Карточка патентного документа
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ
(51) МПК
7 С02F 1/46
(45) Опубликован
13.12.2000
Открыть изображение ↗
Сведения о документе ▾
- (11) TJ Номер документа
- 292
- (13) Код типа документа
- P
- (51) МПК
- 7 С02F 1/46
- (45) Дата публикации
- 13.12.2000
- Статус
- Прекратил действие
Заявка ▾
- (21) Рег. номер заявки
- 97000436
- (22) Дата подачи заявки
- 20.06.1995
- (31) Конвенционный приоритет
- 2,126,254
- (32) Дата подачи конв. заявки
- 20.06.1994
- (33) Страна приоритета
- CA
PCT ▾
- (86) Дата заявки PCT
- 20.05.1995
- (86) Номер заявки PCT
- PCT/CA 95/00355
Лица ▾
- (71) Заявитель(и)
- Брайан Джордж КУК (СА)
- (72) Автор(ы)
- Брайан Джордж КУК (СА)
- (73) Патентообладатель(и)
- Брайан Джордж КУК (СА)
(57)Реферат
Способ очистки жидкости, предназначенной для очистки. Способ содержит следующие этапы: (i) подачу жидкости, предназначенной для очистки, в камеру для очистки жидкости, имеющую отверстие для впуска жидкости и отверстие для выпуска жидкости, (ii) пропускание жидкости, нуждающейся в очистке, через отверстие для впуска жидкости в камеру очистки, (iii) нагнетание жидкости, предназначенной для очистки, через, по меньшей мере, одну проницаемую для жидкости электролитическую ячейку, расположенную по существу поперек потока жидкости, причем электролитическая ячейка содержит канал, определяемый наружным перфорированным первым электродом и внутренним коаксиально расположенным вторым электродом, (iv) электролиз жидкости, предназначенной для очистки, осуществляемый по мере прохождения через канал, (v) нагнетание жидкости к отверстию для выпуска жидкости, и (vi) выход жидкости из выпускного отверстия. Изобретение также пред-ставляет устройство для очистки жидкости, содер-жащее корпус (100), включающий в себя отверстие для впуска жидкости (65), отверстие для выпуска жидкости (305) и по меньшей мере одну проницаемую для жидкости электролитическую ячейку (135), расположенную между ними таким образом, что поток жидкости от отверстия для впуска жидкости к отверстию для выпуска является по суще-ству поперечным к по меньшей мере электролитической ячейке, по меньшей мере одну электролитическую ячейку, содержащую канал, определяемый наружным перфорированным первым электродом (145) и внутренним коаксиально расположенным вторым электродом (150). В идеале способ и устройство являются подходящим для очистки воды, содержащей загрязнения, для значительного снижения концентрации загрязнений (фиг. 1 и 2).
Формула изобретения
1. Способ очистки жидкости, предназначенной для очистки, включающий следующие этапы: подачу жидкости в камеру для очистки, имеющую корпус и отверстия для впуска жидкости и выпуска жидкости, пропускание жидкости через отверстие для впуска жидкости в камеру очистки, нагнетание жидкости через множество проницаемых для жидкости электролитических ячеек, расположенных между ними и имеющих канал, определяемый внешним перфорированным первым электродом и внутренним коаксиально расположенным вторым электродом, электролиз жидкости, осуществляемый по мере прохождения ее через канал, нагнетание жидкости к отверстию для выпуска жидкости и выход жидкости из отверстия для выпуска жидкости, отличающийся тем, что электролитические ячейки располагают таким образом, что поток жидкости является по существу поперечным по отношению к этим ячейкам, при этом электроли-ические ячейки в основном заполняют поперечное сечение корпуса камеры для обеспечения прохождения жидкости от отверстия впуска жидкости к отверстию для выпуска жидкости только через электролитические ячейки.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электролитические ячейки располагают по существу горизонтально, а жидкость нагнетают для обеспечения прохождения ее по существу в вертикальном направлении.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый и второй электрод имеют по существу круглое сечение.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что отношение диаметра первого электрода к диаметру второго электрода выбирают в диапазоне от приблизительно 1,10 до приблизительно 3,50.
5. Устройство очистки жидкости, содержащее камеру, имеющую корпус, отверстие дня впуска жидкости, отверстие для выпуска жидкости и множество проницаемых для жидкости электролитических ячеек, расположенных между ними и имеющих канал, определяемый внешним перфорированным первым электродом и внутренним коаксиально расположенным вторым электродом, отличающееся тем, что электролитические ячейки расположены таким обра-зом, что поток жидкости является по существу поперечным по отношению к этим ячейкам, при этом электролитические ячейки в основном заполняют поперечное сечение корпуса камеры для обеспечения прохождения жидкости от отверстия для впуска жидкости к отверстию для выпуска жидкости только через электролитические ячейки.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что электролитические ячейки расположены по существу горизонтально, а жидкость нагнетается с возможностью прохождения ее по существу в вертикальном направлении.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что первый и второй электроды имеют по существу круглое поперечное сечение.
8 Устройство по п.7, отличающееся тем, что отношение диаметра первого электрода к диаметру второго электрода находится в диапазоне от приблизительно 1,10 до приблизительно 3,50.
9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что каждый первый элекгрод в электролитических ячейках расположен между парой проти-воположных крепежных перегородок, образуя лестницу, расположенную в корпусе камеры.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что каждая из крепежных перегородок содержит первые отверстия для вставки первого электро-да.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что первые отверстия имеют прокладку.
12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что корпус имеет вторые отверстия для вставки второго электрода.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что лестница расположена в корпусе таким образом, что первые отверстия и вторые отверстия находятся в положении, обеспечивающем вставку второго электрода через них.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электролитические ячейки располагают по существу горизонтально, а жидкость нагнетают для обеспечения прохождения ее по существу в вертикальном направлении.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый и второй электрод имеют по существу круглое сечение.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что отношение диаметра первого электрода к диаметру второго электрода выбирают в диапазоне от приблизительно 1,10 до приблизительно 3,50.
5. Устройство очистки жидкости, содержащее камеру, имеющую корпус, отверстие дня впуска жидкости, отверстие для выпуска жидкости и множество проницаемых для жидкости электролитических ячеек, расположенных между ними и имеющих канал, определяемый внешним перфорированным первым электродом и внутренним коаксиально расположенным вторым электродом, отличающееся тем, что электролитические ячейки расположены таким обра-зом, что поток жидкости является по существу поперечным по отношению к этим ячейкам, при этом электролитические ячейки в основном заполняют поперечное сечение корпуса камеры для обеспечения прохождения жидкости от отверстия для впуска жидкости к отверстию для выпуска жидкости только через электролитические ячейки.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что электролитические ячейки расположены по существу горизонтально, а жидкость нагнетается с возможностью прохождения ее по существу в вертикальном направлении.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что первый и второй электроды имеют по существу круглое поперечное сечение.
8 Устройство по п.7, отличающееся тем, что отношение диаметра первого электрода к диаметру второго электрода находится в диапазоне от приблизительно 1,10 до приблизительно 3,50.
9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что каждый первый элекгрод в электролитических ячейках расположен между парой проти-воположных крепежных перегородок, образуя лестницу, расположенную в корпусе камеры.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что каждая из крепежных перегородок содержит первые отверстия для вставки первого электро-да.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что первые отверстия имеют прокладку.
12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что корпус имеет вторые отверстия для вставки второго электрода.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что лестница расположена в корпусе таким образом, что первые отверстия и вторые отверстия находятся в положении, обеспечивающем вставку второго электрода через них.
Описание
Область техники
Настоящее изобретение относится к спосо-бу и устройству для очистки жидкости. Точнее настоящее изобретение относится к способу и устройству для очистки воды для снижения кон-центрации загрязнений в жидкости.
Предшествующий уровень техники
Очистка жидкостей вообще и воды в част-ности, для удаления загрязнений из них постоян-но совершенствуется. Развитие мотивируется, по меньшей мере частично, признанием того, что увеличение мирового населения делает необхо-димым увеличенный доступ к воде, которая яв-ляется водой с уменьшенным количеством при-месей или практически без примесей.
Вообще, водные примеси могут быть сгруп-пированы в такие семь классов:
1. Сточные воды и другие кислород-поглощающие отходы.
2. Зараженные агенты.
3. Растительные питательные вещества.
4. Экзотические органические химические продукты.
5. Неорганические минералы и химические соединения.
6. Отложения.
7. Радиоактивные вещества.
Сточные воды и другие кислород-поглощающие отходы являются обычно угле-родсодержащими органическими веществами, которые могут быть окислены биологически (или иногда химически) до диоксида углерода и воды. Эти отходы являются проблематичными, по-скольку: (i) уменьшение их приводит к кислород-ному истощению, которое вредит (и может даже убить) рыбу и другую водную жизнь, (ii) они издают раздражающий запах, (iii) они портят домашнюю (водопроводную) воду и воду для домашнего скота, ухудшая ее вкус запах и цвет, и (iv) они могут привести к образованию накипи и твердых веществ, которые делают воду непри-годной для восстановительного (повторного) использования.
Зараженные агенты обычно обнаружива-ются в сточной воде из общественных зданий, санаториев (курортов), фабрик, занимающихся дублением кож и забоем скота, и судов. Этот тип примеси способствует возникновению болезней в человеке и животных, включая домашний скот.
Растительные питательные вещества (например азот и фосфор) способны стимулиро-вать рост водных растений, которые препят-ствуют использованию воды, и которые позднее разлагаются с выделением раздражающих запа-хов н увеличивают количество кислоропогло-щающих отходов в воде (см. выше).
Экзотические органические химические продукты включают в себя поверхностно-активные вещества, применяемые в моющих средствах, пестициды, различные промышлен-ные продукты и продукты распада других орга-нических соединений. Некоторые из этих соеди-нений известны как ядовитые для рыбы при очень низких концентрациях. Многие из этих соединений нелегко разлагаются биологически.
Неорганические минералы и химические соединения в основном находятся в воде из об-щественных и промышленных сточных вод и из городских отходов. Эти примеси могут убить или повредить рыбе и другим водным обитате-лям и могут также приводить в негодность воду для питья или промышленного использования. Ярким примером является наличие ртути в воде. Другим примером является солевая примесь из NaCl и CaСl2, применяемая для размораживания дорог зимой при северном холодном климате.
Отложения являются почвенными и мине-ральными частицами, вымываемыми из поверх-ности земли штормами и наводнениями, из зе-мельных угодий, не защищенных лесом земель, выбитых скотом пастбищ, открытых рудников, дорог и вскрытых бульдозером городских участ-ков. Отложения заполняют каналы и резервуары, образованные потоками, разъедают силовые турбины и насосное оборудование, уменьшают количество имеющегося солнечного света для водных растений, забивают водяные фильтры и покрывают слоем нерестилища рыбы, икру и источники пищи, посредством этого сокращая популяции рыбы и моллюсков.
Радиоактивные вещества в водной среде обычно являются результатом отходов добычи и очистки урана и тория, атомных электростанций и от промышленного, медицинского, научного использования радиоактивных материалов.
В то время, как существует много способов и устройств для очистки воды, особенно пре-имущественные способ и устройство для очист-ки воды, содержащей примеси, раскрываются в патенте Соединенных Штатов 5,108,563. Этот патент описывает электролитическую очистку воды, используя электрод, имеющий особую конструкцию электродов.
Несмотря на то, что способ и устройство, раскрытые в ‘563 патенте, имеют определенную достижимую степень успеха, будет желатель-ным, если проект может быть оптимизирован для увеличения пропускной способности воды без существенного компромиссного снижения при-месей, содержащихся в воде.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание нового способа для очистки жидкости.
Другой задачей настоящего изобретения является создание нового устройства для очист-ки жидкости.
В соответствии с одним из аспектов, насто-ящее изобретение представляет способ для очистки жидкости, предназначенной для очист-ки, способ включает этапы:
(i) нагнетание жидкости, предназначенной для очистки, в камеру очистки жидкости, имею-щую отверстия для впуска жидкости и выпуска жидкости, (ii) прохождение жидкости, предназначен-ной для очистки, через отверстие для впуска жидкости в очистительную камеру,
(iii) нагнетание жидкости, предназначенной для очистки, через, по меньшей мере, одну про-ницаемую для жидкости электролитическую ячейку, расположенную в основном поперек потока жидкости, причем электролитическая ячейка содержит канал, определяемый внешним перфорированным первым электродом и внут-ренним коаксиально расположенным вторым электродом,
(iv) проведение электролиза жидкости, предназначенной для очистки, по мере прохож-дения ее через канал,
(v) прохождение жидкости через отверстие для выпуска жидкости, и
(vi) выход жидкости через отверстие для выпуска жидкости.
В другом из аспектов настоящее изобрете-ние относится к устройству для очистки жидко-сти, содержащее корпус, включающий в себя отверстие для впуска жидкости, отверстие для выпуска жидкости и, по меньшей мере, одну проницаемую электролитическую ячейку, рас-положенную между ними таким образом, что поток жидкости из отверстия для впуска жидко-сти к отверстию для выпуска был в основном поперечным, по меньшей мере, к электролитиче-ской ячейке, причем по меньшей мере одна элек-тролитическая ячейка содержит канал, опреде-ляемый внешним перфорированным первым электродом и внутренним коаксиально распо-ложенным вторым электродом.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем воплощения изобретения по-ясняются со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает вид в перспективе систе-мы для очистки жидкости, включающей, кроме того, устройство согласно настоящему изобре-тению,
фиг.2 изображает вид в перспективе устрой-ства согласно настоящему изобретению,
фиг.3-5 изображают частичный вид в пер-спективе сборки частей устройства, изображен-ного на фиг.2.
фиг.6 изображает вид спереди внутренней части устройства, изображенного на фиг.2,
фиг.7 изображает увеличенный вид элек-тролитической ячейки, содержащейся в устрой-стве, изображенном на фиг.6, и
фиг.8 изображает разрез вдоль линии А-А изображения на фиг.7.
Наилучший способ воплощения изобрете-ния
В основном, настоящее изобретение отно-сятся к способу и устройству для электролити-ческой очистки жидкости, предназначенной для очистки. Использованный в данном описании термин “жидкость, предназначенная для очист-ки” предназначен для обозначения любой жид-кости, содержащей вещества или примеси, кон-центрация которых должна быть существенно уменьшена или даже устранена. Обычно такой жидкостью должна быть вода, содержащая одну или более примесей, хотя изобретение одинако-во применимо к другим жидкостям.
Использованный в данном описании термин “электролиз” подразумевает прохождение элек-тричества через жидкость для того, чтобы обес-печить энергию, достаточную для вызывания необычной неспонтанной реакции окисления-восстановления (здесь и далее называемой “ок/восст”). Более того, используемый в данном описании термин “электролит” охватывает ве-щества, которые диссоциируют в раствор для получения ионов, посредством которых раствор может проводить электричество.
Настоящий способ и устройство могут быть использованы преимущественно для очистки воды. Термин “очистка воды” предназначен для охвата таких видов очистки, как осаждение ме-таллов, уменьшение микробиологической “нагрузки”, очистка промышленных сточных вод (неограничивающие примеры включают в себя шахтные сточные воды, сточные воды от плавления, сточные воды от электроосаждения, сточные воды от бумажного и целлюлозного производства), очистка общественных сточных вод и т.п.
Более того, способ согласно настоящему изобретению может быть использован для раз-ложения без предварительной экстракции хло-рорганических, хлоридорганических соедине-ний, например, полихлорированные дифенилы (PSB), диоксины и фураны, броморганические и бромидорганические соединения, например, полибромированные дифенилы (РВВ), которые, как известно, вредят окружающей среде. Насколько известно заявителю, единственным способом, с помощью которого могут быть эф-фективно разложены в коммерчески выгодных масштабах, например PSB, является экстракция из сточных вод (при необходимости) с последу-ющей термической очисткой при крайне высоких температурах (например, 1500С и выше). Одна-ко, печь, которая требуется для такого способа, является очень дорогой по конструкции и в ра-боте. Дополнительно, разложение PSB таким способом часто ведет к другой проблеме загряз-нения, а именно - загрязнение воздуха продукта-ми разложения. Кроме того, работой такой печи необходимо управлять очень осторожно, чтобы гарантировать, что не имеет место снижения температуры и не выделяются токсичные побоч-ные продукты (например, неполного разложе-ния) PSB.
В соответствии с одной задачей изобрете-ния жидкость, предназначенная для очистки, вводится в камеру очистки жидкости, содержа-щую электролитическую ячейку, проницаемую для жидкости. Электролитическая ячейка со-держит внешний перфорированный первый элек-трод, который, по меньшей мере, частично окружает и удален от внутреннего, коаксиально расположенного второго электрода. Таким об-разом, один электрод функционирует в качестве анода, в то время как другой электрод функцио-нирует в качестве катода. Особенно не важно, функционирует ли первый электрод в качестве анода или катода. Но предпочтительно, чтобы катодом был первый электрод, а анодом - второй электрод.
В другом предпочтительном воплощении первый и второй электроды каждый являются вытянутыми. Форма поперечного сечения перво-го и второго электродов особенно не ограничи-вается, но также не требуется, чтобы второй электрод был сплошным. Конечно, в рамках настоящего изобретения можно использовать электролитические ячейки, имеющие различные формы поперечного сечения от ячейки к ячейке или даже внутри данной ячейки. Обычно, и это является предпочтительным, чтобы каждая элек-тролитическая ячейка были одинаковой кон-струкции и размера. Таким образом, возможно, чтобы форма поперечного сечения первого элек-трода и/или второго электрода была круглой, треугольной, квадратной, прямоугольной, гекса-гональной и т.п.
Предпочтительно, чтобы поперечное сече-ние первого и второго электродов было в основ-ном круглое. В этом воплощении предпочти-тельно, чтобы отношение диаметра первого электрода к диаметру второго электрода было в диапазоне от приблизительно 1.10 до приблизи-тельно 3.50, более предпочтительно - от при-близительно 1.10 до приблизительно 1.75, наиболее предпочтительно - приблизительно от 1.10 до 1.30.
Это предпочтительное воплощение, отно-сящееся к отношению диаметра первого элек-трода к диаметру второго электрода, также при-менимо к электродам, имеющим одинаковое некруглое поперечное сечение. В данном случае диаметры, используемые для вычисления отно-шениям должны быть конгруэнтны, (т.е. диаметр первого электрода и диаметр второго электрода должны перекрываться).
На фиг.1 изображена система 300 для очистки предназначенной для очистки жидко-сти. Система содержит резервуар 50, который служит для хранения предназначенной для очистки жидкости 55. Резервуар 50 для хране-ния жидкости содержит впускное отверстие 60, через которое жидкость 55, предназначенная для очистки, может быть подана в резервуар 50 для хранения жидкости. Резервуар 50 для жидкости дополнительно содержит выпускное отверстие (не показано), которое плотно подсоединено к соответствующей соединительной трубе 65, которая служит для соединения резервуара 50 для хранения жидкости с камерой 100 очистки жидкости, которая будет более подробно описа-на ниже.
Камера 100 для очистки жидкости соедине-на с резервуаром 400 предварительной коагу-ляции посредством соединительной трубы 305, которая расположена между выпускным отвер-стием (на фиг.1 не показано) камеры 100 очистки жидкости (описывается ниже) и впускным отвер-стием 405 резервуара 400 предварительной коа-гуляции.
Резервуар 400 предварительной коагуляции включает в себя механическую мешалку 410, которая содержит двигатель 415 и рабочее коле-со 420. Резервуар 400 предварительной коагу-ляции подсоединен к удаленному резервуару 425 хранения коагулянта с помощью соответ-ствующей соединительной трубы 430. Резервуар 425 хранения коагулянта содержит подходящий коагулянт 435 и может содержать клапан (не показан) для регулирования количества коагу-лянта 435, вводимого в резервуар 400 предвари-тельной коагуляции.
Резервуар 400 предварительной коагуляции соединен с основным резервуаром 450 коагуля-ции через соединяющий проход 440, располо-женный между резервуаром 400 предваритель-ной коагуляции н основным резервуаром 450 коагуляции. Основной резервуар 450 коагуляции содержит механическую мешалку 455, которая состоит из двигателя 460 и рабочего колеса 465.
Основной резервуар 450 коагуляции соеди-нен с резервуаром 500 осаждения соединитель-ной трубой 470. Резервуар 500 осаждения со-держит модуль (блок) 505, в котором располо-жено множество ребер 510. Резервуар 500 оса-ждения дополнительно содержит выпускное отверстие флоккулированного осадка для пери-одического и/или непрерывного удаления оса-жденного флоккулированного осадка.
Резервуар 500 осаждения подсоединен к устройству 550 фильтрации соединительной трубой 520. Устройство 550 фильтрации вклю-чает в себя модуль 555 фильтрации, который может содержать одно или более веществ - пе-сок, активированный уголь, древесный уголь, антрацит и т.п. для удаления любых мелко взве-шенных частиц, не удаленных ранее. Устрой-ство 550 фильтрации дополнительно содержит выпускное отверстие 560, через которое очи-щенная жидкость выходит из системы 300.
Для специалистов очевидно, что соедини-тельные трубопроводы 65, 305, 430, 470 и 520, соединительный проход 440 и выпускное отвер-стие 560 плотно соединены с различными ре-зервуарами и устройствами системы 300. Спо-соб наилучшего соединения особенно не огра-ничивается в находится в компетенции специа-листов.
Во время работы предназначенная для очистки жидкость 55 подается с помощью любо-го подходящего способа (не показано, например насосом, под действием силы тяжести и т.д.) к впускному отверстию камеры 100 очистки жид-кости, в которой она очищается, которая будет более подробно описана ниже. Жидкость выхо-дит из камеры 100 очистки жидкости через со-единительную трубу 305 и поступает в резерву-ар 400 предварительной коагуляции, в котором она смешивается с коагулянтом 435. Выбор коа-гулянта специально не ограничивается. Неогра-ничивающим примером подходящего коагулян-та является коммерчески доступный от Allied Colloid под маркой Percol LT20 (Food Grade). Смесь жидкость/коагулянт выходит из резервуа-ра 400 предварительной коагуляции через со-единительный проход 440 и поступает в основ-ной резервуар 450 коагуляции для смешивания жидкости и коагулянта 435 в течение длительно-го периода времени, после которого смесь выхо-дит из основного резервуара 450 коагуляции через соединительную трубу 470 в поступает в резервуар 500 осаждения. В резервуаре 500 осаждения коагулированный флоккулирован-ный осадок в жидкости оседает на дно резервуа-ра 500 осаждения, откуда он удаляется через выпускное отверстие 515 флоккулированного осадка.
В результате смешивания жидкости и коа-гулянта значительная часть любого осаждаемо-го вещества, содержащаяся в смеси, будет физи-чески агломерировать для получения коагули-рованного флоккулированного осадка. Этот флоккулированный осадок является склонным к осаждению и в результате в основном все оса-ждаемое вещество (например приблизительно до 98% по весу), вышедшее из основного резер-вуара 450 коагуляции, может быть отделено от жидкости в резервуаре 500 осаждения. Выбор и конструкция резервуара 500 осаждения остается в компетенции специалистов. Подходящие ре-зервуары осаждения коммерчески доступны от Еimсо Limited и многих других поставщиков.
Жидкость выходит из резервуара 500 оса-ждения через соединительную трубу 520 и по-ступает в устройство 550 фильтрации, в котором все мелко взвешенные частицы или другие ве-щества (если присутствуют) удаляются из жид-кости, которая затем выходит через выпускное отверстие 560. Модуль 55 фильтрации может быть сменным модулем, который может заме-няться при полной загрузке (заполнении) взве-шенным веществом и т.п. С другой стороны, модуль 555 фильтрации может быть постоянным и адаптирован соответствующим образом (не показано) так, чтобы при его почти полной за-грузке он мог быть промыт обратной струей, посредством этого удаляя отфильтрованное вещество. Жидкость, вытекающая из устройства 550 фильтрации, является в основном или полно-стью свободной от флоккулированного осадка или загрязнений, которые могут присутствовать в жидкости 55, предназначенной для очистки.
Ниже будут описаны конструкция и работа жидкостной камеры 100 со ссылками на фиг.2 - 8.
Жидкостная камера 100 содержит основа-ние 105, корпус НО, колпак 115 и выходное от-верстие 120. Корпус НО содержит впускное от-верстие 125 для жидкости и выпускное отверстие 130 для жидкости. Внутри корпуса НО распо-ложено множество электролитических ячеек 135.
Каждая электролитическая ячейка 135 яв-ляется проницаемой и содержит канал 140, определяемый внешним первым электродом 135 и внутренним, коаксиально расположенным вторым электродом 150. Первый электрод 145 содержит множество перфорационных отвер-стий 155, которые делают электролитическую ячейку 135 проницаемой для жидкости, проте-кающей через корпус НО в направлении, в ос-новном поперечном расположению электроли-тической ячейки 135.
Первые электроды 145 монтируются на едином электрически проводящем первом кре-пежном брусе 160, к которому подсоединен электропроводящий первый штифт 165. Первые электроды 145 и первый штифт 165 могут быть присоединены к первому крепежному брусу 160 подходящими средствами. Предпочтительно первый электрод 145 вставлен под давлением или запрессован в первый крепежный брус 160. Это может быть выполнено с помощью приме-нения первой втулки 195 или другой подходя-щей прокладки, расположенных в каждом из множества первых отверстий 162 в первом кре-пежном брусе 160. Каждый из первых электро-дов 145 вставлен под давлением или запрессо-ван в первые отверстия 162, предпочтительно так, чтобы его внешний край был в основном установлен заподлицо с внешней поверхностью первого крепежного бруса 160. Второй крепеж-ный брус 364 с множеством вторых отверстий 166 вставлен под давлением или запрессован на противоположный конец первых электродов 145, как указано на фиг. .3 и 4. Это может быть выполнено с помощью применения второй втул-ки 197 или другой подходящей прокладки, рас-положенных в каждом из множества вторых отверстий 164 во втором крепежном брусе 160. В результате получается “лестничная” кон-струкция 168, приведенная на фиг.4 и состоящая из первого крепежного бруса 160, второго кре-пежного бруса 164 и первых электродов 145 (для ясности первый штифт 165 не показан на фиг. 3-5).
Конечно, специалистам очевидно, что вме-сто вставки под давлением первых электродов в два крепежных бруса, если все материалы изго-товлены из нержавеющей стали, первые элек-троды 145 и первый штифт 165 могут быть при-варены или зафиксированы другим способом к первому крепежному брусу 160. Вторые элек-троды 150 крепятся к электропроводящему тре-тьему крепежному брусу 170 с помощью любого подходящего средства. Если вторые электроды 150 сконструированы так, чтобы использоваться в качестве расходуемых электродов, то предпо-чтительно, чтобы они закреплялись к третьему крепежному брусу 170 так, чтобы их можно было легко заменить.
Электролитические ячейки 135 устанавли-ваются следующим образом.
Колпак 115 снимается с корпуса 110, и “лестничная” конструкция 168 (содержащая первый крепежный брус 160, первый штифт 165, второй крепежный брус 164 и первые электроды 145) расположены и закреплены любым подхо-дящим средством (не показано) внутри корпуса 110. Затем вторые электроды 150, которые при-креплены к третьему крепежному брусу 170 и расположены дополнительно к первым электро-дам 145, вставляются через множество третьих отверстий 175 в корпус НО. Как видно из фиг. 5-7, третьи отверстия 175 имеются для каждого второго электрода 150. К тому же каждый вто-рой электрод 150 расположен коаксиально по отношению к первому электроду 145.
Для того, чтобы запечатать отверстия 175, пара О-образных колец 180, 185 расположены в каждом третьем отверстии 175 между вторым электродом 150 и корпусом 110. В случае, когда корпус 110 изготовлен из электрически прово-дящего материала, О-образные кольца 180, 185 должны быть сделаны из электрически непрово-дящего материала, например резины, тефлона и т.п. Дополнительно специалисту ясно, что пер-вая втулка 195 и вторая втулка 197 также долж-ны быть сделаны из электрически непроводяще-го материала.
Первая втулка 195 и вторая втулка 197 (фиг.6 и 7) служат для поддержания однородно-го кольцевого размера для канала 140. Конечно, очевидно, что могут быть использованы допол-нительные аналогичные втулки или прокладки, например, если применяются длинные электро-ды.
Первый крепежный брус 160 с подсоеди-ненными к нему первыми электродами 145 под-ключен к подходящему источнику электричества (не показан) с помощью первого провода 205 через соответствующий первый электрический соединитель 210. Аналогично, третий крепеж-ный брус 170 с подсоединенными к нему вторы-ми электродами 150 подключается к подходя-щему источнику электричества (не показан) с помощью второго провода 205 через соответ-ствующий второй электрический соединитель 220.
Во время работы жидкость 55, которая должна быть очищена, и подходящий электро-лит вводятся через впускное отверстие 125 в корпус 110 с помощью насоса (не показан) или любого другого подходящего средства. Ток под-водится к первому проводу 205 и второму про-воду 215. Когда предназначенная для очистки жидкость накачивается в корпус 110, она пере-мещается главным образом вверх через электро-литические ячейки 135 по направлению к вы-пускному отверстию 130 для жидкости. Когда жидкость проходит через каждую электролити-ческую ячейку 135, она электролизуется в кана-ле 140. Ток, поданный к электролитическим ячейкам 135, особенно не ограничивается. Пред-почтительно, чтобы ток электролитических яче-ек 135 находился в диапазоне приблизительно от 250 до приблизительно 5000 миллиампер на электролитическую ячейку.
В зависимости от природы очищаемой жид-кости и/или примесей, содержащихся в ней, в жидкости могут быть проведены осаждение или флоккулирование осадка. Если это имеет место, то жидкость может быть подвергнута последу-ющей очистке, предпочтительно так, как описы-валось выше применительно к фиг.1.
В зависимости от природы очищаемой жид-кости вполне вероятно, что будут образовы-ваться большие количества газа. Эти газы могут быть удалены из жидкостной камеры 100 через выходное отверстие 120 возможно к газоочища-ющему устройству (не показано) или другому устройству очистки газа при необходимости.
Состав первого и второго электродов осо-бенно не ограничивается, при условии, что электроды должны быть способны функцион ировать в качестве таковых в электролитиче-ской ячейке. Неограничивающие примеры мате-риалов, подходящие для использования в каче-стве первого и второго электродов, включают в себя нержавеющие стали AISI Types и L304 (содержимое углерода обычно 0.08 процентов по весу) и 317L (содержимое углерода обычно 0.03 процентов по весу). Предпочтительно, что-бы анод содержал, по меньшей мере частично, железо.
Электролит, подходящий для применения в изобретении, специально не ограничивается. Предпочтительно, чтобы электролит был силь-ным (т.е. почти полностью ионизованным). Не-ограничивающие примеры сильных электроли-тов включают в себя HNO3, HClО4, H2SO4, НСl, Нl, НBr, НСlO3, НВrО3, щелочные гидроксиды, гидроксиды щелочноземельных металлов (например, гидроксид кальция) и большинство солей (например, хлорид кальция и хлорид натрия). Предпочтительно электролит выбира-ется из хлорида кальция, хлорида натрия, гид-роксида кальция и их смесей. Электролит может быть добавлен в любой подходящей форме. Например, если электролит является твердым, он может быть растворен в предназначенной для очистки жидкости перед или во время его ввода в камеру очистки жидкости. С другой стороны, электролит может быть растворен и храниться в виде раствора в отдельном сосуде. Раствор элек-тролита может быть затем добавлен при необ-ходимости в камеру очистки жидкости с помо-щью любого подходящего средства. Если элек-тролит находится в виде жидкости, то он может быть добавлен при необходимости в камеру очистки жидкости или в виде неразбавленного или в виде разбавленного водного раствора. Специалистам ясно, что в некоторых случаях нет необходимости добавлять электролит к предназначенной для очистки жидкости. В осо-бенности, многие вытекающие потоки могут содержать присущие им химические соединения и/или загрязнения, которые способны действо-вать в качестве электролита. В таком случае добавление другого дополнительного электро-лита необязательно.
Как будет ясно специалистам, камера 100 очистки жидкости определяется как “однопро-ходная” для предназначенной для очистки жид-кости. Заказывая количество и конфигурацию электролитических ячеек 135 для конкретной очищаемом жидкостям очистки жидкости 100 предоставляет улучшенную эффективность в объеме жидкостей, которые могут быть очище-ны, по сравнению с устройством, раскрытым в патенте США 5,108,563.
Особенно предпочтительный аспект насто-ящего изобретения относится к нагнетанию очищаемой жидкости в направлении, в основном поперечном к расположению электролитических ячеек. Наиболее предпочтительно это может быть сделано с помощью расположения элек-тролитических ячеек по существу перпендику-лярно к потоку жидкости, и в идеале электроли-тические ячейки расположены горизонтально в очищаемой жидкости, которая нагнетается обычно по направлению вверх через электроли-тические ячейки (т.е. вертикально).
Для специалистов очевидно, что поток жид-кости через электролитическую ячейку являлся “закрытым”. Но это означает, что внутренняя сторона жидкостной камеры, в которой проис-ходит электролиз, является закрытой или цели-ком наполненной жидкостью. Эти результаты достигаются благодаря расположению электро-литических ячеек между отверстием для впуска жидкости и отверстием для выпуска жидкости камеры очистки жидкости.
Для специалистов понятно, что дополни-тельные изменения в конструкции и использова-нии камеры очистки жидкости, описанной выше, являются возможными без отклонения от смысла и формы настоящего изобретения. Например, если объединение первых электродов, первой крепежной перегородки и второй крепежной пергородки рассматривается как лестница, то представляется возможным сконструировать камеру очистки жидкости для размещения неко-торого количества таких лестниц, которые могут быть присоединены к единственной крепежной перегородке за каждый конец электрода или множеству крепежных перегородок за каждый конец электрода. Далее, можно сконструировать камеру очистки жидкости такой, что электроли-тические ячейки, помещенные в ней, в основном заполняют поперечное сечение корпуса так, чтобы путь жидкости от отверстия для впуска жидкости к отверстию для выпуска жидкости проходил только через электролитические ячей-ки. Также представляется возможным вставлять вторые электроды в оба конца корпуса (т.е. сум-ма длин каждой пары вторых электродов явля-ется в основном такой же, как соответствующий первый электрод).
Воплощения изобретения будут дополни-тельно описаны со ссылками на следующие примеры, которые не должны быть рассматри-ваться как ограничивающие область изобрете-ния:
Пример 1
Проба сточных вод была очищена в камере для очистки жидкости как изображено на фиг.2-8. Проба сточных вод была получена из Hamilton Bay, Онтарио, Канада.
В частности, использовалась камера для очистки жидкости, где внешние первые электро-ды функционировали как катоды, в то время как внутренние вторые электроды функционировали как аноды. Каждый электрод в устройстве (т.е. анод и катод) был 30.48 мм в длину. Каждый анод имел диаметр 1.9 мм и был изготовлен из графита. Каждый катод имел внутренний диа-метр 2.22 мм и был изготовлен из нержавеющей стали. Расстояние между каждым анодом и ка-тодом было 0.159 мм, что определяло канал между электродами. Таким образом, в этом при-мере, отношение диаметра первого электрода к диаметру второго электрода было 1.167. Мощ-ность питаниям прикладываемого к каждой электролитической ячейке, было 5000 мА или 12.4 мА/см2.
Сточные воды непрерывно подавались к устройству со скоростью 15.141 л/мин. Эта ско-рость потока определялась для соответствия 3.937 мл/см-анода/мин. Используемый электро-лит был смесью в соотношении 50/50 хлорида натрия и хлорида кальция.
Химическая способность сточной воды по-глощать кислород (COD) определялась вначале и после прохождения сточными водами через заданное количество электролитических ячеек, расположенных в камере для очистки жидкости. COD определялась окислением органического вещества в пробе сточных вод, очищаемых ки-пящим кислым раствором бихромата (стандарт-ными способами АРНА #16).
Значение COD, полученное для сточных вод до очистки составляло 75 мг/л. Значения COD, полученные для сточных вод на различ-ных стадиях в течение очистки, приведены в Таблице 1.
Общее время нахождения сточных вод в ка-нале каждой электролитической ячейки состав-ляло приблизительно 15 секунд.
Таблица 1
Количество электролити-ческих ячеек COD
(мг/л) % COD
восстанов-ления Совокупный %
восстанов-ления
30 38 49.3 49.3
60 35 7.9 53.3
90 14 60.0 81.3
120 12 14.3 84.0
150 <1 >99 >99
180 <1 >99 >99
Пример 2
Проба сточных вод из источника, описан-ного в примере 1, была очищена в системе, включаюшей в себя отдельную коаксиально сконструированную электролитическую ячейку, аналогичную электролитической ячейке, опи-санной выше в примере 1. Эта отдельная элек-тролитическая ячейка располагалась верти-кально в резервуаре способом, похожим на тот, что изображен на фиг.6 патента Соединенных Штатов 5,108,563. Анод и катод были идентич-ны тем, что описаны выше в примере 1.
Сточные воды непрерывно текли через ре-зервуар со скоростью 3.937 мл/см анода/мин, как в примере 1, которая соответствовала скоро-сти потока через канал, определяемый электро-химической ячейкой, эквивалентной 45 мл/мин. Объем сточных вод в резервуаре в любое время был 1.6 л, а 11.43 см электродов погружалось в сточные воды.
Сила тока, подводимая к электродам, была той же, что и применяемая в примере 1 (4.65 мА/см2).
Снова определялся COD исходной пробы, также как и COD после заданного периода очистки. Полученные результаты отражены в таблице 2.
Таблица 2
Время
(минуты) COD
(мг/л) % COD
восстановления Совокупный %
восстановления
0 75 - -
30 37 50.7 50.7
60 27 27.0 64.0
80 24 11.1 68
После 80 минут, равновесие сточных вод было достигнуто, и не было дальнейшего уменьшения полученного значения COD. Таким образом, желаемое COD < 1 мг/л не было до-стигнуто, используя обычный способ непрерыв-ного потока, в котором поток сточных вод не управлялся относительно контакта с каналом, определяемым электролитической ячейкой.
Настоящее изобретение относится к спосо-бу и устройству для очистки жидкости. Точнее настоящее изобретение относится к способу и устройству для очистки воды для снижения кон-центрации загрязнений в жидкости.
Предшествующий уровень техники
Очистка жидкостей вообще и воды в част-ности, для удаления загрязнений из них постоян-но совершенствуется. Развитие мотивируется, по меньшей мере частично, признанием того, что увеличение мирового населения делает необхо-димым увеличенный доступ к воде, которая яв-ляется водой с уменьшенным количеством при-месей или практически без примесей.
Вообще, водные примеси могут быть сгруп-пированы в такие семь классов:
1. Сточные воды и другие кислород-поглощающие отходы.
2. Зараженные агенты.
3. Растительные питательные вещества.
4. Экзотические органические химические продукты.
5. Неорганические минералы и химические соединения.
6. Отложения.
7. Радиоактивные вещества.
Сточные воды и другие кислород-поглощающие отходы являются обычно угле-родсодержащими органическими веществами, которые могут быть окислены биологически (или иногда химически) до диоксида углерода и воды. Эти отходы являются проблематичными, по-скольку: (i) уменьшение их приводит к кислород-ному истощению, которое вредит (и может даже убить) рыбу и другую водную жизнь, (ii) они издают раздражающий запах, (iii) они портят домашнюю (водопроводную) воду и воду для домашнего скота, ухудшая ее вкус запах и цвет, и (iv) они могут привести к образованию накипи и твердых веществ, которые делают воду непри-годной для восстановительного (повторного) использования.
Зараженные агенты обычно обнаружива-ются в сточной воде из общественных зданий, санаториев (курортов), фабрик, занимающихся дублением кож и забоем скота, и судов. Этот тип примеси способствует возникновению болезней в человеке и животных, включая домашний скот.
Растительные питательные вещества (например азот и фосфор) способны стимулиро-вать рост водных растений, которые препят-ствуют использованию воды, и которые позднее разлагаются с выделением раздражающих запа-хов н увеличивают количество кислоропогло-щающих отходов в воде (см. выше).
Экзотические органические химические продукты включают в себя поверхностно-активные вещества, применяемые в моющих средствах, пестициды, различные промышлен-ные продукты и продукты распада других орга-нических соединений. Некоторые из этих соеди-нений известны как ядовитые для рыбы при очень низких концентрациях. Многие из этих соединений нелегко разлагаются биологически.
Неорганические минералы и химические соединения в основном находятся в воде из об-щественных и промышленных сточных вод и из городских отходов. Эти примеси могут убить или повредить рыбе и другим водным обитате-лям и могут также приводить в негодность воду для питья или промышленного использования. Ярким примером является наличие ртути в воде. Другим примером является солевая примесь из NaCl и CaСl2, применяемая для размораживания дорог зимой при северном холодном климате.
Отложения являются почвенными и мине-ральными частицами, вымываемыми из поверх-ности земли штормами и наводнениями, из зе-мельных угодий, не защищенных лесом земель, выбитых скотом пастбищ, открытых рудников, дорог и вскрытых бульдозером городских участ-ков. Отложения заполняют каналы и резервуары, образованные потоками, разъедают силовые турбины и насосное оборудование, уменьшают количество имеющегося солнечного света для водных растений, забивают водяные фильтры и покрывают слоем нерестилища рыбы, икру и источники пищи, посредством этого сокращая популяции рыбы и моллюсков.
Радиоактивные вещества в водной среде обычно являются результатом отходов добычи и очистки урана и тория, атомных электростанций и от промышленного, медицинского, научного использования радиоактивных материалов.
В то время, как существует много способов и устройств для очистки воды, особенно пре-имущественные способ и устройство для очист-ки воды, содержащей примеси, раскрываются в патенте Соединенных Штатов 5,108,563. Этот патент описывает электролитическую очистку воды, используя электрод, имеющий особую конструкцию электродов.
Несмотря на то, что способ и устройство, раскрытые в ‘563 патенте, имеют определенную достижимую степень успеха, будет желатель-ным, если проект может быть оптимизирован для увеличения пропускной способности воды без существенного компромиссного снижения при-месей, содержащихся в воде.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание нового способа для очистки жидкости.
Другой задачей настоящего изобретения является создание нового устройства для очист-ки жидкости.
В соответствии с одним из аспектов, насто-ящее изобретение представляет способ для очистки жидкости, предназначенной для очист-ки, способ включает этапы:
(i) нагнетание жидкости, предназначенной для очистки, в камеру очистки жидкости, имею-щую отверстия для впуска жидкости и выпуска жидкости, (ii) прохождение жидкости, предназначен-ной для очистки, через отверстие для впуска жидкости в очистительную камеру,
(iii) нагнетание жидкости, предназначенной для очистки, через, по меньшей мере, одну про-ницаемую для жидкости электролитическую ячейку, расположенную в основном поперек потока жидкости, причем электролитическая ячейка содержит канал, определяемый внешним перфорированным первым электродом и внут-ренним коаксиально расположенным вторым электродом,
(iv) проведение электролиза жидкости, предназначенной для очистки, по мере прохож-дения ее через канал,
(v) прохождение жидкости через отверстие для выпуска жидкости, и
(vi) выход жидкости через отверстие для выпуска жидкости.
В другом из аспектов настоящее изобрете-ние относится к устройству для очистки жидко-сти, содержащее корпус, включающий в себя отверстие для впуска жидкости, отверстие для выпуска жидкости и, по меньшей мере, одну проницаемую электролитическую ячейку, рас-положенную между ними таким образом, что поток жидкости из отверстия для впуска жидко-сти к отверстию для выпуска был в основном поперечным, по меньшей мере, к электролитиче-ской ячейке, причем по меньшей мере одна элек-тролитическая ячейка содержит канал, опреде-ляемый внешним перфорированным первым электродом и внутренним коаксиально распо-ложенным вторым электродом.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем воплощения изобретения по-ясняются со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает вид в перспективе систе-мы для очистки жидкости, включающей, кроме того, устройство согласно настоящему изобре-тению,
фиг.2 изображает вид в перспективе устрой-ства согласно настоящему изобретению,
фиг.3-5 изображают частичный вид в пер-спективе сборки частей устройства, изображен-ного на фиг.2.
фиг.6 изображает вид спереди внутренней части устройства, изображенного на фиг.2,
фиг.7 изображает увеличенный вид элек-тролитической ячейки, содержащейся в устрой-стве, изображенном на фиг.6, и
фиг.8 изображает разрез вдоль линии А-А изображения на фиг.7.
Наилучший способ воплощения изобрете-ния
В основном, настоящее изобретение отно-сятся к способу и устройству для электролити-ческой очистки жидкости, предназначенной для очистки. Использованный в данном описании термин “жидкость, предназначенная для очист-ки” предназначен для обозначения любой жид-кости, содержащей вещества или примеси, кон-центрация которых должна быть существенно уменьшена или даже устранена. Обычно такой жидкостью должна быть вода, содержащая одну или более примесей, хотя изобретение одинако-во применимо к другим жидкостям.
Использованный в данном описании термин “электролиз” подразумевает прохождение элек-тричества через жидкость для того, чтобы обес-печить энергию, достаточную для вызывания необычной неспонтанной реакции окисления-восстановления (здесь и далее называемой “ок/восст”). Более того, используемый в данном описании термин “электролит” охватывает ве-щества, которые диссоциируют в раствор для получения ионов, посредством которых раствор может проводить электричество.
Настоящий способ и устройство могут быть использованы преимущественно для очистки воды. Термин “очистка воды” предназначен для охвата таких видов очистки, как осаждение ме-таллов, уменьшение микробиологической “нагрузки”, очистка промышленных сточных вод (неограничивающие примеры включают в себя шахтные сточные воды, сточные воды от плавления, сточные воды от электроосаждения, сточные воды от бумажного и целлюлозного производства), очистка общественных сточных вод и т.п.
Более того, способ согласно настоящему изобретению может быть использован для раз-ложения без предварительной экстракции хло-рорганических, хлоридорганических соедине-ний, например, полихлорированные дифенилы (PSB), диоксины и фураны, броморганические и бромидорганические соединения, например, полибромированные дифенилы (РВВ), которые, как известно, вредят окружающей среде. Насколько известно заявителю, единственным способом, с помощью которого могут быть эф-фективно разложены в коммерчески выгодных масштабах, например PSB, является экстракция из сточных вод (при необходимости) с последу-ющей термической очисткой при крайне высоких температурах (например, 1500С и выше). Одна-ко, печь, которая требуется для такого способа, является очень дорогой по конструкции и в ра-боте. Дополнительно, разложение PSB таким способом часто ведет к другой проблеме загряз-нения, а именно - загрязнение воздуха продукта-ми разложения. Кроме того, работой такой печи необходимо управлять очень осторожно, чтобы гарантировать, что не имеет место снижения температуры и не выделяются токсичные побоч-ные продукты (например, неполного разложе-ния) PSB.
В соответствии с одной задачей изобрете-ния жидкость, предназначенная для очистки, вводится в камеру очистки жидкости, содержа-щую электролитическую ячейку, проницаемую для жидкости. Электролитическая ячейка со-держит внешний перфорированный первый элек-трод, который, по меньшей мере, частично окружает и удален от внутреннего, коаксиально расположенного второго электрода. Таким об-разом, один электрод функционирует в качестве анода, в то время как другой электрод функцио-нирует в качестве катода. Особенно не важно, функционирует ли первый электрод в качестве анода или катода. Но предпочтительно, чтобы катодом был первый электрод, а анодом - второй электрод.
В другом предпочтительном воплощении первый и второй электроды каждый являются вытянутыми. Форма поперечного сечения перво-го и второго электродов особенно не ограничи-вается, но также не требуется, чтобы второй электрод был сплошным. Конечно, в рамках настоящего изобретения можно использовать электролитические ячейки, имеющие различные формы поперечного сечения от ячейки к ячейке или даже внутри данной ячейки. Обычно, и это является предпочтительным, чтобы каждая элек-тролитическая ячейка были одинаковой кон-струкции и размера. Таким образом, возможно, чтобы форма поперечного сечения первого элек-трода и/или второго электрода была круглой, треугольной, квадратной, прямоугольной, гекса-гональной и т.п.
Предпочтительно, чтобы поперечное сече-ние первого и второго электродов было в основ-ном круглое. В этом воплощении предпочти-тельно, чтобы отношение диаметра первого электрода к диаметру второго электрода было в диапазоне от приблизительно 1.10 до приблизи-тельно 3.50, более предпочтительно - от при-близительно 1.10 до приблизительно 1.75, наиболее предпочтительно - приблизительно от 1.10 до 1.30.
Это предпочтительное воплощение, отно-сящееся к отношению диаметра первого элек-трода к диаметру второго электрода, также при-менимо к электродам, имеющим одинаковое некруглое поперечное сечение. В данном случае диаметры, используемые для вычисления отно-шениям должны быть конгруэнтны, (т.е. диаметр первого электрода и диаметр второго электрода должны перекрываться).
На фиг.1 изображена система 300 для очистки предназначенной для очистки жидко-сти. Система содержит резервуар 50, который служит для хранения предназначенной для очистки жидкости 55. Резервуар 50 для хране-ния жидкости содержит впускное отверстие 60, через которое жидкость 55, предназначенная для очистки, может быть подана в резервуар 50 для хранения жидкости. Резервуар 50 для жидкости дополнительно содержит выпускное отверстие (не показано), которое плотно подсоединено к соответствующей соединительной трубе 65, которая служит для соединения резервуара 50 для хранения жидкости с камерой 100 очистки жидкости, которая будет более подробно описа-на ниже.
Камера 100 для очистки жидкости соедине-на с резервуаром 400 предварительной коагу-ляции посредством соединительной трубы 305, которая расположена между выпускным отвер-стием (на фиг.1 не показано) камеры 100 очистки жидкости (описывается ниже) и впускным отвер-стием 405 резервуара 400 предварительной коа-гуляции.
Резервуар 400 предварительной коагуляции включает в себя механическую мешалку 410, которая содержит двигатель 415 и рабочее коле-со 420. Резервуар 400 предварительной коагу-ляции подсоединен к удаленному резервуару 425 хранения коагулянта с помощью соответ-ствующей соединительной трубы 430. Резервуар 425 хранения коагулянта содержит подходящий коагулянт 435 и может содержать клапан (не показан) для регулирования количества коагу-лянта 435, вводимого в резервуар 400 предвари-тельной коагуляции.
Резервуар 400 предварительной коагуляции соединен с основным резервуаром 450 коагуля-ции через соединяющий проход 440, располо-женный между резервуаром 400 предваритель-ной коагуляции н основным резервуаром 450 коагуляции. Основной резервуар 450 коагуляции содержит механическую мешалку 455, которая состоит из двигателя 460 и рабочего колеса 465.
Основной резервуар 450 коагуляции соеди-нен с резервуаром 500 осаждения соединитель-ной трубой 470. Резервуар 500 осаждения со-держит модуль (блок) 505, в котором располо-жено множество ребер 510. Резервуар 500 оса-ждения дополнительно содержит выпускное отверстие флоккулированного осадка для пери-одического и/или непрерывного удаления оса-жденного флоккулированного осадка.
Резервуар 500 осаждения подсоединен к устройству 550 фильтрации соединительной трубой 520. Устройство 550 фильтрации вклю-чает в себя модуль 555 фильтрации, который может содержать одно или более веществ - пе-сок, активированный уголь, древесный уголь, антрацит и т.п. для удаления любых мелко взве-шенных частиц, не удаленных ранее. Устрой-ство 550 фильтрации дополнительно содержит выпускное отверстие 560, через которое очи-щенная жидкость выходит из системы 300.
Для специалистов очевидно, что соедини-тельные трубопроводы 65, 305, 430, 470 и 520, соединительный проход 440 и выпускное отвер-стие 560 плотно соединены с различными ре-зервуарами и устройствами системы 300. Спо-соб наилучшего соединения особенно не огра-ничивается в находится в компетенции специа-листов.
Во время работы предназначенная для очистки жидкость 55 подается с помощью любо-го подходящего способа (не показано, например насосом, под действием силы тяжести и т.д.) к впускному отверстию камеры 100 очистки жид-кости, в которой она очищается, которая будет более подробно описана ниже. Жидкость выхо-дит из камеры 100 очистки жидкости через со-единительную трубу 305 и поступает в резерву-ар 400 предварительной коагуляции, в котором она смешивается с коагулянтом 435. Выбор коа-гулянта специально не ограничивается. Неогра-ничивающим примером подходящего коагулян-та является коммерчески доступный от Allied Colloid под маркой Percol LT20 (Food Grade). Смесь жидкость/коагулянт выходит из резервуа-ра 400 предварительной коагуляции через со-единительный проход 440 и поступает в основ-ной резервуар 450 коагуляции для смешивания жидкости и коагулянта 435 в течение длительно-го периода времени, после которого смесь выхо-дит из основного резервуара 450 коагуляции через соединительную трубу 470 в поступает в резервуар 500 осаждения. В резервуаре 500 осаждения коагулированный флоккулирован-ный осадок в жидкости оседает на дно резервуа-ра 500 осаждения, откуда он удаляется через выпускное отверстие 515 флоккулированного осадка.
В результате смешивания жидкости и коа-гулянта значительная часть любого осаждаемо-го вещества, содержащаяся в смеси, будет физи-чески агломерировать для получения коагули-рованного флоккулированного осадка. Этот флоккулированный осадок является склонным к осаждению и в результате в основном все оса-ждаемое вещество (например приблизительно до 98% по весу), вышедшее из основного резер-вуара 450 коагуляции, может быть отделено от жидкости в резервуаре 500 осаждения. Выбор и конструкция резервуара 500 осаждения остается в компетенции специалистов. Подходящие ре-зервуары осаждения коммерчески доступны от Еimсо Limited и многих других поставщиков.
Жидкость выходит из резервуара 500 оса-ждения через соединительную трубу 520 и по-ступает в устройство 550 фильтрации, в котором все мелко взвешенные частицы или другие ве-щества (если присутствуют) удаляются из жид-кости, которая затем выходит через выпускное отверстие 560. Модуль 55 фильтрации может быть сменным модулем, который может заме-няться при полной загрузке (заполнении) взве-шенным веществом и т.п. С другой стороны, модуль 555 фильтрации может быть постоянным и адаптирован соответствующим образом (не показано) так, чтобы при его почти полной за-грузке он мог быть промыт обратной струей, посредством этого удаляя отфильтрованное вещество. Жидкость, вытекающая из устройства 550 фильтрации, является в основном или полно-стью свободной от флоккулированного осадка или загрязнений, которые могут присутствовать в жидкости 55, предназначенной для очистки.
Ниже будут описаны конструкция и работа жидкостной камеры 100 со ссылками на фиг.2 - 8.
Жидкостная камера 100 содержит основа-ние 105, корпус НО, колпак 115 и выходное от-верстие 120. Корпус НО содержит впускное от-верстие 125 для жидкости и выпускное отверстие 130 для жидкости. Внутри корпуса НО распо-ложено множество электролитических ячеек 135.
Каждая электролитическая ячейка 135 яв-ляется проницаемой и содержит канал 140, определяемый внешним первым электродом 135 и внутренним, коаксиально расположенным вторым электродом 150. Первый электрод 145 содержит множество перфорационных отвер-стий 155, которые делают электролитическую ячейку 135 проницаемой для жидкости, проте-кающей через корпус НО в направлении, в ос-новном поперечном расположению электроли-тической ячейки 135.
Первые электроды 145 монтируются на едином электрически проводящем первом кре-пежном брусе 160, к которому подсоединен электропроводящий первый штифт 165. Первые электроды 145 и первый штифт 165 могут быть присоединены к первому крепежному брусу 160 подходящими средствами. Предпочтительно первый электрод 145 вставлен под давлением или запрессован в первый крепежный брус 160. Это может быть выполнено с помощью приме-нения первой втулки 195 или другой подходя-щей прокладки, расположенных в каждом из множества первых отверстий 162 в первом кре-пежном брусе 160. Каждый из первых электро-дов 145 вставлен под давлением или запрессо-ван в первые отверстия 162, предпочтительно так, чтобы его внешний край был в основном установлен заподлицо с внешней поверхностью первого крепежного бруса 160. Второй крепеж-ный брус 364 с множеством вторых отверстий 166 вставлен под давлением или запрессован на противоположный конец первых электродов 145, как указано на фиг. .3 и 4. Это может быть выполнено с помощью применения второй втул-ки 197 или другой подходящей прокладки, рас-положенных в каждом из множества вторых отверстий 164 во втором крепежном брусе 160. В результате получается “лестничная” кон-струкция 168, приведенная на фиг.4 и состоящая из первого крепежного бруса 160, второго кре-пежного бруса 164 и первых электродов 145 (для ясности первый штифт 165 не показан на фиг. 3-5).
Конечно, специалистам очевидно, что вме-сто вставки под давлением первых электродов в два крепежных бруса, если все материалы изго-товлены из нержавеющей стали, первые элек-троды 145 и первый штифт 165 могут быть при-варены или зафиксированы другим способом к первому крепежному брусу 160. Вторые элек-троды 150 крепятся к электропроводящему тре-тьему крепежному брусу 170 с помощью любого подходящего средства. Если вторые электроды 150 сконструированы так, чтобы использоваться в качестве расходуемых электродов, то предпо-чтительно, чтобы они закреплялись к третьему крепежному брусу 170 так, чтобы их можно было легко заменить.
Электролитические ячейки 135 устанавли-ваются следующим образом.
Колпак 115 снимается с корпуса 110, и “лестничная” конструкция 168 (содержащая первый крепежный брус 160, первый штифт 165, второй крепежный брус 164 и первые электроды 145) расположены и закреплены любым подхо-дящим средством (не показано) внутри корпуса 110. Затем вторые электроды 150, которые при-креплены к третьему крепежному брусу 170 и расположены дополнительно к первым электро-дам 145, вставляются через множество третьих отверстий 175 в корпус НО. Как видно из фиг. 5-7, третьи отверстия 175 имеются для каждого второго электрода 150. К тому же каждый вто-рой электрод 150 расположен коаксиально по отношению к первому электроду 145.
Для того, чтобы запечатать отверстия 175, пара О-образных колец 180, 185 расположены в каждом третьем отверстии 175 между вторым электродом 150 и корпусом 110. В случае, когда корпус 110 изготовлен из электрически прово-дящего материала, О-образные кольца 180, 185 должны быть сделаны из электрически непрово-дящего материала, например резины, тефлона и т.п. Дополнительно специалисту ясно, что пер-вая втулка 195 и вторая втулка 197 также долж-ны быть сделаны из электрически непроводяще-го материала.
Первая втулка 195 и вторая втулка 197 (фиг.6 и 7) служат для поддержания однородно-го кольцевого размера для канала 140. Конечно, очевидно, что могут быть использованы допол-нительные аналогичные втулки или прокладки, например, если применяются длинные электро-ды.
Первый крепежный брус 160 с подсоеди-ненными к нему первыми электродами 145 под-ключен к подходящему источнику электричества (не показан) с помощью первого провода 205 через соответствующий первый электрический соединитель 210. Аналогично, третий крепеж-ный брус 170 с подсоединенными к нему вторы-ми электродами 150 подключается к подходя-щему источнику электричества (не показан) с помощью второго провода 205 через соответ-ствующий второй электрический соединитель 220.
Во время работы жидкость 55, которая должна быть очищена, и подходящий электро-лит вводятся через впускное отверстие 125 в корпус 110 с помощью насоса (не показан) или любого другого подходящего средства. Ток под-водится к первому проводу 205 и второму про-воду 215. Когда предназначенная для очистки жидкость накачивается в корпус 110, она пере-мещается главным образом вверх через электро-литические ячейки 135 по направлению к вы-пускному отверстию 130 для жидкости. Когда жидкость проходит через каждую электролити-ческую ячейку 135, она электролизуется в кана-ле 140. Ток, поданный к электролитическим ячейкам 135, особенно не ограничивается. Пред-почтительно, чтобы ток электролитических яче-ек 135 находился в диапазоне приблизительно от 250 до приблизительно 5000 миллиампер на электролитическую ячейку.
В зависимости от природы очищаемой жид-кости и/или примесей, содержащихся в ней, в жидкости могут быть проведены осаждение или флоккулирование осадка. Если это имеет место, то жидкость может быть подвергнута последу-ющей очистке, предпочтительно так, как описы-валось выше применительно к фиг.1.
В зависимости от природы очищаемой жид-кости вполне вероятно, что будут образовы-ваться большие количества газа. Эти газы могут быть удалены из жидкостной камеры 100 через выходное отверстие 120 возможно к газоочища-ющему устройству (не показано) или другому устройству очистки газа при необходимости.
Состав первого и второго электродов осо-бенно не ограничивается, при условии, что электроды должны быть способны функцион ировать в качестве таковых в электролитиче-ской ячейке. Неограничивающие примеры мате-риалов, подходящие для использования в каче-стве первого и второго электродов, включают в себя нержавеющие стали AISI Types и L304 (содержимое углерода обычно 0.08 процентов по весу) и 317L (содержимое углерода обычно 0.03 процентов по весу). Предпочтительно, что-бы анод содержал, по меньшей мере частично, железо.
Электролит, подходящий для применения в изобретении, специально не ограничивается. Предпочтительно, чтобы электролит был силь-ным (т.е. почти полностью ионизованным). Не-ограничивающие примеры сильных электроли-тов включают в себя HNO3, HClО4, H2SO4, НСl, Нl, НBr, НСlO3, НВrО3, щелочные гидроксиды, гидроксиды щелочноземельных металлов (например, гидроксид кальция) и большинство солей (например, хлорид кальция и хлорид натрия). Предпочтительно электролит выбира-ется из хлорида кальция, хлорида натрия, гид-роксида кальция и их смесей. Электролит может быть добавлен в любой подходящей форме. Например, если электролит является твердым, он может быть растворен в предназначенной для очистки жидкости перед или во время его ввода в камеру очистки жидкости. С другой стороны, электролит может быть растворен и храниться в виде раствора в отдельном сосуде. Раствор элек-тролита может быть затем добавлен при необ-ходимости в камеру очистки жидкости с помо-щью любого подходящего средства. Если элек-тролит находится в виде жидкости, то он может быть добавлен при необходимости в камеру очистки жидкости или в виде неразбавленного или в виде разбавленного водного раствора. Специалистам ясно, что в некоторых случаях нет необходимости добавлять электролит к предназначенной для очистки жидкости. В осо-бенности, многие вытекающие потоки могут содержать присущие им химические соединения и/или загрязнения, которые способны действо-вать в качестве электролита. В таком случае добавление другого дополнительного электро-лита необязательно.
Как будет ясно специалистам, камера 100 очистки жидкости определяется как “однопро-ходная” для предназначенной для очистки жид-кости. Заказывая количество и конфигурацию электролитических ячеек 135 для конкретной очищаемом жидкостям очистки жидкости 100 предоставляет улучшенную эффективность в объеме жидкостей, которые могут быть очище-ны, по сравнению с устройством, раскрытым в патенте США 5,108,563.
Особенно предпочтительный аспект насто-ящего изобретения относится к нагнетанию очищаемой жидкости в направлении, в основном поперечном к расположению электролитических ячеек. Наиболее предпочтительно это может быть сделано с помощью расположения элек-тролитических ячеек по существу перпендику-лярно к потоку жидкости, и в идеале электроли-тические ячейки расположены горизонтально в очищаемой жидкости, которая нагнетается обычно по направлению вверх через электроли-тические ячейки (т.е. вертикально).
Для специалистов очевидно, что поток жид-кости через электролитическую ячейку являлся “закрытым”. Но это означает, что внутренняя сторона жидкостной камеры, в которой проис-ходит электролиз, является закрытой или цели-ком наполненной жидкостью. Эти результаты достигаются благодаря расположению электро-литических ячеек между отверстием для впуска жидкости и отверстием для выпуска жидкости камеры очистки жидкости.
Для специалистов понятно, что дополни-тельные изменения в конструкции и использова-нии камеры очистки жидкости, описанной выше, являются возможными без отклонения от смысла и формы настоящего изобретения. Например, если объединение первых электродов, первой крепежной перегородки и второй крепежной пергородки рассматривается как лестница, то представляется возможным сконструировать камеру очистки жидкости для размещения неко-торого количества таких лестниц, которые могут быть присоединены к единственной крепежной перегородке за каждый конец электрода или множеству крепежных перегородок за каждый конец электрода. Далее, можно сконструировать камеру очистки жидкости такой, что электроли-тические ячейки, помещенные в ней, в основном заполняют поперечное сечение корпуса так, чтобы путь жидкости от отверстия для впуска жидкости к отверстию для выпуска жидкости проходил только через электролитические ячей-ки. Также представляется возможным вставлять вторые электроды в оба конца корпуса (т.е. сум-ма длин каждой пары вторых электродов явля-ется в основном такой же, как соответствующий первый электрод).
Воплощения изобретения будут дополни-тельно описаны со ссылками на следующие примеры, которые не должны быть рассматри-ваться как ограничивающие область изобрете-ния:
Пример 1
Проба сточных вод была очищена в камере для очистки жидкости как изображено на фиг.2-8. Проба сточных вод была получена из Hamilton Bay, Онтарио, Канада.
В частности, использовалась камера для очистки жидкости, где внешние первые электро-ды функционировали как катоды, в то время как внутренние вторые электроды функционировали как аноды. Каждый электрод в устройстве (т.е. анод и катод) был 30.48 мм в длину. Каждый анод имел диаметр 1.9 мм и был изготовлен из графита. Каждый катод имел внутренний диа-метр 2.22 мм и был изготовлен из нержавеющей стали. Расстояние между каждым анодом и ка-тодом было 0.159 мм, что определяло канал между электродами. Таким образом, в этом при-мере, отношение диаметра первого электрода к диаметру второго электрода было 1.167. Мощ-ность питаниям прикладываемого к каждой электролитической ячейке, было 5000 мА или 12.4 мА/см2.
Сточные воды непрерывно подавались к устройству со скоростью 15.141 л/мин. Эта ско-рость потока определялась для соответствия 3.937 мл/см-анода/мин. Используемый электро-лит был смесью в соотношении 50/50 хлорида натрия и хлорида кальция.
Химическая способность сточной воды по-глощать кислород (COD) определялась вначале и после прохождения сточными водами через заданное количество электролитических ячеек, расположенных в камере для очистки жидкости. COD определялась окислением органического вещества в пробе сточных вод, очищаемых ки-пящим кислым раствором бихромата (стандарт-ными способами АРНА #16).
Значение COD, полученное для сточных вод до очистки составляло 75 мг/л. Значения COD, полученные для сточных вод на различ-ных стадиях в течение очистки, приведены в Таблице 1.
Общее время нахождения сточных вод в ка-нале каждой электролитической ячейки состав-ляло приблизительно 15 секунд.
Таблица 1
Количество электролити-ческих ячеек COD
(мг/л) % COD
восстанов-ления Совокупный %
восстанов-ления
30 38 49.3 49.3
60 35 7.9 53.3
90 14 60.0 81.3
120 12 14.3 84.0
150 <1 >99 >99
180 <1 >99 >99
Пример 2
Проба сточных вод из источника, описан-ного в примере 1, была очищена в системе, включаюшей в себя отдельную коаксиально сконструированную электролитическую ячейку, аналогичную электролитической ячейке, опи-санной выше в примере 1. Эта отдельная элек-тролитическая ячейка располагалась верти-кально в резервуаре способом, похожим на тот, что изображен на фиг.6 патента Соединенных Штатов 5,108,563. Анод и катод были идентич-ны тем, что описаны выше в примере 1.
Сточные воды непрерывно текли через ре-зервуар со скоростью 3.937 мл/см анода/мин, как в примере 1, которая соответствовала скоро-сти потока через канал, определяемый электро-химической ячейкой, эквивалентной 45 мл/мин. Объем сточных вод в резервуаре в любое время был 1.6 л, а 11.43 см электродов погружалось в сточные воды.
Сила тока, подводимая к электродам, была той же, что и применяемая в примере 1 (4.65 мА/см2).
Снова определялся COD исходной пробы, также как и COD после заданного периода очистки. Полученные результаты отражены в таблице 2.
Таблица 2
Время
(минуты) COD
(мг/л) % COD
восстановления Совокупный %
восстановления
0 75 - -
30 37 50.7 50.7
60 27 27.0 64.0
80 24 11.1 68
После 80 минут, равновесие сточных вод было достигнуто, и не было дальнейшего уменьшения полученного значения COD. Таким образом, желаемое COD < 1 мг/л не было до-стигнуто, используя обычный способ непрерыв-ного потока, в котором поток сточных вод не управлялся относительно контакта с каналом, определяемым электролитической ячейкой.
(56) Документы, цитированные в отчёте
SU 1106787, A, 07.08.1984.
SU 1668310, A1, 07.08.1991.
US 4732661, A, 22.03.1988.
GB 2038871, A, 30.07.1980.
SU 1668310, A1, 07.08.1991.
US 4732661, A, 22.03.1988.
GB 2038871, A, 30.07.1980.
📎 Прикреплённые файлы
-
292 .pdfОткрыть