RU2077914C1 - Adsorption-desorption plant for treatment of water - Google Patents

Abstract

FIELD: sewage treatment. SUBSTANCE: plant has housing 1 with coaxial closed diaphragm 2 with layer of adsorbent 3 inside it, and electrodes 4 and 6. Electrode 6 is mounted between housing 1 and diaphragm 2 on insulating spacers 7; other electrode 4 is made from elements connected in series by means of conducting couplings 5 and smoothly distributed in layer of adsorbent 3; space between housing 1 and diaphragm 2 is connected with pipe line 17 for discharge of components through shut-off device 24. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области очистки сточных вод и конкретно к созданию технологического оборудования для проведения адсорбционно-десорбционных процессов в химической и иных отраслях промышленности, преимущественно для выделения органических примесей из промышленных сточных вод. The invention relates to the field of wastewater treatment and specifically to the creation of technological equipment for carrying out adsorption-desorption processes in chemical and other industries, mainly for the separation of organic impurities from industrial wastewater.

Известна установка [1] для очистки сточных вод гальванических производств, которая представляет собой фильтр с адсорбентом из активированного угля с электродами, на который наложен электрический потенциал величиной +0,1-1,0 В, что увеличивает адсорбционную емкость адсорбента. В установке [1] не предусмотрено оборудование для регенерации адсорбента после насыщения, а эта проблема, особенно при высоких производительностях очистных сооружений, может отрицательно влиять на экономические показатели работы установки. A known installation [1] for wastewater treatment of galvanic production, which is a filter with adsorbent from activated carbon with electrodes, on which an electric potential of + 0.1-1.0 V is applied, which increases the adsorption capacity of the adsorbent. The installation [1] does not provide equipment for regeneration of the adsorbent after saturation, and this problem, especially at high productivity of treatment facilities, can adversely affect the economic performance of the installation.

Известна установка [2] очистки сточных вод активированным углем, модифицированным 4-7% окислов переходных металлов. Установка снабжена системой трубопроводов для подачи регенерирующих газов в слой адсорбента и устройствами для поддержания заданной температуры. Для регенерации адсорбента после его насыщения через активированный уголь пропускают не содержащий кислород газ теплоноситель с температурой 300-350^oC, затем при этой же температуре пропускают газ теплоноситель, содержащий 4-6 об. кислорода, причем отходящие газы после смещения с воздухом пропускают через керамзит. Установка обеспечивает высокую степень регенерации адсорбента, однако при этом используется сложное и энергоемкое оборудование.A known installation [2] of wastewater treatment with activated carbon, modified 4-7% of transition metal oxides. The installation is equipped with a piping system for supplying regenerating gases to the adsorbent layer and devices for maintaining a given temperature. To regenerate the adsorbent after it is saturated, an oxygen-free gas with a temperature of 300-350 ^o C is passed through activated carbon, then a coolant gas containing 4-6 vol. oxygen, and the exhaust gases after displacement with air are passed through expanded clay. The installation provides a high degree of regeneration of the adsorbent, however, it uses sophisticated and energy-intensive equipment.

Известна установка [3] в которой процессы адсорбции и регенерации адсорбента ведут при потенциалах от -1,3 до +1,3 B, соответствующих различной адсорбционной емкости адсорбента. Установка [3] включает цилиндрический корпус с неподвижным адсорбентом, охватываемым водонепроницаемой полиэлектролитной мембраной, и электроды, один из которых установлен между корпусом и мембраной, а другой в верхней части корпуса на слое адсорбента. Напряжение на электродах регулируется относительно установленного в верхней части корпуса контрольного датчика. Установка обеспечивает достаточно высокую степень очистки и имеет простую систему регенерации адсорбента. Недостатком указанной установки является высокая энергоемкость и неравномерность очистки водного потока по объему адсорбционной загрузки вследствие того, что в установке не решен вопрос равномерного распределения потенциалов в адсорбционной загрузке. Это приводит к потере адсорбционной емкости и снижению степени очистки обрабатываемых потоков. A known installation [3] in which the processes of adsorption and regeneration of the adsorbent are carried out at potentials from -1.3 to +1.3 V, corresponding to different adsorption capacity of the adsorbent. Installation [3] includes a cylindrical body with a fixed adsorbent covered by a waterproof polyelectrolyte membrane, and electrodes, one of which is installed between the body and the membrane, and the other in the upper part of the body on the adsorbent layer. The voltage at the electrodes is regulated relative to the control sensor installed in the upper part of the housing. The installation provides a sufficiently high degree of purification and has a simple adsorbent regeneration system. The disadvantage of this installation is the high energy intensity and uneven purification of the water stream by volume of the adsorption charge due to the fact that the issue of the uniform distribution of potentials in the adsorption charge is not resolved in the installation. This leads to a loss of adsorption capacity and a decrease in the degree of purification of the treated streams.

Задачей изобретения является разработка устройства с повышенной стабильностью работы и эффективностью очистки водных потоков, включающих нефтепродукты и другие органические загрязнители. The objective of the invention is to develop a device with increased stability and efficiency of purification of water flows, including petroleum products and other organic pollutants.

Поставленная задача решается следующим образом. The problem is solved as follows.

Устройство содержит корпус с коаксиально расположенной замкнутой проницаемой для воды мембраной, например, гетеромембраной, внутри которой размещен слой адсорбента, один из рабочих электродов размещен между мембраной и корпусом устройства непосредственно на внутренней поверхности корпуса и отделен от нее изолирующими проставками, другой электрод выполнен из элементов, например, графитовых пластин, последовательно соединенных электропроводными связями и равномерно распределенных в слое адсорбента; контрольный датчик, выполненный в виде электрода сравнения, размещен на поверхности адсорбционного слоя, при этом рабочие электроды непосредственно, а контрольный датчик через блок управления электропитанием соединены с источником регулируемого напряжения, а трубопровод отвода компонентов и полость между стенкой корпуса и мембраной, соединены через запорное устройство. The device comprises a housing with a coaxially located closed membrane permeable to water, for example, a heteromembrane, inside which an adsorbent layer is placed, one of the working electrodes is placed between the membrane and the device’s body directly on the inner surface of the housing and is separated from it by insulating spacers, the other electrode is made of elements, for example, graphite plates connected in series by electrically conductive bonds and evenly distributed in the adsorbent layer; the control sensor, made in the form of a reference electrode, is placed on the surface of the adsorption layer, while the working electrodes are directly connected, and the control sensor is connected to an adjustable voltage source through the power control unit, and the components removal pipe and the cavity between the housing wall and the membrane are connected through a locking device .

Новизна изобретения заключается в расположении электродов, их конструктивном выполнении, а также в применении проницаемых гетеромембран в совокупности с конструктивным выполнением системы обвязывающих трубопроводов. The novelty of the invention lies in the location of the electrodes, their structural design, as well as in the use of permeable heteromembranes in conjunction with the structural design of the system of binding pipelines.

Иное конструктивное решение формы и расположение электродов позволяет увеличить полноту использования полезных свойств адсорбента в цикле очистки загрязненных потоков и полную восстановления полезных свойств адсорбента в процессе регенерации за счет создания эквипотенциальности внутренней поверхности адсорбента в рабочих циклах. Одновременно, предложенные конструктивные изменения позволяют в процессе регенерации восстанавливать свойства разделительной мембраны, что способствует снижению энергозатрат на проведение процесса. На фиг. 1 показана технологическая схема установки. A different constructive solution to the shape and arrangement of the electrodes makes it possible to increase the completeness of using the useful properties of the adsorbent in the cleaning cycle of contaminated streams and completely restore the useful properties of the adsorbent in the regeneration process by creating the equipotentiality of the inner surface of the adsorbent in duty cycles. At the same time, the proposed design changes allow us to restore the properties of the separation membrane during the regeneration process, which helps to reduce energy costs for the process. In FIG. 1 shows the technological scheme of the installation.

Установка включает корпус 1, внутри которого коаксиально размещена замкнутая гетеромембрана 2. Внутренняя полость мембраны заполнена зернистым адсорбентом 3 (активированным углем). В толще адсорбционного слоя размещен один электрод 4, выполненный в виде графитовых пластин, последовательно соединенных электропроводными связями 5 и равномерно распределенных по объему угольной засыпки. Электрод 4 соединен с полюсом источника регулируемого напряжения 8. Второй электрод 6 размещен между мембраной и корпусом установки на тефлоновых проставках 7 и соединен со вторым полюсом источника регулируемого напряжения 8. В верхней части адсорбционной загрузки размещен контрольный датчик 9 электрод сравнения, соединенный с блоком управления источника регулируемого напряжения 8. Корпус 1 имеет верхнюю 10 и нижнюю 11 крышки с патрубками 12 и 13, соединенными с трубопроводами подачи обрабатываемой воды 14, отвода очищенной воды 15, подачи промывной воды 16 и отвода концентрата 17. Каждый трубопровод снабжен запорным устройством 18,19,20,21 соответственно. Верхняя часть камеры, образованной корпусом 1 и мембраной 2, имеет штуцер 22, соединенный перепускным трубопроводом 23 с трубопроводом отвода концентрата 17. Перепускной трубопровод 23 снабжен запорным устройством 24. Установка работает в двух основных режимах режиме адсорбции и режиме регенерации адсорбента. The installation includes a housing 1, inside of which a closed heteromembrane 2 is coaxially placed. The internal cavity of the membrane is filled with granular adsorbent 3 (activated carbon). In the thickness of the adsorption layer one electrode 4 is placed, made in the form of graphite plates connected in series by electrically conductive bonds 5 and evenly distributed over the volume of the coal backfill. The electrode 4 is connected to the pole of the adjustable voltage source 8. The second electrode 6 is placed between the membrane and the installation housing on Teflon spacers 7 and connected to the second pole of the adjustable voltage source 8. At the top of the adsorption charge is placed a control sensor 9, a comparison electrode connected to the source control unit adjustable voltage 8. The housing 1 has an upper 10 and lower 11 covers with nozzles 12 and 13 connected to the pipelines for the supply of treated water 14, the discharge of purified water 15, the supply of industrial -water 16 and concentrate outlet 17. Each conduit is provided with a locking device 18,19,20,21 respectively. The upper part of the chamber, formed by the housing 1 and the membrane 2, has a fitting 22 connected by the bypass pipe 23 to the concentrate discharge pipe 17. The bypass pipe 23 is equipped with a shut-off device 24. The installation operates in two main modes, adsorption mode and adsorbent regeneration mode.

Режим адсорбции
Запорные устройства 18,19,24 находятся в открытом положении, остальные запорные устройства находятся в закрытом положении. На блоке управления источника регулируемого напряжения задается напряжение, отвечающее потенциалу максимальной емкости адсорбента. По трубопроводу подачи очищаемой воды 14 через штуцер 13 обрабатываемая вода подается в слой адсорбента и через проницаемую мембрану заполняет камеру вспомогательного электрода. Избыток воды по перепускному трубопроводу отводится в трубопровод отвода концентрата 17. После полного заполнения установки запорное устройство закрывается. Очищаемый поток продолжает поступать в установку по трубопроводу 14 и штуцеру 13, проходит через толщу адсорбционной загрузки и через штуцер 12 т трубопровод 15 отводится в последующий технологический цикл. В процессе работы установки на адсорбционной загрузке за счет рабочего электрода 4 поддерживается величина заданного рабочего потенциала. При этом за счет конструктивных особенностей электрода 4 распределение потенциала по адсорбционному слою равномерно, что обеспечивает оптимальное использование адсорбционной емкости активированного угля. Процесс проводят до полного насыщения адсорбционного слоя.Adsorption mode
The locking devices 18,19,24 are in the open position, the remaining locking devices are in the closed position. The voltage corresponding to the potential of the maximum adsorbent capacity is set on the control unit of the adjustable voltage source. Through the pipeline for supplying purified water 14 through the nozzle 13, the treated water is supplied to the adsorbent layer and fills the auxiliary electrode chamber through a permeable membrane. Excess water through the bypass pipe is discharged into the concentrate discharge pipe 17. After the unit is completely filled, the shut-off device closes. The cleaned stream continues to enter the installation through pipeline 14 and nozzle 13, passes through the thickness of the adsorption charge, and through nozzle 12 t, pipe 15 is diverted to the next process cycle. During operation of the installation at the adsorption charge due to the working electrode 4, the value of the specified working potential is maintained. Moreover, due to the design features of the electrode 4, the potential distribution over the adsorption layer is uniform, which ensures optimal use of the adsorption capacity of activated carbon. The process is carried out until the adsorption layer is completely saturated.

Режим регенерации адсорбента
Для перевода установки в режим регенерации закрывают запорные устройства 18 и 19 и открывают 20 и 21. По трубопроводу промывной воды 16 через штуцер 12 в установку подают промывную воду, которая, проходя через слой адсорбента, удаляется через штуцер 13 и трубопровод 17. Для регенерации адсорбента на рабочие электроды 4 и 6 с помощью блока регулируемого напряжения подается потенциал минимальной адсорбции, при установлении которого в адсорбционном слое происходит десорбция адсорбированных ранее органических компонентов и их вынос промывной водой из установки. Равномерное распределение потенциала по объему адсорбционной загрузки обеспечивает полноту регенерации адсорбента на 75-80% от первоначальной емкости после 50 регенерационных циклов. Промывку камеры электрода 6 проводят, открывая в конце цикла регенерации запорное устройство 24. После проведения регенерации без дополнительной обработки адсорбента установка может продолжить работу в режиме адсорбции.Adsorbent Regeneration Mode
To put the unit into regeneration mode, close the shut-off devices 18 and 19 and open 20 and 21. Through the wash water pipe 16 through the nozzle 12, the washing water is fed into the installation, which, passing through the adsorbent layer, is removed through the nozzle 13 and the pipe 17. For adsorbent regeneration The potential electrodes 4 and 6 are supplied with a regulated voltage block using the potential of minimal adsorption, when this is established, the previously adsorbed organic components are desorbed in the adsorption layer and removed by washing water s installation. The uniform distribution of the potential over the volume of the adsorption charge ensures the completeness of regeneration of the adsorbent by 75-80% of the initial capacity after 50 regeneration cycles. The washing of the chamber of the electrode 6 is carried out by opening the locking device 24 at the end of the regeneration cycle. After the regeneration is carried out without additional treatment of the adsorbent, the installation can continue to work in the adsorption mode.

Пример. С помощью предлагаемой установки подвергалась очистке вода, содержащая 50 мг/л нефтепродуктов (масла). Рабочие напряжения составляют 2,9-3,2 В. Процесс адсорбции проводится до проскока через адсорбционный слой нефтепродуктов с концентрацией более 0,05 мг/л. Регенерация адсорбента проводилась при потенциале адсорбционного слоя -1,5 В очищенной водой. Объем очищаемой воды до проскока предельно допустимой концентрации составлял 600-750 объемов адсорбционной зоны установки; расход очищенной воды на регенерацию составлял 7-10 объемов адсорбционной зоны. Example. Using the proposed installation was subjected to purification of water containing 50 mg / l of petroleum products (oil). Operating voltages are 2.9-3.2 V. The adsorption process is carried out until a breakthrough through the adsorption layer of oil products with a concentration of more than 0.05 mg / l. Adsorbent regeneration was carried out at an adsorption layer potential of -1.5 V in purified water. The volume of water to be purified before the breakthrough of the maximum permissible concentration was 600-750 volumes of the adsorption zone of the installation; the consumption of purified water for regeneration was 7-10 volumes of the adsorption zone.

На фиг. 2 представлены результаты относительного изменения адсорбционной емкости в процессе циклирования (кривая 1) в сравнении с аналогичными характеристиками установки [3] (кривая 2). Из приведенных данных следует, что за 50 циклов работы предлагаемой установки емкость загрузки снижается на 20-25% от исходного значения против 80% потери емкости за 5 циклов работы аналогичной установки [3]
Одновременно проводились измерения падения напряжения на разделительной мембране установки. Результаты измерений представлены в таблице.In FIG. Figure 2 shows the results of a relative change in the adsorption capacity during cycling (curve 1) in comparison with similar characteristics of the installation [3] (curve 2). From the above data it follows that for 50 cycles of operation of the proposed installation, the loading capacity is reduced by 20-25% of the original value against 80% of the loss of capacity for 5 cycles of operation of a similar installation [3]
At the same time, the voltage drop was measured at the separation membrane of the installation. The measurement results are presented in the table.

Использование гетеромембран позволяет снизить рабочие напряжения на установке до 2,9-3,2 В против 3,2-3,5 В при использовании полиэлектролитных мембран. Последнее соответствует снижению энергозатрат на проведение адсорбционно-десорбционных процессов на 6-9% по сравнению с установкой [3]
Приведенные выше результаты показывают, что применение в устройстве всей совокупности признаков позволяет за счет равномерного распределения потенциала по рабочему объему адсорбента увеличить величину функционирующей рабочей емкости адсорбционного слоя, стабилизировать (повысить надежность) работу установки, увеличить продолжительность ее службы до выработки ресурса или повысить степень очистки обрабатываемых потоков. Использование водопроницаемых гетерогенных мембран в совокупности с признаками сетевой обвязки установки позволяет в режиме регенерации адсорбента осуществлять регенерацию мембраны, снизить эффект ее концентрационной деполяризации и как следствие получить снижение энергозатрат на 6-9% Литература 1. Авторское свидетельство СССР N 1673524, кл. C 02 F 1/28, оп. 30.08.91. 2. Авторское свидетельство СССР N 1608132, кл. C 02 F 1/28, оп. 23.11.90. 3. Авторское свидетельство СССР N 874092, кл. B 01 D 15/00, оп. 23.10.81.The use of heteromembranes allows to reduce the operating voltage at the installation to 2.9-3.2 V versus 3.2-3.5 V when using polyelectrolyte membranes. The latter corresponds to a reduction in energy consumption for adsorption-desorption processes by 6-9% compared with the installation [3]
The above results show that the use of the entire combination of features in the device allows increasing the size of the functioning working capacity of the adsorption layer due to the uniform distribution of potential over the working volume of the adsorbent, stabilizing (increasing reliability) the operation of the installation, increasing the duration of its operation until the resource is depleted, or increasing the degree of purification of the processed streams. The use of permeable heterogeneous membranes in conjunction with the signs of the network strapping of the installation allows the membrane to be regenerated in the adsorbent regeneration mode, to reduce the effect of its concentration depolarization and, as a result, to obtain a 6–9% reduction in energy consumption. References 1. USSR Copyright Certificate No. 1673524, cl. C 02 F 1/28, op. 08/30/91. 2. USSR author's certificate N 1608132, cl. C 02 F 1/28, op. 11/23/90. 3. Copyright certificate of the USSR N 874092, cl. B 01 D 15/00, op. 10.23.81.

Claims (2)

1. Установка адсорбционно-десорбционной обработки воды, включающая корпус с коаксиально расположенной замкнутой мембраной, внутри которой размещен слой адсорбента, электроды, один из которых размещен между мембраной и корпусом, и контрольный датчик, соединенный с источником регулируемого напряжения, трубопроводы подвода очищаемой воды и отвода компонентов, отличающаяся тем, что один электрод установлен на корпусе на изолирующих проставках, а другой выполнен из элементов, последовательно соединенных электропроводными связями и равномерно распределенных в слое адсорбента, а пространство между корпусом и мембраной соединено с трубопроводом отвода компонентов через запорное устройство. 1. Installation of adsorption-desorption treatment of water, including a housing with a coaxially located closed membrane, inside which an adsorbent layer is placed, electrodes, one of which is placed between the membrane and the housing, and a control sensor connected to an adjustable voltage source, pipes for supplying purified water and drainage components, characterized in that one electrode is mounted on the housing on insulating spacers, and the other is made of elements connected in series by electrically conductive bonds and equal unevenly distributed in the adsorbent layer, and the space between the housing and the membrane is connected to the pipeline for removal of components through a locking device. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что элементы электрода выполнены в виде графитовых пластин. 2. Installation according to claim 1, characterized in that the elements of the electrode are made in the form of graphite plates.

Images