 |
Расчет электрокоагуляционных установок
|
|
|
|
Расчет электрокоагуляционных установок
При проектировании электрокоагуляционных установок необходимо учитывать следующие рекомендации:
· рН исходной жидкости должно находиться в пределах 3÷ 6;
· толщина электродов d – 6÷ 10 мм;
· расстояние между электродами | – 10÷ 30 мм;
· в качестве материала электродов должны выбираться листы низкосортной стали или алюминия;
· продолжительность обработки выбирается в зависимости от вида обрабатываемой жидкости и не должна превышать 10÷ 15 мин;
· количество рабочих ванн определяется расчетом и принимается не менее двух. При общем количестве электрокоагуляторов £ 3 принимается один резервный аппарат; при числе рабочих электрокоагуляторов > 3 принимается 2 резервных аппарата;
· величина анодной плотности тока – в пределах 50÷ 200 А/м2;
· скорость движения жидкости через электродное пространство для предотвращения его от засорения должна поддерживаться 0, 03 м/с;
· продолжительность отстаивания электрохимически обработанной жидкости – в пределах 1, 5÷ 2 ч.
Расчет электрокоагуляционных установок сводится к определению их размеров и электротехнических параметров.
1. Объем электролизера, м3,
,
где q – расход сточных вод, м3/с; t – продолжительность обработки, с; n – число электролизеров.
2. Удельные затраты электроэнергии, кВт·ч/м3,
,
где I – величина тока, А; U – напряжение в электролизере, В;
t – продолжительность обработки, ч; Q – расход сточной жидкости, м3/ч.
3. Сила тока, А,
,
где Д – доза металла, г/м3 (определяется экспериментально или по справочной литературе); F – число Фарадея, 26, 8 А·ч; Q – расход сточных вод, м3/ч; h – выход по току, определяется экспериментально (ориентировочно по справочной литературе);
Мэк – эквивалентная масса используемого электрода, г/моль.
|
|
|
4. Площадь анодных пластин в одном электролизере, м2,
,
где iа – анодная плотность тока, А/мм2 (табл. 16); 2 – коэффициент, учитывающий работу обеих сторон анода.
5. Общее количество электродных пластин
,
где в – ширина электролизера, м (принимается конструктивно); в1 – расстояние между пластинами, м; в2 – расстояние между крайними пластинами и стенками электролизера, м; d – толщина электродов, м.
6. Длина электролизера, м,
l = lпл + 2в1.
Таблица 16. Удельное сопротивление и допускаемая плотность тока в некоторых видах токопроводов
| Наименование материала | Удельное сопротивление, Ом·м | Допускаемая плотность тока, А/мм2 |
| Алюминий | 0, 026 – 0, 0029 | 2, 0 |
| Медь | 0, 0175 – 0, 018 | 3, 0 |
| Сталь | 0, 103 – 0, 14 | 1, 5 |
7. Высота пластины, м,
,
где nа – число анодных пластин, равное nпл/2.
8. Высота электрокоагулятора, м,
h = hпл + hн + hстр,
где hн – высота нейтрального слоя, равная 0, 3 м; hстр – высота строительного борта, равная ~ 0, 2 м.
9. Фактическая продолжительность пребывания жидкости в рабочей камере электролизера, ч,
,
где q'p – расчетный расход одного электролизера, м3/с; V' – рабочий объем одного электролизера с учетом объема, занимаемого электродами, м3;
V' = V – nпл hпл·d.
10. Скорость движения воды между электродными пластинами, м/с,
,
где W – рабочее сечение электролизера, м;
W = в·l – lпл·d·nпл.
2. 3. 4. Электродиализ
Очистка сточных вод электродиализом основана на том, что в электрическом поле катионы растворенных солей движутся к катоду, а анионы – к аноду. Схематично процесс электродиализа представлен на рис. 16.
Согласно закону Фарадея, на перенос 1 моль вещества затрачивается 96491 Кл электричества (26, 8 А·ч). Количество электричества, которое нужно затратить на очистку 1 м3 воды, содержащей начальную концентрацию солей Снач и после очистки Скон, будет равно, Кл,
|
|
|
.
Выразив количество электричества через силу тока I, А и время его протекания 
, ч, получим
Степень совершенства электролизатора характеризуется величиной выхода по току h, которая составляет 0, 7¸ 0, 9 в многокамерном электролизаторе, 0, 3¸ 0, 5 – в трехкамерном.
Очищаемая в электродиализаторах вода в большинстве случаев требует предварительной обработки.
Из сточной воды необходимо удалить грубодисперсные и коллоидные примеси, которые могут осаждаться в камерах и вызывать повышенную поляризацию мембран.
При высокой щелочности или повышенном содержании магния в исходной воде на мембранах или электродах возможно появление отложений СаСО3 или Mg(OH)2. Это приводит к увеличению омического сопротивления аппаратов. Борьбу с такими отложениями ведут путем подкисления промывной воды, подаваемой в катодную камеру, или исходной воды. Кроме того, сокращения отложения солей можно достигнуть путем переполюсовки электродиализатора, меняя полярность электродов на 2¸ 4 ч с интервалом в 24¸ 48 ч.
При высоком содержании в исходной воде сульфатов и ионов кальция в рассольном тракте возможно появление отложений гипса, не растворяющихся в кислоте. Устранение таких отложений может достигаться путем снижения концентрации рассола или частичного умягчения воды.
Рис. 16. Схема процесса электродиализа: 1 – катод; 2 – анод; 3 – выход газообразного водорода; 4 – подача воды на промывку катодной камеры; 5 – подача солоноватой воды в рассольные камеры; 6 – подача солоноватой воды в опреснительные камеры; 7 – подача воды на промывку анодной камеры; 8 – выход газообразных кислорода и хлора; 9 – отвод анолита; 10 – отвод очищенной воды; 11 – отвод концентрированного рассола; 12 – отвод католита
Необратимое накопление в мембранах поливалентных ионов, имеющих малую подвижность, приводит к «отравлению» мембран, т. е. к снижению их селективности и электрической проводимости. Частично удаляют их с мембран кислотой с последующим переводом в натриевую форму.
Чтобы продлить срок службы мембран, необходимо предварительно устранить из исходной воды вредные ионы. Так, рекомендуется не допускать в исходной воде содержания железа более 0, 3¸ 0, 5 мг/л, марганца более 0, 05 мг/л, взвешенных веществ более 1, 5 мг/л.
|
|
|
|
|
|
