренко
Original assignee: Габленко Вячеслав Георгиевич
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2000-10-10

Abstract

FIELD: electrochemical treatment of sewage carrying emulsified and colloid-dispersed contaminants. SUBSTANCE: process is conducted under conditions producing maximum possible saturation of liquid with electrolysis gas bubbles 0.3-0.9 A/m² in diameter. Density of current on hydrophobic insoluble electrodes located in lower part of central cylinder is kept within limits of 200-400 A/sq.m. Reynolds number Re in stream of purified liquid going upwards is kept within limits from 2000 to 2700. After this stream is subjected to compression over area of flow section providing for flow of stream with Reynolds number Re from 3500 to 4500 with subsequent abrupt expansion. As result of such combination of conditions enlargement of particles-contaminants, their entrainment by foam and separation in comparatively coarse filters take place. After expansion stream is passed through second electrode unit whose electrodes are placed horizontally and are made of porous unwoven filtering material. Density of current across these porous horizontal electrodes is maintained within limits of 100-200 A/sq.m and velocity of liquid stream is kept on condition to obtain Reynolds number in bounds of 120-200. Proposed process is realized in electric flotation device that has cylindrical body with lid and lower body placed uniaxially. Lower part of lower body carries vertical anodes and cathodes made insoluble from expanded carbon material. Upper part of lower body has narrowing with 20-40 times reduction of flow section behind which expansion chamber is situated. Inlet of water to be purified is located below mentioned electrode unit and outlet of purified water is located in lower part of upper body. Perforated horizontal anode and cathode made of filtering current-conducting material are positioned at bottom of ring space formed by upper and lower bodies. EFFECT: updated process of purification of sewage with achievement of high degree of purification. 5 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области электрохимической обработки сточных вод, содержащих эмульгированные и коллоидно-диспергированные загрязнения, и может быть использовано для очистки сточных вод на предприятиях химической, нефтяной, газовой и пищевой отраслей промышленности. The invention relates to the field of electrochemical treatment of wastewater containing emulsified and colloid-dispersed contaminants, and can be used for wastewater treatment in enterprises of the chemical, oil, gas and food industries.

Известны способы очистки сточных вод, включающие образование коагулянтов из вещества растворимых электродов с последующей флокуляцией загрязнений газовыми пузырьками и отделением образующегося шлама (смотри, например, патент России N 2000274, от 22.10.1991 г., МКИ C 02 F 1/46,) которые позволяют получить на выходе очищенную воду с содержанием нефтепродуктов не лучше 0,5 мг/л и заключаются в том, что сточную воду обрабатывают в поле гальванического элемента при одновременной циркуляции воды и пропускании через нее диспергированного воздуха с размером пузырьков 1-2 мм. Known methods for wastewater treatment, including the formation of coagulants from soluble electrodes, followed by flocculation of contaminants with gas bubbles and separation of the resulting sludge (see, for example, Russian patent N 2000274, 10.22.1991, MKI C 02 F 1/46,) make it possible to obtain purified water with an oil content of not better than 0.5 mg / l at the outlet and consist in the fact that the wastewater is treated in the field of a galvanic cell while the water is circulating and dispersed air passing through it with a size of bubbles 1-2 mm.

К недостаткам данного способа относится недостаточная степень очистки и увеличение содержания солей и окислов металлов в очищенной воде. Кроме того, при работе гальванической пары происходит образование слоя с большим омическим сопротивлением, что приводит к большим потерям энергии. The disadvantages of this method include an insufficient degree of purification and an increase in the content of salts and metal oxides in purified water. In addition, during the operation of the galvanic couple, a layer with a large ohmic resistance forms, which leads to large energy losses.

Наиболее близким по технологической схеме является известный способ электрохимической очистки сточных вод, реализованный, например, в устройстве по патенту России N 2043307 от 28.01.1991 г. МКИ C 02 F 1/46, в котором сточную воду подвергают воздействию газовых пузырьков, образующихся при электролизе жидкости, и воздействию коагулянтов, образующихся в результате растворения вещества электродов, а затем повторному воздействию газовых пузырьков, образующихся на горизонтальных электродах в кольцевой полости корпуса при движении потока жидкости вниз через решетчатые нерастворимые электроды. Closest to the technological scheme is the known method of electrochemical wastewater treatment, implemented, for example, in the device according to Russian patent N 2043307 from 01/28/1991 MKI C 02 F 1/46, in which the wastewater is exposed to gas bubbles formed during electrolysis fluid, and the effects of coagulants formed as a result of dissolution of the electrode material, and then repeated exposure to gas bubbles formed on horizontal electrodes in the annular cavity of the housing when the fluid flow moves down h Res lattice insoluble electrodes.

Данный способ также не позволяет получить степень очистки лучше 0,5 мг/л. Кроме того, и тот, и другой способы сопряжены с образованием коагулянта за счет растворения металлическим электродом, утилизация которого является серьезной дополнительной проблемой. This method also does not allow to obtain a degree of purification better than 0.5 mg / L. In addition, both methods are associated with the formation of a coagulant due to dissolution by a metal electrode, the utilization of which is a serious additional problem.

Целью изобретения является усовершенствование способа обработки сточных вод за счет разработки оптимальных режимов и условий электрохимической очистки сточных вод, различных по содержанию, и создание устройства, реализующего этот способ за счет совершенствования конструкции электрохимического флотатора с учетом конкретного состава очищаемых вод, что позволяет в результате очистить воду с исходной концентрацией нефтепродуктов порядка 350 мг/л до концентрации менее 0,05 мг/л, допустимой для воды в соответствии с международным соглашением по охране моря. The aim of the invention is to improve the method of treating wastewater by developing optimal conditions and conditions for electrochemical wastewater treatment, different in content, and creating a device that implements this method by improving the design of the electrochemical flotator taking into account the specific composition of the treated water, which allows to purify the water with an initial concentration of oil products of the order of 350 mg / l to a concentration of less than 0.05 mg / l, acceptable for water in accordance with international agreement m Protection of the Sea.

Эта цель достигается тем, что процесс ведут на режимах, дающих предельно возможное насыщение жидкости электролизными газовыми пузырьками диаметром 0,3-0,9 мкм. This goal is achieved by the fact that the process is conducted in modes giving the maximum possible saturation of the liquid with electrolysis gas bubbles with a diameter of 0.3-0.9 microns.

В отличие от прототипа, где поставленная цель достигается путем снижения поверхностного натяжения на межфазной границе между нефтепродуктом и водой гидроокислами металлов, получаемых за счет растворения электродов, в предлагаемом способе эффективность очистки повышается за счет существенного увеличения количества пузырьков при минимальных их размерах. При этом плотность тока на гидрофобных нерастворимых электродах, выполненных из расширенного углеродного материала, расположенных в нижней части нижнего корпуса, поддерживают в пределах 200-400 А/м² (См. таблицу 1). Число Рейнольдса (Re) в потоке очищаемой жидкости, идущем снизу вверх, поддерживают в пределах от 2000 до 2700, после чего поток жидкости подвергают сжатию по площади проходного сечения, обеспечивая протекание потока в пределах числа Re от 3500 до 4500, с последующим резким расширением. В результате такого сочетания условий и режимов происходит укрупнение частиц-загрязнителей и унос их с пеной.In contrast to the prototype, where the goal is achieved by reducing surface tension at the interface between the oil and water with metal hydroxides obtained by dissolving the electrodes, in the proposed method, the cleaning efficiency is increased due to a significant increase in the number of bubbles at their minimum size. In this case, the current density on hydrophobic insoluble electrodes made of expanded carbon material located in the lower part of the lower case is maintained within 200-400 A / m ² (See table 1). The Reynolds number (Re) in the stream of cleaned liquid, going from the bottom up, is maintained in the range from 2000 to 2700, after which the liquid stream is subjected to compression over the area of the flow cross section, providing a flow within the range of Re from 3500 to 4500, followed by a sharp expansion. As a result of such a combination of conditions and regimes, aggregation of pollutant particles and their entrainment with foam occurs.

Сужение потока производят исходя из размеров частиц эмульсии и это сужение для нефтесодержащих вод находится в пределах 20-40. The narrowing of the flow is based on the particle size of the emulsion and this narrowing for oily waters is in the range of 20-40.

Дальнейшее увеличение степени сужения нецелесообразно, т.к. приводит к неоправданным гидравлическим потерям и уменьшению времени взаимодействия пузырьков газа с загрязнениями (см. таблицу 2). A further increase in the degree of narrowing is impractical because leads to unjustified hydraulic losses and a decrease in the time of interaction of gas bubbles with contaminants (see table 2).

Кроме того, с целью удаления тяжелых фракций нефтепродуктов после расширения и направления очищаемой жидкости вниз поток пропускают через второй электродный блок, горизонтально расположенные электроды которого выполнены из пористого нетканого фильтрующего материала. При этом на пористых горизонтальных электродах плотность тока поддерживают в пределах 100-200 А/м², а скорость протока жидкости поддерживают из условия величины числа Re в пределах 120 - 200.In addition, in order to remove heavy fractions of petroleum products after expanding and directing the cleaned liquid downward, a stream is passed through a second electrode unit, the horizontally located electrodes of which are made of porous non-woven filter material. Moreover, on porous horizontal electrodes, the current density is maintained in the range of 100-200 A / m ² , and the flow rate of the liquid is maintained from the condition of the value of the number Re in the range of 120-200.

ПРИМЕР: По предлагаемому способу исходную воду с содержанием нефтепродуктов (мазут, танкерные остатки) 250 мг/л подают снизу вверх к электродному блоку в нижнем корпусе с нерастворимыми электродами, при этом на указанном электродном блоке поддерживают постоянный ток плотностью 400 А/м² при скорости потока, соответствующей числу Рейнольдса 2500. В сужении - число Re = 4200. На верхнем электродном блоке плотность тока обеспечивалась 150 А/м², число Re = 200. Время контакта - менее 1 минуты. После электрохимической флотации содержание нефтепродуктов в воде не более 0,05 мг/л.EXAMPLE: According to the proposed method, the initial water containing oil products (fuel oil, tanker residues) 250 mg / l is supplied from the bottom up to the electrode block in the lower case with insoluble electrodes, while a constant current density of 400 A / m ^{2 is} maintained at the indicated electrode block at a speed the flux corresponding to the Reynolds number 2500. In the constriction, the number Re = 4200. At the upper electrode block, the current density was provided at 150 A / m ² , the number Re = 200. The contact time was less than 1 minute. After electrochemical flotation, the oil content in the water is not more than 0.05 mg / l.

Дальнейшее улучшение качества очистки может быть легко достигнуто дополнительным механическим фильтрованием, поскольку в результате электрохимической обработки образовавшиеся частицы увеличиваются в размерах за счет самопроизвольной коагуляции. Further improvement in the quality of cleaning can be easily achieved by additional mechanical filtration, since as a result of electrochemical treatment, the formed particles increase in size due to spontaneous coagulation.

Предлагаемый способ реализуется в электрохимическом флотаторе, содержащем верхний цилиндрический корпус с крышкой и коаксиально расположенным нижним корпусом, в нижней части после него расположены вертикальные аноды и катоды, снабженном входными патрубками для исходной воды и выходными патрубками для обработанной воды и для шлама, отличающийся тем, что аноды в нижней электродной группе выполнены нерастворимыми из расширенного углеродного материала, в верхней части нижнего корпуса выполнено сужение с конусностью от 1 : 2 до 2 : 1 и уменьшением проходного сечения в 20-40 раз, после которого имеется расширительная камера в виде пространства между верхним и нижним корпусами, при этом вход очищаемой воды расположен ниже указанного электродного блока, а выход очищенной воды расположен в нижней части верхнего корпуса. The proposed method is implemented in an electrochemical flotator containing an upper cylindrical body with a cover and a coaxially located lower body, in the lower part there are vertical anodes and cathodes equipped with inlet pipes for the source water and outlet pipes for the treated water and for sludge, characterized in that the anodes in the lower electrode group are made insoluble from the expanded carbon material, narrowing with a taper from 1: 2 to 2: 1 and reduced the passage section is 20–40 times, after which there is an expansion chamber in the form of a space between the upper and lower cases, while the inlet of the purified water is located below the indicated electrode block, and the outlet of the purified water is located in the lower part of the upper case.

Кроме того, в нижней части кольцевой полости, образованной верхним и нижним корпусами, расположены перфорированные горизонтальные анод и катод, выполненные из фильтрующего электропроводного материала типа карбонеткалон. In addition, in the lower part of the annular cavity formed by the upper and lower bodies, there are perforated horizontal anodes and cathodes made of filtering electrically conductive material such as carbonetokalon.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed device.

На фиг. 2 показан нижний электродный блок в разрезе. In FIG. 2 shows a lower section of the lower electrode block.

Установка включает нижний корпус - 1, верхний корпус - 2 с крышкой - 3, имеющей штуцер вывода газов, конической формы днище - 4 с входным штуцером - 5 и дренажным штуцером - 6. В нижней части корпуса - 1 расположен электродный блок - 7 с вертикально расположенными электродами из расширенного углеродного материала, на верхнем корпусе - 2 имеется штуцер - 8 для выхода обработанной воды и патрубок - 9 для слива отфлотированного вещества. Верхняя часть внутреннего корпуса - 1 выполнена конической с цилиндрическим участком - 10. Внизу кольцевой полости, образованной верхним корпусом - 2 и цилиндрическим участком 10 корпуса - 1, расположены перфорированные горизонтальные анод - 11 и катод - 12, выполненные из фильтрующего электропроводного материала типа карбонеткалон. Электропитание на нижний блок подается через контакты - 13, на блок верхних электродов - через токоподводящие шины - 14. В крышке - 3 имеется штуцер - 15 для отвода электролизных газов. The installation includes a lower case - 1, an upper case - 2 with a cover - 3, having a gas outlet fitting, a conical-shaped bottom - 4 with an inlet fitting - 5 and a drainage nozzle - 6. In the lower part of the case - 1 there is an electrode block - 7 with a vertical located electrodes made of expanded carbon material, on the upper case - 2 there is a nozzle - 8 for the outlet of treated water and a nozzle - 9 for draining the flotated substance. The upper part of the inner case - 1 is made conical with a cylindrical section - 10. At the bottom of the annular cavity formed by the upper case - 2 and the cylindrical section 10 of the case - 1, there are perforated horizontal anodes - 11 and cathodes - 12, made of filtering electrically conductive material such as carbonetalkalon. Power is supplied to the lower block through contacts - 13, to the upper electrode block - through busbars - 14. In the cover - 3 there is a fitting - 15 for the removal of electrolysis gases.

Блок электродов - 7 состоит из плоских электродов - 16, показанных на фиг. 2. The electrode block 7 consists of flat electrodes 16 shown in FIG. 2.

РАБОТА УСТРОЙСТВА
Установка работает следующим образом.DEVICE OPERATION
Installation works as follows.

Очищаемая жидкость поступает в установку через патрубок - 5 к электродному блоку - 7. После заполнения нижнего корпуса - 1 на электродный блок - 7 подается электропитание постоянного напряжения через контакты - 13. В процессе электролиза в протекающей жидкости образуются газовые пузырьки. При режимах по указанному способу интенсивность образования микропузырьков близка к предельно возможной. Это явление получается при плотности тока на нижнем электродном блоке - 7 в пределах 200-400 А/м². Пузырьки сорбируются на глобулах нефтепродуктов, эмульгированных в воде. При движении жидкости в нижней части корпуса - 1 происходит агломерация глобул нефтепродуктов между собой. По мере продвижения потока в конической части процесс агломерации существенно усиливается. На выходе из цилиндрического участка - 10 происходит выталкивание нефтепродуктов из воды пузырьками газов в виде пены. Нефтепродукт скапливается в верхней части корпуса - 2 и затем удаляется через штуцер - 9. После заполнения очищаемой жидкостью верхнего корпуса - 2 включается через шины - 14 верхний электродный блок (электроды - 11 и -12), на котором поддерживается плотность постоянного тока в пределах 100-200 А/м². и число Re в пределах 120-200. При этом присутствующие в растворе тяжелые фракции нефтепродуктов в виде укрупненных капелек порядка 100 мкм также подвергаются воздействию микропузырьков и уносятся с пеной.The liquid to be cleaned enters the installation through the nozzle - 5 to the electrode block - 7. After filling the lower case - 1, the DC electrode - 7 is supplied with DC voltage via contacts - 13. During the electrolysis, gas bubbles form in the flowing liquid. Under the modes according to the indicated method, the intensity of microbubble formation is close to the maximum possible. This phenomenon is obtained at a current density on the lower electrode block - 7 in the range of 200-400 A / m ² . Bubbles are sorbed on globules of oil products emulsified in water. When fluid moves in the lower part of the housing - 1, agglomeration of oil product globules occurs among themselves. As the flow advances in the conical part, the agglomeration process is significantly enhanced. At the exit from the cylindrical section - 10, oil products are expelled from the water by gas bubbles in the form of foam. The oil product accumulates in the upper part of the housing - 2 and then is removed through the nozzle - 9. After filling the upper housing - 2 with the liquid being cleaned, the upper electrode block (electrodes - 11 and -12) is switched on via bus-14, at which the DC density is maintained within 100 -200 A / m ² . and the number Re in the range of 120-200. In this case, the heavy fractions of oil products present in the solution in the form of enlarged droplets of the order of 100 μm are also exposed to microbubbles and are carried away with the foam.

На этом процесс очистки закончен и вода через штуцер - 8 поступает по назначению. This completes the cleaning process and the water through the nozzle - 8 flows as directed.

Если требования к очищенной воде находятся в пределах 0,3-0,4 мг/л, то верхний электрод (электроды 11 и 12) может быть исключен из работы. If the requirements for purified water are in the range of 0.3-0.4 mg / l, then the upper electrode (electrodes 11 and 12) can be excluded from work.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ОСУЩЕСТВИМОСТЬ. INDUSTRIAL FEATURE.

Проведены опытные работы с положительным результатом и выполнен рабочий проект для оборудования конкретной нефтебазы. Experimental work was carried out with a positive result and a detailed design for the equipment of a specific tank farm was completed.

Claims

1. The method of electrochemical treatment of wastewater from emulsified and colloidal dispersed contaminants, for example, from petroleum products, including exposure to a liquid in a stream by direct electric current with the formation of gas bubbles in the treated mass, foam separation after exposure to electric current, while the liquid is passed from bottom to top along surfaces of alternating anodes and cathodes, then after reaching the surface where the foaming occurs, direct the flow to the consumer, characterized in that The electric current is operated at the modes giving the maximum possible saturation of the liquid with electrolytic gas bubbles with a size of 0.3 - 0.9 μm, for which the current density on the hydrophobic insoluble electrodes is maintained within 200 - 400 A / m ² , the Reynolds number (Re) in the flow of the liquid to be cleaned, they support within the range of 2000 - 2700 in a cylindrical section, after which the fluid flow is subjected to compression over the cross-sectional area so that the Re number is maintained within the range of 3500 - 4500 with subsequent sharp expansion.

2. The method according to claim 1, characterized in that after expansion and downward direction, the flow of purified water is passed through a second electrode unit, the horizontally located electrodes of which are made of porous non-woven filter material, while the current density on porous horizontal electrodes is maintained within 100 - 200 A / m ² , and the fluid flow rate is maintained from the condition of the value of the Re number in the range of 120-200.

3. A device for the electrochemical treatment of contaminated water, comprising an upper cylindrical body with a lid and a coaxially located lower body, in the lower part of which there are vertical anodes and cathodes equipped with inlet pipes for the source water and outlet pipes for the treated water and for sludge, characterized in that the anodes in the lower electrode group are made insoluble from the expanded carbon material, narrowing is performed in the upper part of the lower case with a reduction in the cross section of 20–40 times with a cylindrical section, while the input of the purified water is located below the indicated electrode block, and the outlet of the purified water is located in the lower part of the upper cylindrical body.

4. The device according to claim 3, characterized in that a perforated horizontal anode and cathode made of filtering conductive material are located at the bottom of the annular cavity formed by the upper and lower cylindrical bodies.

5. The device according to claim 3, characterized in that after narrowing, a cylindrical section is made within the thickness of the foam layer, in the range of 100-200 mm.