Материал: Разработка конструкции электрофлотатора

         обеспечение максимально надежного контакта двух или трех фаз исходного твердого или жидкого вещества, исходного газообразного вещества и электрода;

         обеспечение максимально высокой производительности электролизера, т. е. максимального количества продукта, получаемого с единицы площади, занимаемой электролизером;

         стабильность характеристик электрода в течение длительного периода его эксплуатации;

         надежный подвод тока, обеспечивающий равномерность его распределения по поверхности электрода;

         свободный отвод жидких и газообразных продуктов электролиза.

Конструкция электрода во многом определяется способом его включения в электрическую цепь. При монополярном включении электродов все катоды присоединены к отрицательной, а все аноды к положительной шинам источника постоянного тока. В этом случае обе стороны электрода поляризованы либо катодно, либо анодно. Общее напряжение на таком электролизе­ре равно напряжению между одной парой электродов, а общая сила тока равняется силе тока, проходящей через пару электродов, умноженной на число таких пар в электролизере.

При биполярном включении электродов постоянный ток подводится лишь к крайним электродам, которые являются монополярными.

Остальные электроды, расположенные между крайними электродами, являются биполярными. Одна сторона таких электродов поляризована анодно, а другая катодно. В этом случае общее напряжение на электролизере равняется произведению напряжения между одной парой электродов и общим количеством пар, а общая сила тока, равняется си­ле тока, проходящей через пару электродов.

Плоские электроды выпускаются в виде плит или металлических листов (рис. 3.1.). В некоторых случаях плоские электроды изготовляются из отдельных элементов, например, стержней. Для облегчения отвода газообразных продуктов электролиза электродные листы или плиты перфорируются . Перфорация может быть различной формы.

Рис .3.1. Конструкция плоских электродов:

а - из круглых стержней,

б - из четырехугольных стержней,

в - из листа с просечной перфорацией,

г - из листа с перфорацией круглыми отверстиями.

Отверстия и просечки в перфорированных электродных листах и плитах могут быть круглыми, квадратными, щелевиднымн и т.д.

С целью повышения производительности электролизеров прибегают к развитию поверхности электродов. Одни из приемов развития поверхностных катодов представлен на рис. 3.2. Катод, изготовленный из плетеной сетки, натянут на металлический каркас и образует сложную рельефную поверхность в виде гребенки, между зубьями которой помешают аноды.

Рис .3.2. Конструкция гребенчатых катодов:

а - двухрядная,

б - двухрядная со сдвинутыми пальцами,

в - четырехрядная,

г - однорядная.

В последнее время уделяется большое внимание повышению эффективности процесса электролиза за счет увеличения электродных плотностей тока. В процессах, скорость которых контролируется доставкой вещества к поверхности электрода, существенное значение имеет перемешивание Сточной воды, подвергаемой электролизу. Известны различные способы создания в электролизере турбулентного режима, обеспечивающего высокую скорость подачи сточной воды и удаления продуктов электролиза с поверхности электрода.

Уменьшение диффузионных ограничений скорости электрохимической реакции дает возможность повысить электродную плотность тока, а следовательно, и производительность электролизера.

Можно выделить два пути интенсификации процесса электролиза за счет перемешивания сточной воды: создание электролизеров с вращающимися электродами и проведение процесса при интенсивной прокачке сточной воды через электролизер. [5]

.3 Разработка конструкции электрофлотатора

сточный очистка электрофлотатор

Прототипом электрофлотационной очистки был выбран патент номер RU 02122525 Cl, «способ очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов». Патентообладателем является Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, разработали технологии и образцы оборудования на основе электрохимических методов, которые являются высокоэффективными и экологически безопасными и позволяют решать не только экологические задачи, но и организовать водооборот, извлекать ценные компоненты.

Перспективность использования электрофлотации для водообработки связанна с образованием при электролизе раствора высокодисперсных пузырьков газа (водорода и кислорода), равномерно распределяемых в объеме обрабатываемой жидкости. Газовые пузырьки, поднимаясь вверх, сталкиваются с частицами загрязнений и флотируют их на поверхность жидкости, образуя устойчивый пенный слой - флотошлам.

Высокая степень дисперсности пузырьков, сопоставимая с размером извлекаемых частиц загрязнений; возможность одновременного извлечения загрязнений, имеющих различный фазово-дисперсный состав; высокая скорость процесса очистки; возможность плавного регулирования скорости процесса путем изменения степени насыщения жидкости пузырьками газа - все это придает электрофлотационному методу значительные преимущества по сравнению с отстойными и флотационными системами.

Для глубокой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с исходной концентрацией до 100 мг/л в диапазоне значений pH 6,0 - 10,5 и предназначен электрофлотатор который работает следующим образом.

Сточную воду через патрубок 2 подают в нижнюю часть камеры предварительной очистки 1. Оттуда вода переливается через вертикальную перегородку 7 в камеру доочистки 11. В результате электролиза воды в камерах предварительной очистки и доочистки на поверхности электродов 12 идет выделение газовых пузырьков (водорода и кислорода), которые, поднимаясь вверх, взаимодействуют с частицами загрязнений и выносят их на поверхность воды, образуя флотошлам. В камере доочистки обеспечивается нисходящее движение жидкости с отводом ее через отверстия в нижней части в водосборник 10. При этом наблюдается дополнительный эффект очистки, связанный с фильтрацией воды через плотный слой электролитических пузырьков. Очищенная вода через патрубок 9 вытекает из аппарата. Мотор-редуктор 8 обеспечивает движение скребкового механизма 6, который сдвигает флотошлам с поверхности жидкости в камеру 5. Удаление флотошлама из установки происходит через патрубок 4.

С целью повышения степени очистки и снижения содержания солей жесткости в очищаемую воду вводят раствор щелочного реагента, содержащий фосфат-ионы, что приводит к образованию нерастворимых соединений гидроскифосфатов металлов, растворимость которых меньше, чем растворимость соответствующих гидроксидов металлов. Ввод рабочего раствора реагента осуществляется непосредственно в электрофлотатор через патрубок 3. Фосфатированием достигается также большая стабилизация воды, снижение ее коррозионного действия на металлические трубопроводы. Глубокая очистка позволяет в некоторых случаях не прибегать к ионообменному умягчению.

Применение электрофлотатора позволяет снизить жесткость воды до 0,05 - 0,1 мг-экв/л, содержание тяжелых металлов до 0,05-0,1 мг/л. Очищенная вода может использоваться для охлаждения оборудования и в системах оборотного водоснабжения.

Оптимальные параметры очистки: анодная плотность тока в камере предварительной очистки - 1 А/дм2, доочистки - 0,5 А/дм2; напряжение - 8 - 10 и 6 - 8 В. Удельные энергозатраты составляют 0,2 - 0,5 кВт∙ч/м3. Габаритные размеры 2100х1115х1500 мм.

Флотошлам - пенный продукт, удаляемый с поверхности электрохимических установок в зависимости от состава сточных вод, - представляет собой индивидуальные гидроксиды металлов или их смесь. Также в состав флотошлама входят карбонаты, фосфаты, сульфиды и органические примеси.

В отличие от осадков влажностью 99,9%, образующихся в отстойниках, флотошлам менее влажный (92-95%) и обладает хорошими фильтрующими свойствами; его удельное сопротивление фильтрованию составляет (8 - 190)∙10-11 см/г, фильтруемость (масса твердой фазы, составляющей на фильтровальной перегородке при получении единицы объема фильтрата) в 4 - 5 раз выше, чем у осадков отстойника, и составляет 4,6 - 4,8 кг/(м3∙ч).

Для механического обезвоживания флотошлама применяют фильтр-прессы, вакуум-фильтры и другое оборудование.

После обезвоживания содержания твердой фазы в шламе увеличивается до 25 - 30%.

Дальнейшее размещение обезвоженного шлама осуществляется захоронением на специально организованных полигонах.

Электрохимическое оборудование может быть обвязано в технологической схеме и смонтировано стационарно или в виде мобильного комплекса, когда установка, насос, источник тока и пульт управления процессом монтируются на передвижной платформе. Так, для очистки сточных вод и регенерации технологических растворов совместно с компанией Trionetic Inc разработана конструкция передвижной мобильной установки производительностью 10 м3/ч. Процесс очистки полностью автоматизирован. Система автоматизации предусматривает автоматическое измерение, регулирование и сигнализацию основных параметров технологического процесса: значения pH, расхода и уровней жидкости, степени очистки, значений тока и напряжения.