Оборудование для защиты гидросферы: обоснование, выбор, расчеты (стр. 13 )

1. Зная рабочий объем аппарата V определяем по формуле.

2.Площадь камеры флотации

Fф = , м2, (12.28)

где h ф – высота слоя обрабатываемой жидкости (принимается 0,8-1,1 м).

3.Общая высота электрофлотатора

Н = hф + h1 + h2, м, (12.29)

где h1 и h2 – соответственно высота слоя пены (принимается 0,05-0,15 м) и высота борта аппарата над уровнем пены (принимается, с учетом размещения устройств для удаления пены, 0,2-0,4 м).

4.Длина камеры флотации

Lф = , м, (12.30)

где В – ширина аппарата, м (принимается при производительности до 10 м3/ч – 0,8 ÷ 1,0 м; до 20 м3/ч – 1,5 ÷ 2,0 м; до 50 м3/ч – 3,0 ÷ 3,5 м). Для более удобной компоновки Lф = (3÷4) В.

5.Общая длина аппарата

L = Lф + L1, м, (12.31)

где L1 – длина сборного кармана очищенной жидкости (принимается 0,15‑0,3 м).

6.Число электродов (пластинчатых вертикально расположенных у дна):

а) анодов – na = , м, (12.32)

б) катодов – nк = , м, (12.33)

где а – расстояние от стенки аппарата до края электрода (принимается 0,03 ÷ 0,05 м); b 1- толщина катодов (принимается 0,3÷0,5 мм); b2 - толщина анодов (принимается: для графита 0,02÷0,04 м, для ОРТА и других металлов 0,1÷0,5 см); с – межэлектродное пространство (0,05÷0,02 м).

7. Активная площадь одного вертикального электрода, без учета площади торцов

ƒ = 2h ž l1, м2, (12.34)

где h – высота электрода (принимается 0,1 ÷ 0,15 м); l1 – длина электрода (принимается равной Lф – 0,1), м.

8.Активная площадь горизонтально расположенных электродов

ƒ а`= ƒк`= ( L ф -0,1) ( В – 0,1), м2. (12.35)

9. Сила тока на электрофлотатор:

I = iоб ž V; I = i гор žFф; I = ia žƒa žna; I = iк žƒк žnк, А. (12.36)

10. Вес электродной системы

М = g к ž ƒ к ž b 1 ž n к+ gа ž ƒ а žb 2 ž n а, т, (12.37)

где g к и g а – соответственно удельные веса катодного и анодного материалов, т/м3 (для графита g = 1,5).

10.  Продолжительность работы электродной системы может быть определена по формуле или для случая применения графитовых анодов

Т = k = k , сут, (12.38)

где k – коэффициент использования графитовых анодов (0,8 ÷ 0,9); qгр ‑ износ графита – 85 мг/Аžч.

Расчет аппаратов для электрохимической деструкции

Аппараты для электрохимической деструкции рекомендуется применять при очистке сточных вод, содержащих растворимые химически стойкие органические загрязнения.

В табл. 12.6 представлены оптимальные параметры электрохимической деструкции некоторых категорий сточных вод в электролизере с анодами ОРТА и катодами Ст.3 или нержавеющей стали.

Расчет аппаратов для электрохимической деструкции может быть произведен двумя способами.

Первый способ заключается в определении основных размеров аппарата по оптимальной продолжительности процесса очистки сточных вод, а также в подборе выпрямительных устройств по вычисленным в соответствии с указаниями значениями Iобщ, Еобщ и Р. Этот способ аналогичен способу расчета электрокоагуляторов и электрофлотаторов.

Второй способ базируется на предварительном выборе выпрямительного устройства, в соответствии с выходными электротехническими показателями которого производится весь расчет.

Ниже представлен пример расчета электролизера для очистки сточных вод красильно-отделочных фабрик по второму способу.

1.  С целью обеспечения максимальной производительности электролизера принимаем один из мощных выпрямителей, выпускаемых отечественной промышленностью, ВАКГ – 12/6-3200 (см. табл. 12.3).

2.  С целью обеспечения максимальной производительности электролизера принимаем один из мощных выпрямителей, выпускаемых отечественной промышленностью, ВАКГ – 12/6-3200 (см. табл. 12.3).

Таблица 12.6

Оптимальные параметры электрохимической деструкции сточных вод

Сточная вода	Показатели	Эффекты очистки (%) по
t , мин.	iа, А/дм2	СNa Cl, г/л	Обесцве- чиванию	ХПК	ПАВ	Фенолу	Хлоро-фосу
Красильно-отде-лочных фабрик: Общий сток Сильнозагрязненный поток (отработанные красильные растворы и первые промывные воды) Флотоконденсат после электрокоагуляции	5 10-15 30-45	0,1-1,5 1,5-2,0 2,0	3 5 20	97 98,5 99	85 87 85	80 80 85	- 100 -	- - -
Заводов бытовой химии: Производства чернил и цветной туши Производства хлорофоса	5-10 5-10	2,0 5,0	3 50	До 100 -	90 95	- -	- -	- 100
Заводов тонкого органического синтеза: Производства нафтасалола Производства компонента пурпурная -6	60 120	5,0 5,0	5 40	- -	90 85	- -	100 -	- -
Производства органических красителей: Активного алого Прямого черного - 2С	120 120	2,0 2,0	35 150	92 99	- 80	- -	- -	- -

3.  Определение производительности электролизера

а) Производительность по гипохлориту натрия

GNaClO = I ža žh= 3200 ž1,386 ž0,7= 3100 г/ч=3,1 кг/ч, (12.39)

где I - нагрузка на электролизер по току, 3200 А; a - электрохимический эквивалент гипохлорита натрия; 1,386 г/Аžч; h - выход по току (принимается 0,7).

б) Производительность по активному хлору

G Cl = = 3,1 ž71/ 71,5 = 2.95 кг/ч, (12.40)

где МNaClO - молекулярный вес гипохлорита натрия; одна грамм-молекула гипохлорита натрия соответствует 35 х 2 =71 грамму активного хлора;

в) Производительность электролизера по водороду

G H2 = , м3/ч, (12.41)

где a - электрохимический эквивалент водорода, a = 0,0376 г/Аžч; h ‑ выход по току (0,9 ÷ 0,98); М – молекулярный вес водорода; tэ ‑‑температура электролита, оС.

По величине GН2 определяется необходимая степень вентиляции производственного помещения.

4.  Определение удельного расхода электроэнергии

а) Напряжение на электролизере Еобщ определяется по формуле.

В результате проведенных исследований сумма

(j а + j к + hа + hк) (12.42)

на анодах ОРТА и катодах Ст. 3 при С NaCl в электролите до 5 г/л и iа = 2 А/дм2 оценивается не более 4 В.

Падение напряжения в электролите для наиболее пространственного случая, когда плоские электродные поверхности расположены параллельно друг другу, определяется по формуле:

Е эл = i žr žl žk , (12.43)

где i – плотность тока, А/см2 ; r - удельное сопротивление электролита, Ом+1´см+1; l – расстояние между электродами, см; k – коэффициент увеличения удельного сопротивления электролита вследствие газонаполнения.

Падение напряжения в электролите в соответствии с формулой составит

Еэл. = i žr žl žk = 0,02 ž1,1 ž102 ž0,7 ž1,2 = 1,85 В, (12.44)

где iа – анодная плотность тока (принимается по табл.12.6 равной 0,02 А/см2 ); r – удельное сопротивление электролита, равное обратной величине удельной электропроводности сточных вод g; g - удельная электропроводность общего стока красильно-отделочных фабрик после добавления 5 г/л NaCl, по данным исследований ЛИСИ, составляет

0,8 ž 10-2÷1 ž10-3 Ом -1 žсм-1,

тогда

r = = »1,1 ž102 Омžсм; (12.45)

l – межэлектродное расстояние, принимаем по конструктивным соображениям 0,7 см; k – коэффициент газонаполнения (принимаем 1,2).

Напряжение на электродах составит

Еобщ = 4+1,85 = 5,85 В.

Величины падения напряжения в материалах анода и катода, а также падения напряжения в контактах, подводящих ток к электродам, в данном расчете не учитываем, считая сопротивление металлических проводников в электролизере ничтожно малым.

б) Удельный расход электроэнергии:

- на 1 м3 очищенного стока определяется по формуле

W= , (12.46)

где W – удельный расход электроэнергии, Вт žч на 1 л или кВт žч на 1 м3 стока; I – ток, А; t – продолжительность электролиза, ч; Eобщ - напряжение на электролизере, В; Q – объем сточной жидкости, обрабатываемой за время в л или м3.

- на 1 кг активного хлора

Wакт. хл. = = = 6.5 кВтžч/кг акт. хлора.

5.  Определение общей рабочей поверхности анодов

Sa = = 3200/200 = 16 м2,

количество анодных пластин

Na = , (12.47)

где ha и la – соответственно высота и длина рабочей поверхности анода, м; z ‑ число рабочих сторон анода (принимается равным двум).

Принимая по конструктивным соображениям = 1÷2, определяем общее количество анодных пластин.

6.  Число ячеек электролизера

N = 2žna. (12.48)

6. Продолжительность пребывания сточных вод в электролизере:

t = u žla žN, ч, (12.49)

где u – скорость движения сточных вод в межэлектродном пространстве

u = , м/ч. (12.50)

7.  Тепловой расчет

а) Тепло, выделяющееся в электролизере

Q = I (Eобщ – Е р), (12.51)

где Ер – напряжение разложения хлорида натрия (при i = 2 А/дм2 составляет 2,1 В).

б) Нагрев электролита в электролизере

Dt = , оС , (12.52)

где С и d – соответственно теплоемкость (ккал/кг оС) и удельный вес (кг/м3) электролита.

Ввиду небольшой концентрации NaCl в сточных водах (5 г/л) значения этих величин принимаются как для воды (С= 10 ккал/кг оС; d ‑ 1,1 × 10 3 кг/м3).

Литература

1.  Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов/А. Аширов. Л.: Химия, 1983.295 с.

2.  Воронов и интенсификация работы канализационных очистных сооружений/ . М.: Стройиздат, 19с.

3.  Гвоздев производственных сточных вод и утилизация осадков/, . М.: Химия, 19с.

4.  Герасимов сточных вод общего стока нефтеперерабатывающих заводов постоянным электрическим током с применением флотации/.//Сб. трудов Уфимского нефтяного института. Вып. 3. Уфа, 1969. С.231-241.

5.  Громогласов : процессы и аппараты/ , , . М.: Энергоатомиздат, 19с.

6.  Гюнтер /, . М.: Стройиздат, 19 с.

7.  Евилевич осадков сточных вод/, . Л.: Стройиздат, 19с.

8.  Жуков очистки производственных сточных вод/ , , . М.: Стройиздат, 19с.

9.  Коробкин / , . Ростов н/Д: Феникс, 20с.

10.  Ласков расчетов канализационных сооружений/ Ю. М.. М.: Высш. шк., 19с.

11.  Ливчак окружающей среды/ , . М.: Стройиздат, 19с.

12.  Малоотходные процессы и охрана окружающей среды в металлургии редких металлов / , , . М.: Металлургия, 19с.

13.  Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов: учеб. пособие для вузов/ , , . М.: Химия, 19с.

14.  Оценка и регулирование качества окружающей среды и природной среды/Под ред. , . М.:НУМЦ Минприроды России, Издат. дом «Прибой», 19с.

15.  Очистка производственных сточных вод/, , . М.: Стройиздат, 19с.

16.  Очистка сточных вод (примеры расчетов): учеб. пособие / , , и др. Минск: Высш. шк., 19с.

17.  Пономарев сточных вод нефтеперерабатывающих заводов/ , , . М.: Химия, 19с.

18.  Порядин в системах центрального водоснабжения/ . М.: НУМЦ Минприроды России, Издат. дом «Прибой», 19с.

19.  Проскуряков сточных вод в химической промышленности/, . Л.: Химия, 19с.

20.  Пушкарев -химические особенности очистки сточных вод от поверхностноактивных веществ/ , . М.: Химия, 19с.

21.  Родионов защиты окружающей среды/ , , . М.: Химия, 19с.

22.  Родионов процессы экологической безопасности (Основы энвайроменталистики)/ , , . Калуга: Изд-во , 20с.

23.  Скирдов сточных вод в гидроциклонах/ . М.: Стройиздат, 19с.

24.  , Генкин сточных вод в процессе обработки металлов/ , . М.: Металлургия, 19с.

25.  СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, 19с.

26.  Справочник по очистке природных и сточных вод / , , и др. М.: Высш. шк., 19с.

27.  Туровский осадков сточных вод/ . М.: Стройиздат, 19с.

28.  , Шифрин / , . М.: Высш. шк, 19с.

29.  Электрохимическая очистка сточных вод. Теоретические основы. Примеры практического применения: учеб. пособие / Под ред. , . Л.: Изд-во ЛТИ, 19с.

30.  Яковлев / . М.: Стройиздат, 19с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Ориентировочное распределение притока сточных вод

от промышленного предприятия, %

Цех	Часы смены	Итого
1	2	3	4	5	6	7	8
Холодный	12,5	6,25	6,25	6,25	18,75	37,50	6,25	6,25	100%
Горячий	12,5	8,12	8,12	8,12	15,65	31,25	8,12	8,12	100%

Приложение 2

Максимально допустимая для биологической очистки

концентрация некоторых веществ

Вещество	Эффективность удаления на очистных сооружениях, %	Концентрация, максимально допустимая для биологической очистки, мг/л	Возможная концентрация в бытовых сточных водах
Алюминий	-	5	0,5
Железо	80	5	1...2
Жиры	70	50	30...50
Кадмий	50	0,1	-
Медь	80	0,5	0,01...0,03
Никель	50	0,5	-
Фенол	95	15	-
Хром3+	80	2,6	-
Цинк	70	1,0	0,02...0,03
Мышьяк	50	0,1	-
Свинец	50	0,1	-
Кобальт	50	1,0	-

Приложение 3

Количество воды водоемов

Таблица П 3.1