Установки электрокоагуляции.
Стандартные или типовые конструкции аппаратов для электрокоагуляции отсутствуют. Существуют, однако, определенно сложившиеся схемы конструктивного оформления электрокоагуляторов.
Электрокоагулятор обычно представляет собой корпус прямоугольной или цилиндрической формы, в который помещают электродную систему – ряд электродов. Обрабатываемая вода протекает между электродами. По форме и расположению электродов электрокоагуляторы разделяют на аппараты с плоскими и цилиндрическими электродами, расположенными обычно вертикально, хотя известны конструкции и с горизонтальными плоскими электродами. Предпочтительно вертикальное положение электродов, что объясняется большей жесткостью конструкции и неизменностью размеров электродной системы, а также лучшими условиями удаления выделяющихся газов и протекания процесса флотации.
В зависимости от характера движения обрабатываемой воды электрокоагуляторы можно разделить на однопоточные, многопоточные с горизонтальным или вертикальным движением воды (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Электрокоагуляторы: а – однопоточный; б – многопоточный с вертикальным движением воды; в – то же, со смешанным движением воды
При вертикальном направлении движения воды электрокоагуляторы могут быть противоточные (подача воды сверху, т.е. в направлении, противоположном движению пузырьков газа, которые обеспечивают флотацию) и прямоточные (подача воды снизу).
Электрокоагуляторы снабжают вытяжным вентиляционным устройством для удаления газов, механическими устройствами для удаления флотируемых продуктов с поверхности очищаемой воды и осадка из нижней части аппарата, а также устройствами для очистки поверхности электродов и межэлектродного пространства.
Степень использования металла электродов (50 – 90%) зависит от конструкции коагулятора, материала анода и состава очищаемой воды.
Как правило, электрокоагулятор служит только для образования гидроксидов металлов и агрегации частиц; процесс разделения фаз проводят в других аппаратах: отстойниках, гидроциклонах и др. Есть конструкции, в которых эти процессы совмещены и протекают в одной камере. Пример конструктивного оформления электрокоагулятора с вертикальным расположением электродов для извлечения из сточных вод полимерных соединений, которые после осуществления процесса коагуляции удается отделить седиментацией, представлен на рис. 7.4.
Рис. 7.4. Электрокоагулятор для очистки воды от полимерных соединений: 1 – корпус; 2 – шнек; 3, 4 – электроды; 5 – скребок; 6 – перфорироыванная труба; 7 – вал
Рис. 7.5. Электрокоагулятор с тонкослойным отстойником:
1 – блок электродов; 2 – отстойник; 3 – сборная труба; 4 - бункер
Аппарат имеет герметичный прямоугольный корпус 1 с гуммированной внутренней поверхностью. Блок электродов представляет собой набор чередующихся анодов (А1) и катодов (нержавеющая сталь). Подача воды осуществляется в нижнюю часть аппарата через перфорированную трубу 6, что позволяет равномерно распределять суспензию по длине аппарата. Содержащиеся в воде мелкодисперсные примеси после коагуляции оседают на дно аппарата, откуда непрерывно удаляются лопастным шнеком. Форма лопастей имеет Г-образное сечение, что обеспечивает захват осадка и части жидкой массы, не взмучивая осевший полимер.
Для очистки поверхности электродов от полимерных продуктов между каждой парой электродов установлен скребок 5, который перемещается при вращении вала 7. Шнек и скребки имеют общий привод, и их работа согласована. Верхняя часть шнека поднята выше уровня воды в аппарате, так что через разгрузочный патрубок шнека вода не выливается.
Аппарат, показанный на рис. 7.5 , предназначен для удаления из сточной воды нефтепродуктов; в нем объединены электрокоагуляция, флотация и тонкослойное отстаивание.
В левой нижней части аппарата установлен электрокоагулятор 1 с вертикальными электродами, в правой – тонкослойный отстойник 2. Очищаемая вода поступает снизу; после коагуляции часть флотирующих примесей удаляется с поверхности по сборной трубе 3, а частично очищенная вода направляется в тонкослойный отстойник. Отстойник наклонен к левой части аппарата под углом 50. Под блоком отстаивания находится бункер 4 для сбора коагулянта. Такая комбинация электрокоагуляторов с высокоэффективным отстойником позволяет отказаться от применения громоздких отстойных сооружений в установках средней производительности (500 м3/сут).
Разработаны конструкции электрокоагуляторов, позволяющих использовать в качестве анодов отходы металла. Аноды в таких аппаратах представляют собой вертикально расположенные перфорированные кассеты из полимерного материала (полипропилена). В качестве отходов металла используют, в частности, металлическую стружку, которую добавляют в кассеты по мере ее расходования. Анод, работающий в таком режиме, называют насыпным электродом. Такое решение позволяет устранить один из существующих недостатков электрокагуляционных установок – использование в качестве электродных материалов листовой стали, являющейся дефицитным материалом.
Процессы, протекающие в электрокоагуляторах на электродах и в объеме раствора, определяются природой материала электродов, рН раствора и примесей, содержащихся в воде.
Электрокоагуляцию применяют преимущественно в системах локальной очистки сточных вод, загрязненных тонкодисперсными и коллоидными примесями, от масел, нефтепродуктов, некоторых полимеров, соединений хрома и других тяжелых металлов. Она находит применение в процессах осветления, обесцвечивания, обеззараживания и умягчения воды в системах водоподготовки. Электрокоагуляция применима главным образом для очистки нейтральных и слабощелочных вод.
Технологическая установка для очистки сточных вод электрокоагуляцией содержит: очистное устройство, аппарат, в котором происходит разделение фаз, емкость для сбора воды и выделенной дисперсной фазы, насосы и трубопроводы, а также источник постоянного тока.
В качестве примера можно рассмотреть электрокоагуляционную установку непрерывного действия для очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты и другие загрязнения в мелкодисперсном состоянии (рис. 7.6). Обрабатываемая вода проходит сначала предварительную грубую очистку в механическом фильтре 1 и гидроциклоне 2. Процесс электрокоагуляционной очистки происходит в аппарате 3, который является флотатором-отстойником со встроенной в него электродной системой. Часть скоагулированных примесей флотируется, другая осаждается в нижней части аппарата. Флотируемые продукты из верхней части аппарата, а также осадок из нижней части отводится в сборник 5, а осветленная вода после фильтрации поступает в оборот. Нефтепродукты из сборника 5 выводятся на последующую переработку.
Рис. 7.6. Электрокоагуляционная установка для очистки воды от нефтепродуктов: 1 – фильтр; 2 – гидроциклон; 3 – электрокоагулятор; 4 – источник тока; 5 – сборник; 6 – фильтр.