PL231445B1 - Autoelektrokoagulator - Google Patents

Autoelektrokoagulator

Info

Publication number
PL231445B1
PL231445B1 PL407156A PL40715614A PL231445B1 PL 231445 B1 PL231445 B1 PL 231445B1 PL 407156 A PL407156 A PL 407156A PL 40715614 A PL40715614 A PL 40715614A PL 231445 B1 PL231445 B1 PL 231445B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
cell
sewage
electrolyte
cylindrical
autoelectrocoagulator
Prior art date
Application number
PL407156A
Other languages
English (en)
Other versions
PL407156A1 (pl
Inventor
Bartosz Libecki
Bogusław Pierożyński
Original Assignee
Univ Warminsko Mazurski W Olsztynie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Warminsko Mazurski W Olsztynie filed Critical Univ Warminsko Mazurski W Olsztynie
Priority to PL407156A priority Critical patent/PL231445B1/pl
Publication of PL407156A1 publication Critical patent/PL407156A1/pl
Publication of PL231445B1 publication Critical patent/PL231445B1/pl

Links

Landscapes

  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem niniejszego wynalazku jest autoelektrokoagulator, który jest przeznaczony do oczyszczania ścieków miejskich i przemysłowych zawierających zanieczyszczenia organiczne i fosforany oraz może stanowić główny element przydomowych oczyszczalni ścieków.
Koagulację chemiczną stosuje się w celu poprawy wydajności oczyszczania ścieków oraz usuwania fosforu. Proces koagulacji inicjuje się za pomocą koagulantów dozowanych do ścieków - soli glinu lub żelaza, albo poprzez roztwarzanie metali w procesie elektrokoagulacji. W zależności od miejsca dozowania koagulantów proces może przebiegać w odseparowanym urządzeniu lub symultanicznie w reaktorze biologicznym. Najważniejszymi zaletami elektrokoagulacji w porównaniu do chemicznego procesu koagulacji są: zwartość instalacji, łatwość zautomatyzowania i komputeryzacji procesu sterowania, niniejsze ilości osadu ściekowego oraz prostszy i wydajniejszy proces separacji faz. W większości opisanych przypadków koagulacja elektrochemiczna ścieków przebiega przy użyciu zewnętrznego źródła prądu. Urządzenia elektrokoagulacyjne z zewnętrznym źródłem prądu (US Patent 7,682,492; 6,887,368; 8,048,279; 7,981,301; 7,211,185 oraz 6,972,077) stanowią przepływowe reaktory, wyposażone w niezależne układy elektrodowe (katoda-anoda), wykonane zazwyczaj ze stali lub aluminium. Proces usuwania organicznych zanieczyszczeń jest wspomagany poprzez wprowadzenie do urządzenia elektrokoagulującego substancji utleniających, takich jak: tlen, chlorany(I), nadtlenek wodoru, itp.
Źródłem metali w roztworze może być także ogniwo elektrochemiczne (korozyjne), które tworzą dwa elementy zanurzone w elektrolicie, zbudowane z metali różniących się standardowymi potencjałami elektrochemicznymi. Przez ogniwo przepływa prąd, przy czym w strefie anodowej następuje utlenianie, uwalnianie elektronów i kationów metali, a na katodzie redukcja. W patencie PL 385 558 pt. Wypełnienie aktywne opisano urządzenie, w którym wykorzystano roztwarzanie metali bez użycia zewnętrznego źródła prądu, z elementów wypełnień aktywnych w oparciu o zjawisko korozji elektrochemicznej do wspomagania biologicznego procesu oczyszczania ścieków, w tym do usuwania fosforu. Przy czym wypełnienie złoża stanowią granulaty z tworzyw sztucznych zawierających Al i Cu. Wypełnienie aktywne ze złomu stalowego i aluminiowego oraz odpadowych materiałów zawierających drut Cu znane jest z pracy Wysockiej - praca doktorska UWM w Olsztynie, 2002 i Walkowiaka - praca doktorska UWM w Olsztynie, 2010 oraz pracy pt. Przemiany zanieczyszczeń ścieków w reaktorze z wypełnieniem stalowym i aluminiowym, Ochrona Środowiska, 4/ 24, s. 31-36, 2004. Zastosowanie mieszanego wypełnienia Fe/Al, prowadziło tam do spadku wydajności procesu utleniania Fe, wskutek pracy protektorowego układu ochrony elektroc hemicznej Fe-katoda/Al-anoda, przy jednoczesnej pasywacji aluminium zachodzącej w wyniku polaryzacji anodowej. W wyniku czego proces elektrokoagulacji został zahamowany.
Koagulację chemiczną w procesie roztwarzania metali można usprawnić poprzez zastosowanie układu makroogniwa korozyjnego (ogniwa galwanicznego) z wykorzystaniem katod grafitowych lub miedzianych oraz anod z protektorowych stopów Al, w układzie przepływowym, jak pokazano w zgłoszeniach wynalazków P.398207 pt. Sposób oczyszczania ścieków oraz P.398701 pt. Elektrokoagulator do oczyszczania ścieków. Znanym jest także, iż zwiększenie ilości tlenu rozpuszczonego w środowisku elektrolitycznym może wydatnio wpłynąć na wzrost gęstości prądów korozyjnych w ogniwie poprzez usprawnienie kinetyki katodowej redukcji tlenu. Tlen dostarczany jest z powietrza do ścieków znanym sposobem poprzez aeratory mechaniczne umieszczone wewnątrz lub na zewnątrz reaktorów biologicznych z osadem czynnym lub z zawieszonym złożem biologicznym. Napowietrzanie umożliwia aktywność biochemiczną mikroorganizmów osadzonych na zawiesinie osadu czynnego lub na wypełnieniu stałym złóż biologicznych oraz pozwala na przemieszczanie się elementów wypełnienia w takim reaktorze. Odpowiedni czas kontaktu ścieków z powierzchnią wypełnienia zapewnia recyrkulacja ścieków.
Znanym z patentu CN 201660525 jest urządzenie, w którym zastosowano cyrkulację ścieków wewnątrz złoża fluidalnego, stanowiącego kolumnę. Ścieki wraz z wypełnieniem złoża opuszczają kolumnę górnym końcem, po czym spływają przestrzenią między ścianą a osłoną kolumny i mieszając się z tlenem, doprowadzanym przez zewnętrzny aerator, wpływają do kolumny złoża od dołu.
W zgłoszeniu wynalazku P.399004 pt. Urządzenie do oczyszczania ścieków zaproponowano urządzenie do elektrokoagulacji ścieków pracujące w układzie galwanicznego ogniwa korozyjnego ze złożem zawieszonym w systemie auto-napowietrzania. Przy czym katoda w postaci kolumny z pokrywą i sitem wypełniona złożem fluidalnym umieszczona została nad zbiornikiem recyrkulacyjnym, a wewnątrz kolumny znajduje się wymienna anoda. Natlenienie ścieków gwarantuje kaskadowy system kołnierzy, po którym ścieki spływają do zbiornika recyrkulacyjnego.
PL 231 445 B1
Według wynalazku autoelektrokoagulator do oczyszczania ścieków w kształcie prostopadłościennym, cylindrycznym lub podobnym charakteryzuje się tym, że wyposażony jest w system ogniw galwanicznych od 1 do 1000 sztuk zwartych w zewnętrznym obwodzie elektrycznym, utworzonych z izolowanych elektrycznie od obudowy katod, najkorzystniej miedzianych lub grafitowych w kształcie cylindrycznym, oraz wymiennych anod, najkorzystniej w kształcie walca, umieszczonych centrycznie wewnątrz katod. Przestrzeń międzyelektrodową wypełnia natleniony elektrolit, zwłaszcza ścieki lub natleniony elektrolit, zwłaszcza ścieki wraz z elementami wypełnienia biologicznego złoża zawieszonego (fluidalnego) najkorzystniej w postaci kształtek z tworzyw sztucznych, koksiku lub keramzytu. Anody wykonane są najkorzystniej ze stopu protektorowego Al lub ze stali węglowej niestopowej. Odległość między katodą, a anodą w ogniwie wynosi od 0,1 do 100 cm, najkorzystniej od 1 do 5 cm. Elektrolit, natleniany jest za pomocą wymuszonego systemu natleniania najkorzystniej w układzie drobnopęcherzykowym w sposób mechaniczny, chemiczny lub elektrochemiczny w i aeratorze o stałej wydajności od 0,1 cm3 do 10 dm3 tlenu na minutę na 1 ogniwo.
Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się prostą i zwartą konstrukcją oraz niskimi nakładami energetycznymi wymaganymi do cyrkulacji i natleniania elektrolitu (ścieków). Wysoka efektywność oczyszczania ścieków w zakresie usuwanie fosforu i redukcji ładunku ChZT osiągana jest w wyniku samoistnych procesów elektrochemicznych bez użycia zewnętrznego źródła prądu. Proces elektrokoagulacji cząstek zanieczyszczeń obecnych w ściekach oraz wiązania fosforanów przebiega najkorzystniej za pomocą jonów Al3+ lub Fe2+ powstałych w wyniku pracy elektrochemicznych ogniw (np. Cu/Al lub Cu/Fe) autoelektrokoagulatora w procesie anodowego roztwarzania anody oraz z udziałem produktów hydrolizy. Natlenienie ścieków intensyfikuje pracę ogniwa poprzez wydatnie usprawnienie kinetyki procesu katodowej redukcji tlenu. Ponadto procesy biochemiczne przebiegające w wyniku działalności mikroorganizmów zasiedlających elementy wypełnienia złoża zawieszonego w elektrolicie drugiej odmiany wynalazku umożliwiają skuteczne usuwanie zanieczyszczeń organicznych oraz defosfatację i denitryfikację. Zastosowanie ogniwa galwanicznego z wymuszonym napowietrzaniem elektrolitu (ścieków) pozwala na radykalne skrócenie czasu zatrzymania ścieków wewnątrz reaktora oraz znaczące zmniejszenie jego objętości. Dzięki temu autoelektrokoagulator nadaje się do oczyszczania jako główny lub doczyszczający moduł ścieków bytowo-gospodarczych oraz ścieków charakteryzujących się wysokim ładunkiem ChZT, dużą zawartością zawiesin i cząstek koloidalnych, o wysokim stężeniu fosforanów (ścieki z przemysłu spożywczego, włókienniczego itp.).
Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunkach, na których Fig. 1 przedstawia przydomową oczyszczalnię ścieków w ujęciu schematycznym z autoelektrokoagulatorem jako elementem oczyszczalni, Fig. 2 pokazuje jednostkowe ogniwo galwaniczne autoelektrokoagulatora z elektrolitem między elektrodami, a na Fig. 3 pokazano jednostkowe ogniwo galwaniczne autoelektrokoagulatora, gdzie w przestrzeni międzyelektrodowej znajdują się ścieki z wypełnieniem złoża fluidalnego.
P r z y k ł a d 1
Ścieki bytowo-gospodarcze w ilości Q = 0,72 m3/d o charakterystyce jak w Tab. 1 dopływają do oczyszczalni ścieków (Fig. 1), której I stopień stanowi osadnik wstępny (1). Z osadnika ścieki zatłaczane są za pomocą pompy (2) do komory złoża biologicznego zawieszonego z wypełnieniem keramzytowym (3) z napowietrzaniem drobnopęcherzykowym. Następnie po 3-godzinnym czasie oczyszczania na złożu ścieki zatłaczane są za pomocą pompy (4) do komory napowietrzania z aeratorem (5) o wydajności 5 dm3 powietrza/min, a następnie trafiają do zbiornika (6) o objętości 100 dm3, w którym umieszczony jest autoelektrokoagulator (7), którego ogniwa w ilości 10 sztuk pokazane na Fig. 2.
Autoelektrokoagulator ten wyposażony jest w układ umożliwiający kontrolę parametrów elektrycznych, tj. prądu oraz napięcia, dla układu ogniw zwartych w zewnętrznym obwodzie elektrycznym (8) podczas przepływu ścieków. Parametry elektryczne pracy pojedynczego ogniwa tego autoelektrokoagulatora przedstawia Tab. 2. Wewnątrz cylindrycznej katody (9) wykonanej z Cu pojedynczego ogniwa o średnicy wewnętrznej φ = 85 mm oraz długości L = 100 cm znajduje się wymienna anoda (10) w kształcie walca z wysoko potencjałowego stopu A1 o φ = 30 mm oraz długości L = 100 cm, tak że powierzchnie metaliczne w zwartym ogniwie tworzą ogniwo galwaniczne Cu/Al, a odległości międzyelektrodowe pomiędzy anodą a katodą wynoszą 2,75 cm. W przestrzeni międzyelektrodowej (11) znajdują się jedynie natlenione ścieki. Ścieki wypływają górnym końcem i spływając w dół recyrkulują do aeratora (5). Po okresie 3 godzin recyrkulacji z natężeniem przepływu 20 dm3/min następuje spust ścieków poprzez zawór trójdrożny (12) do osadnika wtórnego - klarownika (13).
PL 231 445 Β1
Przykład 2
Ścieki bytowo-gospodarcze w ilości Q = 0,72 m3/d o charakterystyce jak w Tab. 1 dopływają do oczyszczalni ścieków (Fig. 1), której I stopień stanowi osadnik wstępny (1). Z osadnika ścieki zatłaczane są za pomocą pompy (4) do komory napowietrzania z aeratorem (5) o wydajności 5 dm3 powietrza/min, a następnie trafiają do zbiornika (6) o objętości 200 dm3, w którym umieszczony jest autoelektrokoagulator (7), którego ogniwa w ilości 20 sztuk pokazane są na Fig. 3.
Autoelektrokoagulatorten wyposażonyjest w układ umożliwiający kontrolę parametrów elektrycznych, tj. prądu oraz napięcia, dla układu ogniw zwartych w zewnętrznym obwodzie elektrycznym (8), podczas przepływu ścieków. Parametry elektryczne pracy pojedynczego ogniwa tego autoelektrokoagulatora przedstawia Tab. 3. Wewnątrz cylindrycznej katody (9) wykonanej z Cu pojedynczego ogniwa o średnicy wewnętrznej φ = 85 mm oraz długości L = 100 cm znajduje się wymienna anoda (10) w kształcie walca ze stali niestopowej o φ = 30 mm oraz długości L = 100 cm, tak że powierzchnie metaliczne w zwartym ogniwie tworzą ogniwo galwaniczne Cu/Fe, a odległości międzyelektrodowe pomiędzy anodą a katodą wynoszą 2,75 cm. W przestrzeni międzyelektrodowej (11) znajdują się natlenione ścieki wraz z elementami wypełnienia biologicznego złoża zawieszonego (fluidalnego) w postaci polietylenowych kształtek cylindrycznych o rozmiarach dł./szer./wys. 5/5/5 mm i gęstości 0,95 g/cm3. Parametry złoża zamieszczono w Tab. 4. Od góry ogniwo zakryte jest pokrywą (14) z otworami o średnicy 2,5 mm, co umożliwia separację ścieków od elementów wypełnienia. Ścieki wypływają przez otwory pokrywy i aeratora spływając w dół recyrkulują do aeratora (5). Po okresie 3 godzin recyrkulacji z natężeniem przepływu 20 dm3/min następuje spust ścieków poprzez zawór trójdrożny (12) do osadnika wtórnego - klarownika (13).
Tabela 1
Charakterystyka ścieków surowych dopływających do oczyszczalni
Parametr ChZT BZTS P og. N-NH4 N-og. Przewodnictwo elektrolityczne
[mg/dmJ] 857 524 10,1 42,9 45,5 1,25 mS/cm
Tabela 2
Wartości parametrów elektrycznych, tj. prądu oraz napięcia dla układu ogniw autoelektrokoagulatora 1 odmiany, Cu/AI podczas procesu recyrkulacji ścieków
Uo (mV) Napięcie ogniwa rozwartego Uzw (mV) Średnie napięcie ogniwa zwartego I(mA) Średnie natężenie prądu ogniwa pracującego
1010 142 144
Tabela 3
Wartości parametrów elektrycznych, tj. prądu oraz napięcia dla układu ogniw autoelektrokoagulatora 2 odmiany Cu/Fe podczas procesu recyrkulacji ścieków
Uo (mV) Napięcie ogniwa rozwartego Uzw (mV) Średnie napięcie ogniwa zwartego I(mA) Średnie natężenie prądu ogniwa pracującego
508 87 94
PL 231 445 Β1
Tabela 4
Charakterystyka złoża biologicznego
Powierzchnia właściwa wypełnienia Wypełnienie objętości reaktora kształtkami Czas zatrzymania ścieków w reaktorze fluidalnym Zawartość tlenu w temp, 20°C złoże fluidalne
500 m2/m3 50% 3h 5-7 mg O2/dm3

Claims (1)

  1. Zastrzeżenie patentowe
    1. Autoelektrokoagulator do oczyszczania ścieków w kształcie prostopadłościennym, cylindrycznym lub podobnym, znamienny tym, że wyposażony jest w system ogniw galwanicznych od 1 do 1000 sztuk, zwartych w zewnętrznym obwodzie elektrycznym (8), utworzonych z izolowanych elektrycznie od obudowy katod (9), najkorzystniej miedzianych lub grafitowych w kształcie cylindrycznym, oraz anod (10), najkorzystniej w kształcie walca ze stopu protektorowego Al lub ze stali węglowej niestopowej, umieszczonych centrycznie wewnątrz katod, gdzie odległość między katodą a anodą w ogniwie wynosi od 0,1 do 100 cm, najkorzystniej od 1 do 5 cm, a przestrzeń międzyelektrodową (11) wypełnia elektrolit, zwłaszcza ścieki, lub elektrolit, zwłaszcza ścieki z elementami wypełnienia biologicznego złoża zawieszonego, najkorzystniej w postaci kształtek z tworzyw sztucznych, koksiku lub keramzytu, natleniony za pomocą wymuszonego systemu natleniania najkorzystniej w układzie drobnopęcherzykowym w sposób mechaniczny, chemiczny lub elektrochemiczny w aeratorze (5) o stałej wydajności od 0,1 cm3 do 10 dm3 tlenu na minutę na 1 ogniwo.
PL407156A 2014-02-12 2014-02-12 Autoelektrokoagulator PL231445B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL407156A PL231445B1 (pl) 2014-02-12 2014-02-12 Autoelektrokoagulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL407156A PL231445B1 (pl) 2014-02-12 2014-02-12 Autoelektrokoagulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL407156A1 PL407156A1 (pl) 2015-08-17
PL231445B1 true PL231445B1 (pl) 2019-02-28

Family

ID=53786679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL407156A PL231445B1 (pl) 2014-02-12 2014-02-12 Autoelektrokoagulator

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL231445B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL407156A1 (pl) 2015-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Özyonar et al. Sequential use of the electrocoagulation-electrooxidation processes for domestic wastewater treatment
Zhu et al. Industrial park wastewater deeply treated and reused by a novel electrochemical oxidation reactor
Kurt et al. Treatment of domestic wastewater by electrocoagulation in a cell with Fe–Fe electrodes
JP5881727B2 (ja) 廃液処理用の炭素床電解槽及びそのプロセス
Pretorius, WA, Johannes, WG & Lempert Electrolytic iron flocculant production with a bipolar electrode in series arrangement
FI127865B (en) Improved construction of devices for purification and disinfection of waste water with electric current
CN103145223A (zh) 一种电化学反应器
Cho et al. Effects of electric voltage and sodium chloride level on electrolysis of swine wastewater
Deng et al. Degradation of nitrogen-containing refractory organic wastewater using a novel alternating-anode electrochemical system
Nguyen et al. Enhanced phosphorus and COD removals for retrofit of existing sewage treatment by electrocoagulation process with cylindrical aluminum electrodes
CN105731604A (zh) 一种电镀废水的深度处理方法
Rahman et al. Electrolysis of swine manure effluents using three different electrodes Fe-Fe, Al-Al and Fe-Al
PL224187B1 (pl) Urządzenie do oczyszczania ścieków
CN202400888U (zh) 一种高级氧化处理污水的装置
CN205472824U (zh) 一种处理分散型生活污水的电解除磷装置
Khanaum et al. Electrocoagulation: an overview of the technology for livestock farm wastewater treatment
JP2007105673A (ja) 硝酸性窒素を含む排水の処理方法及び処理装置、並びに該排水処理用電解槽
CN118666374A (zh) 一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置
CN108163935B (zh) 一种高频脉冲电解式氨氮废水的处理设备及其处理方法
PL231445B1 (pl) Autoelektrokoagulator
Lumina et al. Treatability studies of dairy wastewater by electrocoagulation process
CN109912105A (zh) 一种使电絮凝污泥获得磁分离性能的含氮有机废水电化学处理反应器及方法
RU2038323C1 (ru) Устройство для очистки и обеззараживания воды
Yilmaz et al. The investigation of COD treatment and energy consumption from urban wastewater by batch electrocoagulation system for small settlements
JP2005074269A (ja) 余剰汚泥減量装置及び方法