Коаксиальный электролизер


 

Данный электролизер имеет широкие возможности для конструктивной реализации и обладает рядом достоинств:

  1. В блоке электрокоагуляции (БЭ) обрабатываемая среда подается в верхнюю часть для образования нисходящего движения потока. Это обеспечивает интенсивное смешение с дополнительно подаваемым раствором флотореагента, тем самым исключается необходимость отдельного смесителя. Скорость потока обеспечивает вынос в блок флотации (БФ) только мелких пузырьков, имеющих небольшую скорость всплывания. Это защищает от деструкции генерируемые флотокомплексы и пенный слой. Электроды расположены в БЭ в виде отдельной системы, находящейся вблизи от БФ. Тем самым обеспечивается более длительное взаимодействие продуктов электролиза и электрогенерируемых пузырьков с обрабатываемой средой.
  2. В БФ обеспечивается сложная восходящая траектория движения пузырьков до их выхода на поверхность, что повышает степень их использования и вероятность генерации флотоагрегатов. Система коаксиальных электродов в БФ расположена вблизи от пенного слоя, что обеспечивает дополнительно его постоянное снабжение вновь генерируемыми пузырьками, имеющими минимальные размеры. Это значительно повышает устойчивость структуры пенного слоя и облегчает его удаление вместе с флотокомплексами.
  3. Коаксиальная конструкция электродов в БЭ и БФ позволяет осуществлять их оперативную замену без остановки работы системы. Диэлектрические элементы в верхней части БФ , где накапливаются флотокомплексы, предотвращают их смещение в зону отвода очищенной воды, снижают механические нагрузки на пенный слой в процессе работы пеносъемного устройства, снижают вероятность разрушения структуры пенного слоя и повторного загрязнения очищенной воды.
  4. Сочетание импульсного питания и коаксиальной конструкции позволяет добиваться высоких значений напряженности локального электрического поля без существенного возрастания омических потерь и паразитного нагрева обрабатываемой среды. Это дополнительно увеличивает коэффициент полезного действия и уменьшает энергозатраты на 30-40% . Электродные системы в БЭ и БФ питаются от различных источников,что позволяет независимо регулировать режим работы каждого блока для оптимизации работы всей системы.

При исходном содержании взвешенных веществ 1.6 г/л остаточное содержание твердой фазы не превышало 0,05 г/л.,общий расход электроэнергии - не более 0,2 квт.ч/куб.м.

Существенными преимуществами данного электролизера являются высокая удельная производительность и возможность очистки по таким показателям, как взвешенные вещества. нефтепродукты, масла, СОЖ, ПАВ, фенолы, ионы металлов, бактериальные загрязнения, ХПК. Очистка может производиться непрерывно, а камера флотации позволяет разделять флотокомплексы в виде пенного продукта, очищенную воду и шлам.

Как известно, причинами разрушения эмульсий нефтепродуктов, масел, СОЖ в результате действия электрического поля служат электропробой жидких изолирующих пленок, дипольное взаимодействие частиц вследствие эффектов поляризации дисперсной фазы и двойного заряженного слоя с последующим кооперативным движением частиц и их агрегацией.


Использование данного электролизера для обеззараживания.

Все имеющиеся в настоящее время конструкции электрохимических установок для обеззараживания воды прямым электролизом имеют недостатки: низкий выход по току активного хлора, значительные энергозатраты и эксплуатационные расходы, неполная автоматизация.

Для предлагаемого электролизера характерны отличия:

  • коаксиальная конструкция, причем возможно использование анодов, площадь которыхво много раз ( до 1000 и выше) превышает площадь катодов;
  • импульсный высокочастотный режим работы, обеспечивающий проведение электролиза при плотности тока до 100 а/дм и выше (для импульсных значений);
  • отсутствие диафрагмы, заполнение объема электролизера продуктами реакции, протекающей на центральном электроде;
  • резкое уменьшение образования осадков и отложений на электродах, их пассивации, возникновение микро- и макротурбулизации потока, вследствие чего максимальное количество активного хлора расходуется на процесс обеззараживания;
  • конструкция электролизера позволяет получить высокие значения как напряженности электрического поля, так и градиента поля, которые реализуются на практике только при импульсном электропитании. Обработка водных систем в электрическом поле позволяет получить 100%-е бактерицидное действие доз различных хлорсодержащих веществ (образующихся непосредственно в процессе электрообработки ), в несколько раз меньшими, чем обычно применяемые для обеззараживания воды;
  • в импульсном электрическом поле с высоким градиентом увеличивается проницаемость цитоплазматической мембраны бактерий, резко падает прочность и устойчивость клеточных оболочек, а возникающие дополнительно ионизация воды и кавитация действуют совместно с электрогенерированным гипохлоритом натрия, приводя к эффекту синергизма при дозах хлора, не превышающих ПДК для воды. Дополнительное образование озона в электрическом поле высокой напряженности резко усиливает эффект обеззараживания. Присутствие озона также снижает вероятность образования трихлорметана. Кроме того, эффективность окисления органических веществ под действием хлора увеличивается в присутствии соединений железа, как постоянно содержащихся в очищаемой воде, так и образующихся в электролизере из растворимых электродов.

Необходимо отметить, что в данном электролизере одновременно с обеззараживанием водной системы идет непрерывный процесс выделения из нее обезвреженных органических и бактериальных загрязнений.


Использование данного электролизера для очистки водных систем от ионов тяжелых металлов (ИТМ)

Очистка водных систем от ИТМ происходит в результате следующих процессов:

  • восстановление ИТМ на катоде или их осаждение вследствие взаимодействия с продуктами катодной реакции;
  • окисление ИТМ непосредственно на аноде и в объеме электролизера продуктами анодной реакции;
  • адсорбция ИТМ на электрогенерируемых гидроксидах железа и алюминия в процессе электрокоагуляции;
  • флотация образующихся гетерогенных примесей пузырьками газов, генерируемых на электродах (электрофлотация);
  • образование в сильных электрических полях в электролизере нерастворимых гидроксидов ИТМ, сорбируемых гидроксидами алюминия и железа в процессе электрокоагуляции.

Одновременно с выделением ИТМ происходит умягчение воды. Использование импульсного высокочастотного питания улучшает гидродинамический режим и значительно ослабляет пассивацию растворимых электродов, что повышает качество электрохимической очистки. Для удешевления процесса очистки при сохранении высокого значения отношения площадей электродов, в качестве растворимых анодов может использоваться засыпной вариант с заполнением стальной или алюминиевой стружкой. Это дополнительно позволяет снизить как капитальные , так и эксплуатационные затраты, в частности, энергозатраты. Использование электролизера для очистки промстоков от ИТМ позволяет на порядок и более сократить потребление свежей воды,избежать каскадной промывки, создав эффективную систему циркуляции промывных вод без сброса их в систему городской канализации.  Разработана технология получения утилизируемых порошков металлов из промывных вод гальваноцехов или стоков предприятий черной и цветной металлургии ( 2-й Международный Конгресс по управлению отходами "ВэйстТэк-2001", 5-8 июня 2001г. тезисы докладов,с. 195 - 196 ).

Для очистки теплоносителя атомных энергоустановок (АЭУ) реагентная коагуляция неприменима вследствие невозможности и недопустимости введения в контурную воду дополнительных минеральных примесей. Другие методы водоподготовки (ионообменная технология, фильтрация, электрофорез, электромагнитная сепарация) не обладают достаточными эффективностью, экономичностью и технологичностью. Оптимальным является применение анодного растворения металлов непосредственно в очищаемых растворах. Такой коагулянт, приготовленный в электролизере, в отличие от коагулянтов, полученных химическим путем (растворением солей), обладает повышенной адсорбционной способностью. В предлагаемом электролизере происходит интенсификация процесса формирования и осаждения коагуляционной суспензии. Использование предлагаемого электролизера приводит к удалению взвешенных,  коллоидных,  органических веществ, соединений кремния , ИТМ, снижает жесткость воды, позволяет получать воду с регулируемой электропроводностью и рН.

Данный электролизер может быть использован для эффективной очистки водных систем, в частности, теплоносителей АЭУ, жидких радиоактивных отходов, например, осадков природных и искусственных водоемов, от радиоактивных загрязнений с их последующей концентрацией и захоронением.