Оборудование для защиты гидросферы: обоснование, выбор, расчеты (стр. 12 )

4.  Требуемая установленная мощность составит

Р = Iобщ ´ Е общ, кВт. (12.7)

5.  Для снижения концентрационной поляризации электродов и связанного с ней роста напряжения на электролизере и перерасхода электроэнергии движение воды в межэлектродном пространстве желательно осуществлять с достаточно высокой скоростью (> 0,03 м/с), обеспечивающей турбулизацию потока жидкости.

6.  При проектировании установок для электрохимической очистки сточных вод важным вопросом является обеспечение требуемой степени вентиляции производственного помещения, так как водород, выделяющийся при электролизе на катоде, может образовывать с воздухом взрывоопасную смесь. Нижний предел взрываемости соответствует 0,4 объемных процента водорода в воздухе. В соответствии с требованиями предельно допустимая взрывобезопасная концентрация (ПДВК) водорода в производственном помещении принимается 10 % от нижнего предела взрываемости, т. е. 0,04 объемных процента. Исходя из этого, ориентировочный расчет требуемой степени вентиляции осуществляется в следующей последовательности:

а) Объем водорода, выделяющегося на катодах при нормальном давлении, может быть определен по формуле

W = hк ´ cw ´ I , м3/ч, (12.8)

где hк – катодный выход по току, равный 0,9 ÷ 0,95; cw – объемный электрохимический эквивалент водорода, равный 0,00012 м3/Аžч; I ‑ величина тока, А; Т – температура сточных вод, оС.

б) Количество водорода, растворяющегося в сточных водах, может быть найдено из формулы

Wp = , м3/ч, (12.9)

где Q – расход сточных вод, м3/ч; 21,4 – объем водорода, растворяющегося в 1 м3 воды при Т = 0 оС и давлении 760 мм рт. ст.

в) Объем водорода, выделяющегося непосредственно в атмосферу, составляет

W H2 = W –Wр, м3/ч. (12.10)

г) Электролизер должен быть снабжен отдельным вентиляционным устройством, если в результате выделения водорода его содержание в воздухе производственного помещения может достигать ПДВК, т. е. 0,04 объемных процента.

д) При расчете возможной концентрации водорода в воздухе производственного помещения, кратность смены в нем воздуха в течение часа достигается в результате естественной или уже действующей в помещении механической приточной вентиляции. Концентрация водорода рассчитывается по формуле

= ´ 100, %, (12.11)

где К – кратность смены воздуха в производственном помещении в течение 1 часа; Wпр – объем производственного помещения, м3.

е) При оборудовании электролизера автономным вытяжным вентиляционным устройством его производительность определяется из условия разбавления выделяющегося водорода воздухом до концентрации его в отсасываемом воздухе < 0,4 объемных процента. В соответствии с этим производительность вентилятора составит

Qв = ( 300÷350) , м3/ч. (12.12)

ж) При выполнении требований, указанных в п. г-е, здание, в котором размещена электролизная установка, может быть отнесено к категории «Д» (невзрывоопасное).

Таким образом, при расчете аппаратов для электрообработки сточных вод в соответствии с указаниями данного раздела определяются требуемая степень вентиляции производственного помещения, а также значения Еобщ, I, Р и т. д.

Расчет электрокоагуляторов

Основными исходными параметрами для расчета следует принимать: производительность установки Q(м3/ч), продолжительность обработки сточных вод t (ч), плотность тока на электродах i (А/м2), удельное количество электричества Д (А/м3).

В табл.12.4 представлены оптимальные параметры электрокоагуляционной очистки некоторых категорий производственных сточных вод.

Расчет коагуляторов сводится к следующему.

1.Полезный объем электролизера

V = Q * t, м3 (12.13)

Таблица 12.4

Оптимальные параметры электрокоагуляционной очистки сточных вод

Сточные воды	Показатели	Эффекты очистки (%) (с учетом последующего осветления СВ)
рН	t, мин	Д, А ž ч/м3	I, А/дм2	Напряжение электролиза, В	Концентрация NaCl, г/л	Взвешенным веществам	Жирам
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Кожзаводов: Общий сток То же, без зольника	8-10 8-10	5-10 7-10	300 150-250	0,5-1 1-2	3-5 3-5	- -	98 96,5	95 93
Меховых фабрик: Общий сток Доочистка после химического коагулирования	8-10 8-10	5-7 3-5	100-300 50-100	1-2 1-2	2-4 2-4	- -	90 80	92 75
Фабрик технической кожи	6-7	10	15-25	0,5-0,7	5-8	-	97	98
Мясокомбинатов	8-9	3	80-120	1,5-2,2	8-12	-	95	96
Молокозаводов	6-8	3-5	100-150	0,3-0,4	10-12	-	92	97
Рыбоперерабатывающих предприятий (от тузлука)	6-8	10	-	0,5	5-8	20-30	91	92
Гальванических цехов (от хромировки)	3-5	5-18	-	0,5-2,0	6-12	0,5-1	-	-
Текстильных предприятий Сток от кислотно-протравного крашения Флотоконденсат	3-5 3-8	15-20 20-30	- -	0,1-0,2 0,5-1,0	8-10 8-10	0,3-0,5 2-3	- 92	- -
окончание таблицы 12.4
Заводов бытовой химии: Производства черной туши То же, гуашей То же, синтети-ческих средств	3-10 6-8 6	15 10 20	- - -	0,5-0,75 0,75 2-3	3-5 3-5 5-7	0,6 0,5 1,0	100 100 -	- - -
Производства стекловолокна	6-8	30	-	0,6	-	-	88	99

Примечание. Если расчетная ширина электродов окажется более 1 м, то в электролизере следует установить два иболее электродных блоков с шириной электродов 0,5-1 м.

2.  Общая поверхность анодных пластин

Sa = , м2, (12.14)

где - расстояние между соседними электродами (принимается равным 6 -10 мм), м; d - толщина одного электрода (принимается равной 3‑8 мм), м.

3. Общее количество анодов в электролизере

nа = , (12.15)

где S 1 – поверхность одного анода, м2.

4.Общее количество электродов

n э = 2 na +

5. Ширина блока электродов

d 2 = 2 * na * d1 + d (2na + 1), м. (12.17)

6. Ширина электролизера

d = d2 + 2 d3 = 2 nad1 + d (2na +1) + 2 d3, м, (12.18)

где d3 – расстояние между крайними электродами и стенками электролизера (принимается равным 0,002-0,003 м), м.

При совместном решении уравнений после подстановки ранее найденных численных значений V и Sа, а также значений d1 , d2 и d (м) определяются общее число анодов na и поверхность одного анода S1.

7.  Ширина электродов

lэ = , м, (12.19)

где h1 – высота рабочей части электрода, погруженной в жидкость (принимается равной 1-1,5 м), м.

8.  Длина электролизера

l = l1 + 2 d4, м, (12.20)

где d4 – расстояние между блоком электродов и торцевыми стенками электролизера (принимается равным 20-25 мм), м.

9.  При установке в электролизере нескольких электродных блоков длина электролизера определяется по формуле

l = k l1 + 2 d4 + d5 (k-1), м, (12.21)

где d5 – расстояние между соседними блоками электродов (при горизонтальном движении воды в электролизере принимается равным 0,,004 м); при движении воды снизу вверх и размещении электродных блоков в отдельных камерах расстояние между ними может быть увеличено); k – число электродных блоков.

10. Высота электролизера

Н = h1 + h 2 + h 3, м, (12.22)

где h2 - высота части электрода над уровнем жидкости (принимается равной 0,001 – 0,002 м), м; h3 – расстояние от кромки аппарата до электродов (принимается равным 0,2-0,3 м).

11. Общий объем электролизера

Vобщ = d´žl´ž´H, м

12. Скорость протекания воды между электродными пластинами при ее движении снизу вверх

u = , м/с. (12.24)

13. Расход металла электродов на единицу обрабатываемой

жидкости

m = , г/м3, (12.25)

где h1 - выход по току, определяется в каждом конкретном случае экспериментально и составляет 0,5 ÷ 0,95; А - электрохимический эквивалент г/А´ч (для железа Fe 2+ - 1,042; Fe 3+ - 0,606; алюминия - 0,336).

14. Вес металла электродной системы электрокоагулятора, который может быть использован при электролизе

М = g´žk2 ´ f´žs´žnэ, т, (12.26)

где g - удельный вес металла электродной системы, т/м3 (для железа g = 7,86; для алюминия = 2,58); k2 - коэффициент использования материала электродов (в зависимости от толщины электродных пластин принимается равным 0,6 ÷ 0,9); f – площадь одного электрода, м2.

15. Продолжительность работы электродной системы

Т1 = (12.27)

Расчет электрофлотаторов

Исходные данные для расчета – те же, что и для электрокоагуляторов. В некоторых случаях эти данные могут быть дополнены следующими параметрами: объемная плотность тока iоб (А/м3), плотность тока на единицу горизонтальной площади электрофлотатора i гор (А/м2).

В табл. 12.5 представлены оптимальные параметры процесса электрофлотации некоторых категорий сточных вод.

Таблица 12.5

Сточная вода	Показатели	Эффекты очистки (%) по
t, мин.	i , А/дм2	Материал электродов, А - анод, К - катод	Расход электро-энергии, кВтžч/м3	Взве-шенным вещест- вам	Жи-рам	ПАВ	Обесцвечиванию
Молоко заводов	10	0,5	А – ОРТА, К – нерж. сетка	1,0	52	60	-	-
Мясо- комбинатов	15	1,5	А - графит, К – нерж. сетка	0,15	74	80	-	-
Рыбопере-рабатывающих заводов (от тузлука)	10	0,5	Тоже	0,53	71	75	-	-
Красилноотделоных фабрик	30	1,5-2,0	А - ОРТА, К – нерж. сетка	1,0-2,0	50	-	65	40
Заводов бытовой химии: синтетических моющих средств; черной туши (после электрокоагуляции)	20-30 10-15	2-3 10-15	То же То же	1,0 0,5	- 98	- -	55 -	- 100

Последовательность расчета электрофлотаторов.