Методика расчета электрокоагулятора

1. Определим общую высоту , ( ) электрокоагулятора:

,

где  – рабочая высота жидкости, ;

 – высота слоя пены, ;

 – высота бортов над уровнем пены, .

2. Рассчитаем электродную систему коагулятора, состоящую из блока вертикальных пластин (сталь или сплавы алюминия). Общее число электродов:

где B – ширина (внутренний диаметр) установки, ;

 – расстояние от стенки установки до крайнего электрода, ;

  – расстояние между электродами, ;

  – толщина электрода, м.

3. Вычислим площадь одного электрода ,  которую определяют по формуле:

где  – поперечный размер установки, .

4. Определим общую массу ,  электродной системы:

5.

где  – плотность материала электродов, .

6. Определим силу тока ,  по формуле:

где  – удельное количество электричества, необходимое для растворения металла электродной системы, .

7. Определим расход материала электродов :

где  – коэффициент выхода по току;

– электрохимический эквивалент металла, ;

8. Определим продолжительность работы электродной системы :

где  – коэффициент использования электродной системы.

 – расход сточной воды, .

Флотация

Рассмотрим процесс флотации, которую применяют для очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые частицы. Процесс флотации основан на образовании в толще воды газовых пузырьков, прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фаз, всплывании этих комплексов на поверхность сточной воды и удалении образовавшегося пенного слоя. Существуют следующие методы флотации:

1.перенасыщение сточной воды воздухом(вакуумная или напорная);

    2.механическая;

3.электрофлотация.

    При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, затем направляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживают разрежение 30…40 кПа. Выделяющиеся в верхнюю часть камеры пузырьки воздуха выносят загрязнения на поверхность воды. Процесс флотации длится около 20 минут.

    Напорная флотация протекает в 2 стадии: насыщение сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующее резкое снижение давления до атмосферного. Время пребывания сточной воды в напорной емкости составляет 15 минут, во флотационной камере – 10…20 минут. Объем подаваемого воздуха составляет 1,5…5% от объема очищаемой сточной воды. В ряде случаев сточную воду насыщают кислородом или озоном. Всплывающую массу непрерывно удаляют механизмом для сгребания пены в пеносборник.

    Для механической флотации используют импеллеры (турбины насосного типа) и форсунки.

 Рассмотрим принцип работы установки напорной флотационной очистки сточной воды с рециркуляцией (рис.3.3). Вода, смешанная с коагулянтом с смесителе 1, поступает в камеру хлопьеобразования 2 с лопастной мешалкой, где образуются крупные хлопья коагулянта, сорбирующие коллоидные взвеси. Из камеры 2 коагулированная вода перетекает по трубе 3 в центральную камеру 4. В трубу 3 врезан трубопровод, по которому вводят перенасыщенную воздухом воду. Тонкий слой пены собирают скребком 6 в приемный бункер 5. Часть воды, очищенной во флотаторе, насосом 7 подают под давлением в смеситель 9, куда компрессором 8 вводят сжатый воздух, и затем в сатуратор 10. В сатураторе в течение 1-3 минут происходит насыщение воды воздухом. Насыщенная вода после снижения давления в дросселирующем устройстве 11 перенасыщается и поступает во флотатор.

   

Рис.3.3. Схема флотационной установки с рециркуляцией

1 - смеситель 1; 2 - камера хлопьеобразования с лопастной мешалкой;3 - труба, 4 - центральная камера; 5 - приемный бункер; 6 -скребок; 7 - флотатор; 8 -компрессор; 9 - насос;10 -сатуратор; 11 - дросселирующее устройство

 

    Методы электрофлотации, позволяют очищенную сточную воду вернуть в производство и рекуперировать ценные компоненты. Разработаны электрофлотационные установки с растворимыми и нерастворимыми электродами. Метод обеспечивает очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов до ПДК, также очищает от жиров и масел.

    Очистка сточных вод от взвешенных частиц происходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды и использовании растворимых электродов. На аноде возникают пузырьки кислорода, на катоде – водорода. Пузырьки водорода и кислорода сталкиваются с взвешенными частицами, прилипают к ним и всплывают на поверхность жидкости.

    При электрофлотаци с нерастворимыми электродами (рис.3.4). процесс протекает под воздействием газов, выделяющихся при электролизе водных растворов на электрохимически нерастворимых анодах. Катод, как правило, изготавливают из сетки, а электродный блок располагают горизонтально на дне флотационной камеры, что является одним из конструкционных недостатков, так как это способствует засорению блока

Эффективность процесса определяют число и размер пузырьков. Дисперсность пузырьков газа легко варьировать изменением плотности тока на электродах или диаметра и формы электрода, но для каждого технологического случая оптимальные параметры процесса определяют экспериментально. Один из вариантов:

-Плотность тока при электрофлотации ─ в пределах 100…300 А/м²;

-Насыщенность жидкости водородом достигает 0,10…0,13%;

    -Продолжительность процесса может быть от нескольких минут до 30…40 мин;

 

Рис. 3.4. Схема устройства электрофлотатора:

1 – входная камера; 2 – пеноотводный желоб; 3 – змеевиковый подогреватель пенной массы; 4 – выпускная камера; 5 – катод; 6 – анод; 7 – патрубок выпуска осадка и опорожнения

 

Расстояние между электродами составляет 5…20мм;

    -Расход электроэнергии около 1 кВт ч/м³;

    -Эффективность по нефтепродуктов достигает 90%.

    Эффективность процесса очистка сточных вод, загрязненных мелкодисперсными и коллоидными частицами повышают с помощью коагулянтов и флокулянтов путем подкисления очищаемых вод до изоэлектрической точки, электрохимического окисления (деструкции примесей) и других мероприятий.

    Введение коагулянтов можно осуществить путем использования растворимых анодов (алюминия или железа). При этом одновременно происходит и коагуляция частиц, и их флотация, образующимися на растворимых электродах пузырьками газов. На рис. 3.5 приведена схема электрофлотационной установки.

 

Рис.3.5. Схема установки для очистки сточных вод электрофлотационным

методом (растворимые электроды):

1,2,3 – секции аппарата; 4 – пенный продукт; 5 – канал для очищенной воды;

 6 – корпус;7-12 – электроды; 13 – канал для исходной сточной воды

    Достоинства метода:

    1) Очистка до требований ПДК.

    2) Незначительный расход реагентов.

    3) Простота эксплуатации.  

    4) Малые площади, занимаемые оборудованием.

     5) Возможность возврата ИТМ до 96%.

     6) Возможность очистки от жиров, масел и взвешенных частиц.

     7) Высокая сочетаемость с другими методами.

     8) Отсутствие вторичного загрязнения.

    Недостатки метода:

    1) Незначительное (до 30%) снижение общего солесодержания очищаемых стоков.

    2) Аноды из дефицитного материала.

    3) Необходимость разбавления концентрированных вод.

    4) Большой расход электроэнергии, ее дороговизна.

 

    3.4. Ионный обмен

 

    Ионный обмен – метод очистки сточных вод, основанный на обмене ионами, находящимися на поверхности твердой фазы (ионита), позволяет извлекать и утилизировать из сточных вод ценные примеси (соединения As, P, Cr,Zn,Pb,Cu,Hg) и радиоактивные вещества. При этом сточная вода, очищенная до ПДК вредных веществ, впоследствии может быть использована в технологических процессах или в системах оборотного водообеспечения. Иониты, способные поглощать из воды положительные ионы, называют катионитами, а отрицательные ионы – анионитами. Иониты бывают неорганическими (минеральными) и органическими, природного происхождения или полученные искусственно. Иониты могут обеспечить высокую поглотительную способность, механическую прочность, химическую устойчивость и большую гидрофильность. Применение ионитов способствует повышению эффективности очистки и выделению из сточных вод металлов в виде относительно чистых и концентрированных солей.

Наибольшее практическое значение для очистки сточных вод приобрели синтетические ионообменные смолы – высокомолекулярные соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными группами. Пространственная углеводородная сетка называется матрицей, а обменивающиеся ионы – противоионами. Каждый противоион соединен с противоположно заряженными ионами, называемыми анкерными. Реакция ионного обмена протекает следующим образом:

R

при контакте с катионитом, где R – матрица, Н – противоион, SO₃ – анкерный ион

при контакте с анионитом.

    Схема установки для очистки сточных вод представлена на рис. 3.6.

    Стоки из емкости 1 для усреднения состава и частичного отделения механических примесей направляются в усреднитель 8.

    Из аппарата 8 стоки насосом подаются в песчано – гравийный фильтр 2 для очистки от механических примесей. Скорость движения жидкости, отнесенная к поперечному сечению фильтра, 5-7 м/ч. Следующая ступень – очистка активированным углем в аппарате 3 от маслопродуктов, ПАВ, биологических примесей и т.д.

    Отфильтрованную воду направляют в катионообменник 4, заполненный смолой КУ-1. Линейная скорость движения жидкости в этом аппарате достигает 10-20 м/ч. По достижении на выходе концентрации сорбируемых ионов 0,02-0,03 мг.экв/л катионит подвергается регенерации.

Освобожденная от катионов вода поступает в анионообменники 5 и 6, заполненные смолами АВ-17-8, АН-221 и др. При содержании сорбируемых анионов на выходе из аппарата 0,05-0,1 мг/л анионит регенерируют.

 

Рис. 3.6. Схема ионообменной установки для очистки цианистых сточных вод:

1 – емкость усреднения состава; 2 – гравийный фильтр; 3 – аппарат с активированным углем; 4 – катионообменник; 5,6 – анионообменники; 7 – сборник чистой воды для промывки колонн; 8 – усреднитель

 

    Достоинства метода:

    1) Возможность очистки до требований ПДК.

    2) Возврат очищенной воды до 95% в оборот.

    3) Возможность утилизации тяжелых металлов.

    4) Возможность очистки в присутствии эффективных лигандов.

    Недостатки метода:

    1) Необходимость предварительной очистки сточных вод от масел, ПАВ, растворителей, органики, взвешенных веществ.   

    2) Большой расход реагентов для регенерации ионитов и обработки смол.

    3) Необходимость предварительного разделения промывных вод от концентратов.

    4) Громоздкость оборудования, высокая стоимость смол

    5) Образование вторичных отходов-элюатов, требующих допол-нительной переработки.

 

    3.5. Экстракция

 

    Экстракция – метод очистки сточных вод, основанный на разделении и извлечении из жидкости компонентов смеси. С помощью жидкостной экстракции очищают сточные воды от фенолов, масел, жирных кислот и др. Целесообразность применения экстракции определяется концентрацией органических веществ и в ряде случаев является выгоднее адсорбции. Схема установки представлена на рис. 3.7.

Рис.3.7. Схема экстракционной установки

 

    Очистка сточных вод методом экстракции состоит из трех основных этапов:

    1.интенсивное перемешивание сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем), с образованием двух жидких фаз. Одна из них экстракт, который содержит извлекаемое вещество и экстрагент, а другая ─ рафинат (сточная вода + экстрагент);

    2.разделение экстракта и рафината;

    3.регенерация экстрагента из рафината и экстракта.

    Для экстракции из сточных вод фенолов применяют простые и сложные эфиры, а нефтепродуктов – бензол. Эффективность экстракционных методов очистки сточных вод составляет 0,8…0,95.

   

    3.6. Адсорбция

    Адсорбция – метод глубокой очистки сточных вод от растворенных органических примесей, который применяют для биологически не разлагаемых веществ или сильно токсичных при небольшой их концентрации.

    Два вида адсорбционной очистки:

    1. регенеративная, основанная на извлечении веществ из адсорбента и его утилизации,

    2. деструктивная, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожают вместе с адсорбентом.

    Процесс адсорбции осуществляют при интенсивном перемешивании адсорбента с водой или фильтрованием воды через слой адсорбента. Эффективность очистки составляет 0,8…0,95.

    Достоинства метода:

    1) Очистка до ПДК.

    2) Возможность совместного удаления различных по природе примесей.

    3) Отсутствие вторичного загрязнения очищаемых вод.

    4) Возможность рекуперации сорбированных веществ.

    5) Возможность возврата очищенной воды после

корректировки рН.

    Недостатки метода:

    1) Дороговизна и дефицитность сорбентов.

    2) Природные сорбенты применимы для ограниченного круга

примесей и их концентраций.

    3) Громоздкость оборудования.

    4) Большой расход реагентов для регенерации сорбентов.

    5) Образование вторичных отходов, требующих дополнительной очистки.

   

    3.6. Электрохимический метод

              Электрохимический метод очистки сточных вод от различных растворимых примесей, основанный на процессах анодного окисления и катодного восстановления, а также электродиализ. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. В процессе электрохимического окисления содержащиеся в сточных водах вещества (цианиды, амины, альдегиды, нитросоединения…) полностью разлагаются и образуют нетоксичные вещества, которые впоследствии удаляют другими методами очистки сточных вод. Загрязняющие вещества разлагаются на СО2, NH3 и воду. При катодном восстановлении из сточных вод удаляются ионы тяжелых Ме, осаждающиеся на электродах.

Электродиализ используют для удаления солей из сточных вод. Этот метод основан на избирательном переносе ионов через перегородки, изготовленные из ионитов (мембраны) под действием электрического тока.    Обычно используют пакеты из чередующихся анионо- и катионообменных мембран. Ионообменные мембраны проницаемы только для ионов, имеющих заряд того же знака, что и у подвижных ионов. Данный метод осуществляют в электролитической ванне, которая разделена на три отделения двумя диафрагмами. В крайних отделениях размещаются электроды. Метод эффективен для очистки сточных вод от растворенных солей и от ионов тяжелых Ме (Cr+6, Cu+2), а также и от радиоактивных загрязнителей. Схема установки электродиализа представлена на рис.3.8.

 

Рис.3.8. Схема электрохимически неактивных (а) и электрохимически активных

(б) диафграгм для очистки сточных вод методом электродиализа:

1 – анод; 2 – катод; 3 – анодная диафрагма; 4 – катодная диафрагма;

5 – анионопроницаемая диафрагма; 6 – катионопроницаемая диафрагма

 

    Достоинства метода:

    1) Возможность очистки до требований ПДК.

    2) Возврат до 60% очищенной воды в оборотный цикл.

    3) Возможность утилизации ценных компонентов.

    4) Отсутствие фазовых переходов при отделении примесей,

что позволяет вести процесс при небольшом расходе энергии.

    5) Возможность проведения при комнатных температурах без применения или с небольшими добавками химических реагентов.

    6) Простота конструкций аппаратуры.

    Недостатки метода:

    1) Необходимость предварительной очистки стоков от масел, ПАВ, органики, растворителей, солей жесткости, взвешенных веществ.

    2) Значительный расход электроэнергии.

    3) Дефицитность и дороговизна мембран.

    4) Сложность эксплуатации.

    5) Отсутствие селективности.

    6) Чувствительность к изменению параметров очищаемых вод.

ТЕМА № 4

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: