Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Электрокоагуляция со стружечными электродами.

Гальванокоагуляция

 

Разновидностью электролитической коагуляции является электрореагентная коагуляция, при которой взаимодействие примесей воды осуществляется под действием тока за счет введения пониженных по сравнению с расчетными дозами химических реагентов. При этом возможно использование растворимых или нерастворимых (графит, ОРТА и др.) анодов, а также растворимых катодов, например алюминиевых. С введением коагулянта повышается концентрация электролита и соответственно его электропроводность, что снижает энергетические затраты на процесс. Кроме того, химически образующиеся гидроксиды металлов под воздействием электрического тока приобретают более активные свойства, чем при обычной коагуляции. Электрохимически генерируемые гидроксиды конденсируются на «затравке», образующихся частицах при гидролизе коагулянтов. Сродство структур улучшает молекулярное и адсорбционное взаимодействия между ними.

Электродом может служить и металлическая стружка, загружаемая в специальные кассеты с графитовым токопроводом. Наработанный таким образом коагулянт собирается в емкости, откуда дозируется в обрабатываемую воду. Такие электрокоагулянты обеспечивают стабильный выход при низких затратах энергии. Однако получаемый коагулянт имеет пониженную коагулирующую и адсорбционную способности в связи с длительным хранением, а также повышенное солесодержание обрабатываемой воды при использовании концентрированных электролитов. Перспективно применение отходов производства, в частности, металлической стружки для генерации коагулянта. Предложены аппараты, в которых над слоем стружки располагают диэлектрическую перфорированную пластину, сверху которой расположен катод, а в пространство между ними подают обрабатываемую воду. Однако в таких аппаратах возможно зашламовывание межстружечного пространства. Для предотвращения этого производят растворение металла в анодной зоне при pH = 4 - 5. Ионы металла мигрируют в катодную зону под действием поля.



Другой разновидностью процесса являются аппараты, совмещающие процессы изменения pH обрабатываемой воды и растворения стружки. Анодное (катодное) растворение металла происходит в кислой (щелочной) среде, получаемой за счет предварительного подкисления (подщелачивания) обрабатываемой воды в электролизере с неактивной диафрагмой. Стабильная генерация ионов металла возможна при снижении pH растворов, контактирующих с растворяющимся металлом до значений, обеспечивающих предотвращение образования нерастворимых соединений на границе «электрод-раствор».

В последние годы получает все большее распространение метод гальванокоагуляции. Генерация коагулянта производится во вращающихся, частично погруженных в обрабатываемую воду, барабанах. В последние помещают смесь железной и медной стружки, образующую гальванопару. Соотношение масс железной и медной стружки – 2,5:1, оптимальное pH – 2 - 4, скорость вращения барабана – 30 - 60 об/мин.

Вращение барабана обеспечивает контакт стружки с воздухом и очищает ее поверхность от продуктов реакции. Такие методы применяются при очистке сточных вод от примесей тяжелых металлов. Вместо медной стружки применяют измельченный активированный уголь, частицы кокса и т.д. К преимуществам гальванокоагуляции следует отнести отсутствие затрат электроэнергии на процесс электролиза. Однако для проведения процесса требуются аппараты больших габаритов, создающие значительный шум и вибрацию. Для очистки сточных вод с расходом 2 - 4 м3/ч требуется барабан длиной 3,5 м и диаметром 1,2 м, а рост расхода сточной воды до 10 м3/ч требует увеличения длины барабана до 10 м. Общий расход энергии на очистку 1 м3 воды достигает 1 - 2 кВт-ч.


Электрофлотация

 

При электрофлотации электролитически полученные газовые пузырьки всплывают в объеме жидкости, взаимодействуют с частицами загрязнений, в результате чего происходит их взаимное слипание. Это обусловлено уменьшением поверхностной энергии флотируемых частиц и пузырьков газа на границе раздела фаз «жидкость-газ». Плотность образующихся агрегатов меньше плотности воды и они транспортируются на поверхность жидкости, где накапливается флотошлам. Физико-химические процессы, имеющие место в электрофлотационной очистке сточных вод, включают в себя электролитическую генерацию пузырьков, слипание газовых пузырьков и частиц загрязнений, транспортирование агрегатов «пузырек-частица» на поверхность жидкости.

Чаще всего определяющей стадией электрофлотационного процесса является адгезия газовых пузырьков и частиц загрязнений, которая происходит на молекулярном уровне. Сближение частицы и пузырьков происходит за счет внешних сил, например гидродинамических, а когда расстояние между ними уменьшается до 10-6 мм, начинают действовать молекулярные силы. Прилипание частицы к пузырьку сопровождается резким уменьшением поверхностной энергии пограничных слоев и возникновением сил, стремящихся уменьшить поверхность смачивания. Процесс флотации протекает тем интенсивнее, чем больше поверхность газовых пузырьков и площадь их контакта с выделяемыми частицами. При одинаковой газонаполненности жидкости суммарная поверхность более мелких пузырьков больше, а расстояние между контактирующими составляющими системы меньше, что приводит к росту вероятности их столкновения.

Основную роль в процессе флотации играют пузырьки водорода, выделяющиеся на катоде. Размер и интенсивность выделения пузырьков водорода зависят от состава и температуры электролита, поверхностного натяжения на границе раздела фаз «электрод-раствор», материала электродов, их формы и шероховатости поверхности, плотности тока. Размер пузырьков в момент их отрыва от электрода зависит от величины смачивания (рис. 6.4). Кроме того, на величину пузырьков, на кинетику роста и отрыва пузырьков влияет электрическое поле. За счет избытка ионов OH в прикатодном слое пузырьки водорода приобретают отрицательный заряд, что обусловливает их отталкивание от поверхности электрода. Более быстрый рост и отрыв пузырьков происходит на неровностях, выступах электродов, где наблюдается большая напряженность электрического поля.

Для повышения эффективности флотации применяют проволочные электроды. Известно, что на эффективность флотации влияет газонаполненность обрабатываемой жидкости. Чем меньше диаметр проволочного катода, тем ниже перенапряжение выделения водорода, мельче образующиеся пузырьки и выше газонаполнение системы. Поэтому при электрофлотации целесообразно применять электроды с развитой поверхностью в виде металлических сеток, пористых металлокерамических материалов, насадок и т.д.

Число образующихся пузырьков nn в электрофлотационной установке можно определить по формуле

(6.15)

где – постоянная, значение которой включает в себя все неизменяющиеся параметры процесса, т.е.

, (6.16)

где – электрохимический эквивалент вещества; – продолжительность электролиза; – радиус пузырька; – плотность газа; – высота слоя обрабатываемой жидкости над электродным блоком; – катодная плотность тока.

Рис. 6.4. Зависимость величины пузырьков газа от величины краевого угла смачивания в момент отрыва на электродах.

Из приведенных формул следует, что концентрация пузырьков водорода зависит только от катодной плотности тока.

Изменение концентрации взвешенных частиц по высоте рабочей камеры электрофлотатора в зависимости от продоолжительности процесса при некоторых допущениях может быть описано следующей формулой:

(6.17)

где – концентрация свободных взвешенных частиц, к которым еще не прилипли пузырьки воздуха; – высота слоя жидкости; h – высота слоя пены; – продолжительность электролиза; – исходная концентрация частиц; – коэффициент пропорциональности.

Скорость электрофлотации в значительной степени зависит от температуры жидкости. Повышение температуры приводит к снижению перенапряжения водорода примерно на 2 - 3 мВ на каждый градус, соответственно повышение температуры от 20 до 70 - 80 °С снижает h для большинства металлов на 30 - 40 %. При таких условиях уменьшаются вязкость жидкости и поверхностное натяжение на границе раздела фаз, что ускоряет процесс флотации.

Электрофлотация находит применение при очистке сточных вод кожевенных и меховых производств, текстильных и пищевых предприятий, целлюлозно-бумажных и нефтеперерабатывающих заводов и др. Она также используется при уплотнении избыточного активного ила биологических очистных сооружений. Эффективность очистки по различным примесям колеблется от 60 до 90 %.

Продолжительность электрофлотационной обработки сточных вод может изменяться в широких пределах в зависимости от вида загрязнений – от нескольких минут до часа при расходе энергии до 1 кВт.ч/м3. В качестве анодов применяется ОРТА, катодов – нержавеющая сталь.

Метод электрофлотации имеет ряд преимуществ: простоту изготовления аппаратов и их обслуживания, возможность регулировать степень очистки в зависимости от фазово-дисперсного состава загрязнений путем изменения плотности катодного тока, высокую степень дисперсности пузырьков газа и высокую эффективность прилипания к ним частиц, отсутствие вращающихся частей оборудования в рабочей зоне, дополнительную минерализацию органических загрязнений с одновременным обеззараживанием сточных вод за счет атомарного кислорода и активного хлора - продуктов электролиза. Вместе с тем необходима предварительная очистка стоков от грубодисперсных загрязнений, очистка поверхностей электродов, не всегда обеспечивается требуемая степень очистки сточных вод.

 






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.