Расчет электрокоагулятора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………………….....3

1. Анализ методов очистки сточных вод……………………………..……………......6

1. Флотация воды…………………………………………………………………...6
2. Флотофильтрация воды…………………………………………………………8
3. Напорная флотация…………………………………………………………….10
4. Коагуляция воды……………………………………………………………….11

2. Технологические  схемы  очистки сточных вод…………………………………...16

     2.1 Эксплуатация электрокогуляционных установок…………………………….16

2.2 Технология очистки сточных вод от следов тяжелых металлов ……………29

2.3 Комбинированная схема очистки производственных сточных вод с использованием  электрофлотокоагулятора (ЭФК)………………………………34

2.4 Комбинированная схема очистки производственных сточных вод с использованием  электрофлотатора (ЭФ)…………………………………………36

2.5 Электрофлотокоагуляция сточных вод ……………………………………….37

3. Расчет и проектирование электрокоагулятора…………………………………….40

3.1 Электрохимический  расчет…………………………………………………….40

3.2 Выбор  габаритов электролизной ванны………………………………………41

3.3 Расчет  объема отсасываемого воздуха………………………………………...44

3.4 Результат  расчета электрокоагулятора………………………………………..44

4. Требования  техники безопасности при эксплуатации очистных сооружений….45

Заключение……………………………………………………………………………..49

Список используемых источников……………………………………………………50

Приложение А………………………………………………………………………….52

Приложение Б ………………………………………………………………………….53

 

 

 

 

Введение

 

        Сточные воды — любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых мест через систему канализации или самотёком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека[1].

Сточные воды могут быть классифицированы по следующим признакам:

1. по источнику происхождения:

• производственные (промышленные) сточные воды (образующиеся в технологических процессах производств), отводятся через систему промышленной или общесплавной канализации

• бытовые (хозяйственно-бытовые) сточные воды (образующиеся в результате бытовой жизнедеятельности человека), отводятся через систему хозяйственно-бытовой или общесплавной канализации
• поверхностные сточные воды (делятся на дождевые и талые - образующиеся при таянии снега, льда, града), отводятся, как правило, через систему ливневой канализации. Так же могут называться «ливневые стоки»

Производственные сточные воды, в отличие от атмосферных и бытовых, не имеют постоянного состава и могут быть разделены:

2. по составу загрязнителей на:

• загрязнённые по преимуществу минеральными примесями

• загрязнённые по преимуществу органическими примесями
• загрязнённые как минеральными, так и органическими примесями

3. по концентрации загрязняющих веществ:

• с содержанием примесей 1—500 мг/л
• с содержанием примесей 500—5000 мг/л
• с содержанием примесей 5000—30000 мг/л
• с содержанием примесей более 30000 мг/л[1].

        Очистка сточных вод - это разрушение или удаление из них определённых веществ, обеззараживание и удаление патогенных организмов.

       Существует большое многообразие методов очистки, которые можно разделить на следующие основные группы по основным используемым принципам:

механические. Они основаны на процедурах процеживания, фильтрования, отстаивания, инерционного разделения. Позволяют отделить нерастворимые  примеси. По стоимости механические методы очистки относятся к одним  из самых дешёвых методов.

• химические. Применяются для выделения из сточных вод растворимых неорганических примесей. При обработке сточных вод реагентами происходит их нейтрализация, обесцвечивание и обеззараживание. В процессе химической очистки может накапливаться достаточно большое количество осадка.
• физико-химические. При этом используются процессы коагуляции, окисления, сорбции, экстракции, электролиза, ионообменной очистки, обратного осмоса. Это высокопроизводительный способ очистки, отличающийся высокой стоимостью. Позволяет очистить сточные воды от мелко- и грубодисперсных частиц, а также растворённых соединений.
• биологические. В основе этих методов лежит использование микроорганизмов, поглощающих загрязнители сточных вод. Применяются биофильтры с тонкой бактериальной плёнкой, биологические пруды с населяющими их микроорганизмами, аэротенки с активным илом из бактерий и микроорганизмов.

      Часто применяются комбинированные методы, использующие на нескольких этапах различные методы очистки. Применение того или иного метода зависит от концентрации и вредности примесей[1,2].

       Производственные сточные воды после соответствующей очистки могут быть повторно использованы в технологическом процессе, для чего на многих промышленных предприятиях создаются системы оборотного водоснабжения либо замкнутые (бессточные) системы водоснабжения и канализации, при которых исключается сброс каких-либо вод в водоёмы. Большое народно-хозяйственное значение имеет внедрение технологии комплексной безотходной переработки сырья (особенно на предприятиях химической, целлюлозно-бумажной и горно-обогатительной промышленности). Перспективны методы физико-химической очистки (коагулирование, отстаивание, фильтрация) в качестве самостоятельных способов очистки или в сочетании с биологической очисткой, а также методы т. н. дополнительной обработки (сорбция, ионообмен, гиперфильтрация, удаление азотистых веществ и фосфатов и др.), обеспечивающей весьма высокую степень очистки сточных вод перед спуском их в водоёмы или при использовании сточных вод в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Эффективны методы термического обезвреживания и переработки высоко концентрированных стоков во вторичное сырьё, а также способ закачки стоков в глубокие, надёжно изолированные подземные горизонты.

        Имеющиеся в сточных водах (преимущественно бытовых) в значительном количестве вещества, содержащие азот, калий, фосфор, кальций и др. элементы, являются ценными удобрениями для сельскохозяйственных культур, в связи с чем сточные воды используются для орошения сельскохозяйственных земель.    Целесообразно обезвреживание сточных вод на станциях биологической очистки производить с подачей очищенных сточных вод на поля. Осадки сточных вод после соответствующей обработки (сбраживание, сушка) обычно используют в качестве удобрений[2].

      

 

 

 

 

1. Анализ методов  очистки сточных вод

      1.1 Флотация воды. 
      Флотация – это очистка воды путем сложного физико-химического процесса, в отличии от более простого - УДВ ультрофиолетовой фильтрации воды, в котором можно выделить следующие этапы:

• образование комплекса, состоящего из частицы  искомого вещества и пузырька воздуха или газа;

• всплывание этого  соединения;

• ликвидация полученного  слоя.

       Соединение частицы и пузырька газа в ходе флотации воды также проходит в три этапа:

• сближение пузырька и частицы в жидкой среде;

• их взаимодействие;

• прикрепление  пузырька к частице. 

       Существуют два основных направления в применении флотации воды:

• обогащение полезных ископаемых;
• флотация сточных вод.

       Флотация сточных вод  осуществляется благодаря равнонаправленному движению двух потоков: очищаемой жидкости и пузырьков воздуха. Поскольку  частицы загрязнений распределены по всему рабочему объему, задача флотации сточных вод состоит в соединении  с ними пузырьков в процессе совместногодвижения[3].  
       Примечательно, что основным фактором эффективности такого метода очистки воды, как флотация, является размер пузырьков воздуха. Строгое его ограничение обусловлено тем, что при  существенном различии между частицей и пузырьком (в пользу последнего), они будут обладать разными скоростями, что не позволит частицам загрязнения соединиться с пузырьками воздуха в ходе флотации сточных вод. Этот способ позволяет производить очистку воды, если применение ультрафильтрации невозможно или не целесообразно. 
       Существует множество способов флотации воды,  которые отличаются  характером образования комплекса частица-пузырек: 
1.    Пузырьки образуются из пресыщенных растворов воздуха в водной среде:

• Вакуумная флотация – очистка воды, основанная на понижении давления в установке для флотации воды. При снижении давления ниже атмосферного  растворенный в воде воздух выделяется. В результате возникновения спокойной среды взаимодействия, в процессе флотации воды образуются прочные соединения пузырьков и  частиц, которые достигают поверхности неповрежденными. 

       К недостаткам метода можно отнести технические сложности, с которыми сопряжена флотация сточных вод; они связаны с созданием вакуума и сильной герметизации установки для флотации сточных вод. 

• Напорная флотация – очистка воды, основанная на насыщении воды кислородом с последующим осуществлением вышеописанных этапов. Напорная флотация воды, которая проводится без добавления специальных химических веществ, называется физической. 

       Однако в ходе напорной флотации сточных вод могут применяться и реагенты; в таком случае метод будет физико-химическим. Использование химических добавок имеет свои сильные и слабые стороны. С их применением возможна биологическая очистка воды. С другой стороны, они повышают качество напорной флотации воды, но ведут к образованию отложений, которые  необходимо устранить впоследствии[3].  
       Одним из наиболее популярных способов напорной флотации сточных вод в силу своей простоты является насыщение воздухом всего потока воды. Насыщенная воздухом сточная вода попадает в специальный резервуар, где воздух растворяется. В ходе напорной флотации сточных вод не растворившиеся пузырьки отделяются от воды. Образуются пузырьки в редукционном клапане, поддерживающем постоянное давление. 
       Агрегация пузырьков и частиц  в процессе напорной флотации  сточных вод осуществляется во флотационной камере. В отстойной камере  сточная вода разделяется на фильтрат и шлам, который затем  устраняется в камеру пены, в то время как очищенная вода выводится через перфорированную трубу.  
       К недостаткам данного способа напорной флотации сточных вод можно отнести технические сложности, связанные с перекачкой всего объема сточных вод под большим давлением. Кроме того в процессе перекачки сточных вод с помощью центробежного насоса смолы и нефтепродукты эмульгируются. 
       Не решает этой проблемы и другой способ напорной флотации воды – насыщение части потока жидкости воздухом. Преимуществом данного способа напорной флотации воды можно  считать низкие энергозатраты.  Третий метод флотации воды состоит в насыщении воздухом части отфильтрованной воды и смешивании ее с еще не очищенными сточными водами, что позволяет повысить качество очистки. Но на выходе такой системы рекомендуется поставить установки УДВ, установки ультрафиолетовой дезинфекции воды.[7] 
2.    Пузырьки образуются в результате механического дробления воздуха:

• флотация воды механическими турбинами-импеллерами
• флотация воды форсунками
• флотация воды  с подачей воздуха через пористые пластин
• каскадная флотация воды 

3.    Электрофлотация – очистка воды путем пропускания через нее электрического тока, который изменяет химический состав сточных вод и насыщает жидкость пузырьками воздуха[2, 4].

 

      1.2 Флотофильтрация воды

 

       Флотофильтрация – это совмещение в одной системе нескольких технологических процессов: коагуляция, флокуляция, флотация, фильтрация через песок и промывка. Поэтому основой ступенью очистки в системе флотофильтрации выполняет напорная флотация, а песчаная загрузка - роль фильтра доочистки. Основная масса загрязнений (свыше 95%) удаляется из воды напорной флотацией. Для повышения эффективности очистки воды, в систему флотофильтрации подаются растворы коагулянта и флокулянта. Перед тем как поступить в аппарат, обработанная химикатами очищаемая вода смешивается с водой, насыщенной воздухом. В систему подается вода и воздух от компрессора.                    После смешения очищаемой воды из реки с насыщенной воздухом водой и снятия давления, в воде образуется огромное количество мельчайших пузырьков, сорбирующихся на поверхности частиц загрязнений и поднимающих их на поверхность. Образовавшиеся на поверхности воды загрязнения постоянно удаляются специальным приспособлением, обеспечивающим аккуратный съем шлама и благодаря этому отсутствует вторичное загрязнение. Далее вода с остаточными загрязнениями (3-5%) поступает на фильтрацию. В качестве загрузки фильтров используется щебень - песок или комбинированные загрузки, щебень - песок – гидроантрацит, щебень - песок – сорбционно-каталитические загрузки, в зависимости от требуемого качества воды и специфических загрязнений исходной воды. При этом слой фильтрующей загрузки почти в два раза меньше чем в классическом фильтре. Для обеспечения непрерывной работы флотофильтра, фильтрационная часть установки разделена на несколько автономных сегментов, которые промываются раздельно. При промывке одного сегмента остальные продолжают работу в режиме фильтрации. Промывка фильтрующей загрузки осуществляется противотоком воды от промывного насоса. Подаваемый от воздуходувки воздух, разрыхляет фильтрующую загрузку и готовит ее к промывке.      Промывная вода частично может сбрасываться в емкость шлама, а вторая – возвращаться в флокуляционную ванну флотофильтра. Промывка флотофильтра полностью автоматизирована. Таким образом, в установке совмещается ряд непрерывных химических и физических(флотация и фильтрация) процессов, с периодическим процессом очистки песчаной загрузки без остановки аппарата и потери его производительности[3, 15].