Материал: Электрообработка в технологиях очистки воды

Если для коагуляции можно применить и алюминий и железо, выбор материала обосновывается технико-экономическими соображениями. Для коагуляции требуются большие дозы железа, чем алюминия, но для растворения 1 г железа затрачивается меньше электроэнергии. Теоретически, при расходе электроэнергии 26,8 А/ч в раствор переходит около 9 г металлического алюминия или же 28 г железа.

При низкой плотности тока необходимо увеличить необходимую продолжительность пребывания обрабатываемой воды в межэлектродном пространстве, ведь растворение анодов и хлопьеобразование протекают незначительно. Увеличение продолжительности пребывания воды достигается за счет увеличения длины межэлектродных каналов последовательным размещением электродных блоков по ходу движения воды или за счет ее рециркуляции. Для удлинения межэлектродных каналов их часто выполняют не по параллельной, а по последовательной (лабиринтной) схеме (рисунок 3б).

Поскольку в результате объемных электрохимических процессов в межэлектродном пространстве формируются хлопья гидроокисей металлов, для их удаления устанавливают блок последующей очистки (отстойник, фильтр большой грязеемкости, флотатор), показанный на рисунке 4. Электрокоагуляторы, работающие при низкой плотности электротока (менее 18-20 А/м2), целесообразно применять по схемам на рисунках 4а и 4б, совместно с отстойниками и фильтрами большей грязеемкости. При более высоких плотностях электрического тока рекомендуется применять схему с флотатором (рисунок 4в).

Блоки, состоящие из электрокоагулятора и флотационной камеры, называются электрофлотокоагуляторами (ЭКФ). Компоновка ЭКФ может предусматривать размещение электрокоагулятора в пределах флотационной камеры, и раздельно. Типовая конструкция, например, ЭКФ имеет прямоугольную форму и состоит из трех отсеков: в первом отсеке размещается электрокоагулятор, во втором - электрофлотатор, третий отсек является отстойной камерой. Электроды, размещаемые в третьей секции, служат для обеззараживания воды.

Конструкцию электрокоагулятора следует выполнять с учетом условий замены электродов в случае их растворения, для очистки и депассивации. С целью интенсификации процесса электрокоагуляции может использоваться конструкция виброэлектрокоагулятора. Применение вибрационных колебаний среднего диапазона частот практически исключает пассивацию электродов, снимает диффузионные ограничения во всем рабочем объеме, облегчает удаление газов и образующихся осадков, выгружаемых периодически через специальный клапан без остановки аппарата.

7. Расчет электрокоагулятора

Производительность электрокоагулятора по количеству генерируемого растворенного металла является весьма важной расчетной величиной и должна соответствовать технологическим требованиям процесса электрохимической обработки воды.

Сначала вычисляется количество растворенного металла при электрохимическом разложении электродов:

м = Дмqw τ,

где Дм - доза металла, г/м3; qw - расчетная производительность электрокоагулятора, м3/ч; τ - период времени (принимается 1 час).

Дозы металла, необходимые для электрокоагуляции, определяются экспериментально. Ориентировочно можно принимать значения доз коагулянтов, известные из опыта реагентной обработки коагулянтами аналогичной по качеству воды, с введением коэффициента пересчета. Коэффициент должен учитывать повышенную эффективность электрокоагуляции, вид коагулянта, и приниматься равным 0,85-0,90. Пересчет с целью определения доз металлов по принятой дозе реагента производится путем умножения последней на коэффициент, который равен для Al2(SO4)3 - 0,158, для Al2O3 - 0,53, FeCl3 - 0,34, Fe2(SO4)3 - 0,28. Например, если для коагуляции природной воды с мутностью 200 г/м3 доза сернокислого алюминия равна 40 г/м3, то доза алюминия при электрокоагуляции составит величину:

*0,85*0,158 = 5,4 г/м3.

Дозы металлического алюминия, необходимые при электрокоагуляционном обесцвечивании воды, ориентировочно могут определяться путем корректировки формулы СНиП:

Дм = 0,5√С,

где Дм - доза коагулянта по Al2O3, г/м3; Ц - цветность исходной воды, град.

В результате одновременного растворения электродов расчетным электрохимическим и дополнительным химическим путями выход металла по току превышает 100%, что учитывается введением повышающего коэффициента Км > 1 (по условиям процесса Км = 1,1-2,0, определяется экспериментально).

Расчетная производительность электрокоагулятора по металлу определяется по формуле:

м = AмIcurτKмη,

где η - коэффициент использования тока, принимается равным 0,7-0,9; Ам - электрохимический эквивалент металла, г/(А⋅ч).

Сила тока, необходимая для генерации расчетного количества металла:

 <#"796742.files/image006.gif"> <#"796742.files/image007.gif"> <#"796742.files/image008.gif"> <#"796742.files/image009.gif"> <#"796742.files/image010.gif"> <http://www.c-o-k.ru/images/articles/49754.j>

где Gпл - масса электродных пластин, кг; Дм - доза металла, г/м3; Кисп - коэффициент использования электродов (обычно принимается 0,8-0,9).

Общая масса электродных пластин:

пл = 0,5αΣf (γ1d1 + γ2d2),

где Σf - суммарная площадь поверхностей анода и катода, м2; d1 и d2 - толщины пластин соответственно анодов и катодов, м; γ1 и γ2 - плотности материалов анодов и катодов, соответственно (железа - 7600, титана - 4500, алюминия - 2700, графитизированного угля и графита - 2100 кг/м3). Рекомендуемые параметры электрокоагуляторов: материал электродов - алюминий или железо; расстояние между вертикально устанавливаемыми пластинами электродов - 15-20 мм; электрическое напряжение на электродах - 6 В; плотность тока - 30/40 А/м2 для алюминиевых/стальных электродов; продолжительность пребывания воды в межэлектродном пространстве - 3-5 мин.; доза железа и алюминия составляет 15 и 7 г/м3.

Заключение

Основными преимуществами электрокоагуляционного метода по сравнению с реагентными являются компактность установки, относительная простота ее эксплуатации и резкое сокращение расходов на химические реагенты. Наряду с электрокоагуляцией также происходит и бактерицидная обработка воды.

Недостатками является расход металла (алюминия и железа) и электроэнергии. Теоретически, для растворения 1 г железа и 1 г алюминия расходуется 3 и 12 Вт*ч, соответственно. Фактический же расход электроэнергии оказывается выше из-за затрат на нагревание воды, поляризацию электродов, преодоление электрического сопротивления оксидных пленок, образующихся на поверхности растворяемых анодов, и т.п.

Для осуществления электрокоагуляции требуются значительные затраты электроэнергии и листовой металл, поэтому ее можно рекомендовать для локальных схем очистки небольших количеств сточных вод (50-80 м3/ч). Электрокоагуляция эффективна для удаления из сточных вод тонко диспергированных примесей, эмульсий, масел и нефтепродуктов, органических взвесей и т.д. Рекомендуется применять этот метод для очистки сточных вод с нейтральной или слабощелочной реакцией (pH = 6-9).

Библиографический список

1.      Кульский Л.А. Очистка воды электрокоагуляцией. - Киев, 2008.

2.      Назарян М.М. Электрокоагуляторы для очистки промышленных стоков. - Х.: Вища школа, 2003.

.        Воловник Г.И. Теоретические основы очистки воды. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000.

.        Смирнов Д.Н. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. - М.: Металлургия, 2000.

.        Липовецкий Я.М. Электрохимические способы очистки питьевых и сточных вод. - М.: ЦБНТИ, 2005.

.        Яковлев С.В. Технология электрохимической очистки воды. - Л.: Стройиздат, 2007.

.        Назарова Г.Н., Костина Л.В. Применение электрохимической технологии для очистки отработанных промышленных растворов. - М.: Наука, 2007.

.        Матов Б.М. Электрофлотационная очистка сточных вод. - Кишинев: Картя Маолдаванеска, 2002.

.        СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - М.: Стройиздат, 1985.

.        Мосин О.В. Технологический расчет установок электрофлотации воды // Журнал С.О.К., №1/2014.

.        Мосин О.В. Электрохимическая обработка воды // Журнал С.О.К., №12/2012.

.        Кульский Л.А. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. - К.: Наукова думка, 2000.