Пристрій для очищення води від важких металів

Реферат: Пристрій для очищення води від важких металів, конструкція якого включає катод і анод, які розміщені в одному корпусі, трубопроводи підводу вихідної води, відводу газових продуктів процесу очищення та відводу очищеної води. Катод виконаний у вигляді порожнистого циліндра із пористого спеченого титану, над яким розміщений вхід трубопроводу вихідної води, а в його циліндрі встановлені виходи трубопроводів відводу рідких та газових продуктів очищення. Анод має форму спіралі, розміщеної ззовні катода. Трубопровід відводу газових продуктів обладнаний ємністю з водяним затвором. UA 80088 U (12) UA 80088 U UA 80088 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до обробки води, промислових і побутових стічних вод, зокрема до електрохімічного очищення з використанням фільтруючих матеріалів, і може бути використана для очищення стічних вод від іонів важких металів гальванічного виробництва. Відомий пристрій для електрохімічного очищення води (Франція, Заявка 2567914, МКИ4 С25С 1/00, 7/00. Публ. 24.01.1986) [1]. Відомий пристрій містить катод і анод, які розташовані відповідно в катодній та анодній камерах, що розділені ультрафільтраційною мембраною, причому в катодну камеру подається та із неї відводиться комплексна сіль металу, а із анодної камери відводиться розчин, що проходить крізь мембрану (очищена вода). Як недолік відомого пристрою [1] слід відмітити те, що він працює під достатньо високим 3 2 тиском (0,35 МПа) з невеликою продуктивністю (1,6 дм /м ·хв) та при додаванні реагенту комплексоутворювача для зв'язування іонів металів в розчинний комплекс, який ускладнює процес очищення та може забруднювати воду, що очищується. Крім цього газоподібний водень, що виділяється на катоді, не проходить крізь ультрафільтраційну мембрану при тиску менше 1,5 МПа. Тому необхідно підвищення тиску або спеціальне видалення водню из пристрою, що ускладнить його конструкцію. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі за технічною суттю і результатом, що досягається, є пристрій для електролітичного очищення води (Україна, UA Патент 7201, МПК 7 С02F 1/461. Публ. 1 5.06.2005) [2]. Корисна модель належить до пристроїв для очищення води і може бути використана для виробництва питної і технологічної води, а також для очищення побутових і стічних вод будь-якого ступеня забруднення. Пристрій містить катодну та анодну камери, зв'язані рідинним каналом, теплообмінник, крупнокомірчаний фільтр і паливний елемент. Трубопроводи газових продуктів процесу очищення сполучаються з приелектродними ємностями паливного елемента таким чином, що вихід із катодної камери сполучений з анодною місткістю паливного елемента, а вихід із анодної камери сполучається з катодною місткістю паливного елемента. Причому газові продукти проходять із анодної та катодної камер крізь сорбційні фільтри. Пристрій працює наступним чином: вода, що підлягає очищенню, подається на вхід крупнокомірчатого фільтра, де піддається первинному очищенню від твердих частинок. Після первинного очищення вода підігрівається в теплообміннику до температури, близької до оптимальної для електролізу (300-400 К). Далі підготовлена таким чином вода надходить в електролізер, що складається із анодної та катодної камер, зв'язаних рідинним каналом, де піддається електролітичному розкладанню. Основні продукти реакції - водень і кисень, що виділяються в катодній та анодній камерах відповідно, надходять в приелектродні місткості паливного елемента, де в ході реакцій, з'єднуючись, утворюють чисту воду, придатну для споживання. Осідаюче забруднення (шлам) із електролізера періодично видаляється і утилізується. Як випливає з конструкції відомого пристрою [2], в ньому не передбачений відвід газоподібних продуктів електролізу (кисень і водень) за межі пристрою, а їх використовують для отримання чистої води. Таким чином не реалізується використання одержаного водню як важливого альтернативного виду палива. Як недолік відомого пристрою [2] слід відмітити складність апаратурного оформлення. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити конструкцію пристрою (електролізер), в якому форма катода й анода, їх просторове розміщення, виконання катода як фільтруючого елемента та оснащення корпусу окремим трубопроводом відводу газового продукту - водню забезпечать ефективне комплексне очищення води від іонів важких металів з отриманням рідкого продукту (очищена вода - лужний розчин) і відділення та збір газоподібного продукту - водню. Для вирішення поставленої задачі запропоновано пристрій для очищення води від важких металів, конструкція якого включає катод і анод, трубопроводи підводу вихідної води, відводу газових продуктів процесу очищення та відводу очищеної води, в якому, згідно з корисною моделлю, катод і анод розміщені в одному корпусі, катод виконаний у вигляді порожнистого циліндра із пористого спеченого титану, анод має форму спіралі, розміщеної зовні катода, вхід трубопроводу вихідної води розміщений над катодом, виходи трубопроводів відводу рідких та газових продуктів очищення встановлені в циліндрі катода, причому трубопровід відводу газових продуктів обладнаний ємністю з водяним затвором. Конструктивне виконання пристрою, що заявляється, забезпечує ефективне очищення води 2+ від іонів важких металів, наприклад іонів Ζn , з отриманням нового рідкого продукту - очищеної води з лужним середовищем, яка може використовуватися в технологічному циклі для знежирення деталей, а також одержання газового продукту - водню, що збирається в окрему 1 UA 80088 U 5 10 15 20 25 30 ємність і може бути використаний як альтернативний вид палива в енергетиці, зокрема в локальних енергетичних установках. Корисна модель пояснюється кресленням, де зображений загальний вигляд пристрою в розрізі. Пристрій містить корпус 1, в якому розміщений катод циліндричної форми 2 із пористого спеченого титану, анод 3, виконаний в формі спіралі із платини і розміщений на зовнішній поверхні катода 2. Катод одночасно являється фільтруючим елементом. Корпус обладнаний трубопроводом вихідної води 4, вхід якого розміщений над катодом 2, трубопроводом 5 відводу рідкого продукту (лужний розчин) та трубопроводом 6 відводу одержаного газового продукту водню, причому трубопроводи 5 і 6 розміщені в корпусі на виході із катоду. Одержаний водень збирають в ємності 7 з водяним затвором. Пристрій працює наступним чином. 2+ Вихідна вода, що містить іони важких металів, наприклад іони Ζn з концентрацією 20-42 3 мг/дм , трубопроводом 4 подається в приелектродний простір корпусу 1 під тиском 0,5-1,5 МПа. Одночасно з подачею вихідної води на пристрій подають постійний електричний струм 2 щільністю 76,2-228,7 А/м . Вихідна вода, протікаючи вздовж зовнішньої поверхні пористого фільтруючого елемента - катода 2, фільтрується всередину останнього. В результаті електролізу води та виділення лугу в прикатодному просторі фільтруючого елемента 2 утворюються гідроксосполуки важких металів, стосовно яких фільтруючий елемент проявляє більшу селективність, ніж до самих іонів. При цьому на катоді виділяється водень, який під дією тиску разом з рідким продуктом - лужним розчином проходить крізь порожнистий циліндр катод 2. Одержаний рідкий продукт відводиться із корпусу трубопроводом 5. Одержаний газовий продукт - водень відводиться трубопроводом 6 і збирається в ємність 7 з водяним затвором. Розділення водню та рідкого продукту дозволяє одночасно одержувати паливо й очищену від іонів металів воду (лужний розчин), який використовують наприклад в технологічному циклі для знежирення деталей або як розчин лугу для технологічних потреб. 2+ Концентрацію важкого металу (іонів Zn ) у вихідному розчині та рідкому продукті визначають атомно-абсорційним методом з використанням спектрофотометру (ААС) С-115-М1 (Бридке М.Р. Атомно-абсорбционный спектроскопический анализ. - Μ.: Химия, 1982.-223 с.) [3]. Ефективність роботи пристрою для очищення води від важких металів з різною 2+ 3 концентрацією іонів Ζn (20-42 мг/дм ) в діапазоні робочого тиску 0,05-0,15 МПа та щільності 2 струму 76,2-228,7 А/м представлена в таблиці. Таблиця № п/п 1 2 3 4 5 35 40 45 Вихідна концентрація 2+ 3 Ζn мг/дм 20,0 35,0 42,0 35,0 35,0 Робочий тиск, МПа Щільність 2 струму, А/м 0,1 0,05 0,1 0,15 0,15 152,4 152,4 76,2 228,7 182,9 Показники 2+ Концентрація Ζn в Об'єм водню 3 2 рідкому продукті, мг/дм м /м год. 0,79 0,06 0,52 0,04 0,75 0,03 0,9 0,07 0,83 0,07 Як випливає з даних таблиці, пристрій, що заявляється, забезпечує високий ступінь 2+ 2+ очищення води від іонів Ζn : концентрація іонів Ζn в одержаному рідкому продукті становить 3 0,68-0,9 мг/дм , що знаходиться в межах ГДК (Правила приймання стічних вод підприємств у систему каналізації м. Києва: затв. роспорядженням Киевской міськ. держ. адміністрації 2+ 3 18.06.03, № 1073. - К.: КМДА, 2003.-20 с., ГДК Zn =0,9 мг/дм ) [4]. При цьому одержаний рідкий продукт являє собою лужний розчин, який можна використовувати в технологічному циклі підприємства, наприклад для знежирення деталей, або як розчин лугу для технологічних потреб. Суттєвим результатом роботи пристрою, що заявляється, є одержання газового продукту водню та його збирання в ємності з метою використання як альтернативного виду палива, наприклад в локальних енергетичних установках. Слід відмітити, що при реалізації відомого пристрою [2] не досягається відділення важливого газового продукту - водню, який має широке використання як альтернативний вид палива. 2 UA 80088 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Пристрій для очищення води від важких металів, конструкція якого включає катод і анод, трубопроводи підводу вихідної води, відводу газових продуктів процесу очищення та відводу очищеної води, який відрізняється тим, що катод і анод розміщені в одному корпусі, катод виконаний у вигляді порожнистого циліндра із пористого спеченого титану, анод має форму спіралі, розміщеної ззовні катода, вхід трубопроводу вихідної води розміщений над катодом, виходи трубопроводів відводу рідких та газових продуктів очищення встановлені в циліндрі катода, причому трубопровід відводу газових продуктів обладнаний ємністю з водяним затвором. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3