Расчёт количественных характеристик электрокоагуляции при очистке сточных вод гальванического производства от ионов никеля (II)

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.Масса никеля равна (m) 58,69 г/моль. Плотность – 8,9 г/см3, стандартныйпотенциал В – 0,03 Ом*м, допускаемая плотность тока – 1,095 г(А*ч), рН раствора –7,6.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; 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, мl = lпл + 2в1.7. Высота пластины, м, , где nа – число анодных пластин, равное nпл/2.8. Высота электрокоагулятора, мh = 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, чV' = V – nплhпл·d., где q'p – расчетный расход одного электролизера, м3/с; V' – рабочий объем одного электролизера с учетом объема, занимаемого электродами, м3;10. Скорость движения воды между электродными пластинами, м/с,W = в·l – lпл·d·nпл., где W – рабочее сечение электролизера, м.Рассчитаны важнейшие показатели эффективности метода электрокоагуляции (Таблица 2), к которым относятся удельная нагрузка на ион а, эффективность очистки воды Э и удельные затраты электроэнергии р, определяемые по формуле: где U - напряжение на ячейки, В; W - объем обрабатываемой воды, см3 [29].Для того, чтоб извлечь 1 г никеля (II) из сточных вод расход алюминия составит 3,2 г, расход электричества – 9,5 А*ч, удельный расход электроэнергии – 0,9 Втс*м3..На процесс электрокоагуляции влияет: плотность тока, скорость движения сточной воды, от перемешивания и концентрации ионов никеля (II) в растворе.Максимальная величина сорбции ионов никеля (II) на хлопьях гидроксида алюминия происходит при плотности тока – 1,6мА/см2[28]. Выводы1) Из анализа научно-технической литературы следует, чтоврезультатедеятельности гальванического производства, происходит загрязнение окружающей среды, в том числе и тяжелыми металлами. Больше всего сбросов происходит со сточными водами. Одним из веществ, которые оказывают негативное воздействие на природу и живые организмы, является никель. С целью ресурсосбережения, упрощения эксплуатации, минимизации использования реагентного хозяйства приочистки от ионов никеля (II) сточных вод в гальваническом производстве, выгодно использовать метод электрокоагуляции.2) Показано, что для достижения требуемых показателей качества воды, коагуляционным методом очистки сточных вод,большую роль играют размеры и структура частичек гидроксидов, выделяющихся при гидролизе коагулянтов.Рассмотреныфизико-химические основыкоагулирования примесей воды – этапы, механизмы и специфические особенности их проведения.Элетрокоагуляционный метод предназначен дляконцентрирования примесей в локальном объеме раствора без существенного изменения фазово-дисперсных или физико-химическихсвойств извлекаемых из сточных вод веществ. Разделение примесей и воды происходит в основном за счет флотации электрогенерируемыми пузырьками газов или силового воздействияэлектрического поля, обеспечивающего транспорт заряженных частиц в воде.Удаление ионов тяжелых металлов из раствора при электрокоагуляции может происходить не только за счет гидратации и сорбции на поверхности гидроокиси железа, но и за счет образования трудно растворимых комплексных соединений тяжелых металлов с железом.Суть электродных процессов при электрокоагуляции сводится к следующему:- генерация в процессе анодного растворения металла коагулянта – гидроксида соответствующего металла;- подщелачивание воды в процессе электролиза;- получение на катоде газообразного водорода, который может быть использован для обеспечения флотации скоагулированных примесей.3) Согласно расчётам, электрокоагуляционный метод очистки сточных вод от ионов никеля (II) считается наиболее эффективной при рН равном 6-9, то есть в нейтральной или слабощелочной среде, времени на обработку 2 -15 минут, плотности тока 1,6 мА/см2, использовании материалов для электродов - низкосортную сталь или алюминий. Так максимальная эффективность очистки сточных вод (77%) наблюдается, только при нахождении в воде ионов Ni. При этом удельные затраты электроэнергии (р) - 0,9 Вт*с/cм3, удельная нагрузка на ион (а) – 3,2 г/г, выход металла Аl по току(η) – 40 %, величина сорбции ионов никеля (А) – 310 мгк/мг. Эффективность электрокоагуляционного метода зависит от таких параметров, как плотность тока, кислотность и состав очищаемой воды, скорость подачи воды, время, частота смены полярностей, химический состав железных (стальных) электродов.Таким образом, процесс электрокоагуляции является наиболее экологичным, простым, с точки зрения эксплуатации и в достаточной степени эффективным. Основные преимущества – это компактность и простота эксплуатации установки для осуществления процесса электрокоагуляции; отсутствие потребности в реагентах; получение шлама с хорошими структурно-механическими свойствами и возможность использования на предприятиях замкнутой системы водоснабжения.Список литературы1.БураковА.,Мембраннаяочисткаводы-М.:LAPLambertAcademicPublishing,2014.-908c.2.Алексеев,Е.В.Основытехнологииочисткисточныхводфлотацией/Е.В.Алексеев.-М.:АСВ,2016.-407c.3.АлексеевЕ.В.Основытехнологииочисткисточныхводфлотацией.Монография,научноеиздание/Е.В.Алексеев.-М.:Ассоциациястроительныхвузов(АСВ),2014.-786c.4.Орлов А., Методыпредварительной,финишнойиглубокойочисткиводы:моногр./ОрловАлексей,СергейОбразцовundСергейТимченко.-М.:LAPLambertAcademicPublishing,2015.-220c.5.Байрамова,АйтенИнтенсификацияфлотационнойочисткисточныхвод/АйтенБайрамова.-М.:LAPLambertAcademicPublishing,2014.-132c.6.Воронов,Ю.В.Водоотведениеиочисткасточныхвод/Ю.В.Воронов.-М.:ИздательствоАссоциациистроительныхвузов,2013.-704c.7.ВороновЮ.В.,Водоотведениеиочисткасточныхвод.Учебноеиздание.-М.:Ассоциациястроительныхвузов(АСВ),2013.-210c.8.Гавриленков,А.М.Оборудованиедляочисткивоздушныхвыбросовисточныхводпищевыхпредприятий.Учебноепособие.ГрифУМОМОРФ/А.М.Гавриленков.-М.:Гиорд,2015.-497c.9.Динар,ФазуллинМетодыочисткииутилизацииводоэмульсионныхсточныхвод/ФазуллинДинар,ГеннадийМавринundРубенМелконян.-М.:LAPLambertAcademicPublishing,2013.-152c.10.Доливо-Добровольский,Л.Б.Микробиологическиепроцессыочисткиводы/Л.Б.Доливо-Добровольский.-М.:ИздательствоМинистерстваКоммунальногохозяйстваРСФСР,2016.-182c.11.Журба,М.Г.Водоснабжение.Проектированиесистемисооружений.В3томах.Том2.Очисткаикондиционированиеприродныхвод:моногр./М.Г.Журба,Л.И.Соколов,Ж.М.Говорова.-М.:ИздательствоАссоциациистроительныхвузов,2014.-496c.12.Журба,М.Г.Водоснабжение.Проектированиесистемисооружений.Очисткаикондиционированиеприродныхвод.Том2/М.Г.Журба.-М.:Ассоциациястроительныхвузов(АСВ),2016.-538c.14. Карелин В.А. Водоподготовка. Физико-химические основы процессов обработки воды – Издательство Томского политехнического университета, 2012 – 97с.13.Кичигин,В.И.Моделированиепроцессовочисткиводы/В.И.Кичигин.-М.:ИздательствоАссоциациистроительныхвузов,2013.-232c.15.Кичигин,В.И.Моделированиепроцессовочисткиводы.ГрифМОРФ/В.И.Кичигин.-М.:Ассоциациястроительныхвузов(АСВ),2017.-491c.16.Кондиционердляочисткиводы"TetraAquaCrystalWater",100млна200л.-Москва:Гостехиздат,2017.-258c.17.КсенофонтовБ.,Интенсификацияпроцессовочисткиводыфлотацией/БорисКсенофонтов.-М.:LAPLambertAcademicPublishing,2014.-108c.18.ЛатыповаМ.,СевостьяноваО.,Исследованиепроцессовбиохимическойочисткитоксичныхсточныхвод– М.:LAPLambertAcademicPublishing,2015.-469c.19.Левадный,В.С.Дренажиочисткасточныхвод/В.С.Левадный.-М.:Аделант,2014.-503c.20.Луканин,А.В.Инженернаяэкология:процессыиаппаратыочисткисточныхводипереработкиосадков.Учебноепособие:моногр./А.В.Луканин.-М.:ИНФРА-М,2017.-205c.21.Маннанова,ГринадаВасфиевнаМетодыОчисткиПромышленныхСточныхВод/МаннановаГринадаВасфиевна.-Москва:СИНТЕГ,2015.-539c.22.Алексеев Л.С., Гладков В.А. Улучшение качества мягких вод. М., Стройиздат, 1994 г.23.Алферова Л.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. М., 1984.24.Аюкаев Р.И., Мельцер В.3. Производство и применение фильтрующихматериалов для очистки воды. Л., 1985.25.Вейцер Ю.М., Мииц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки воды. М., 1984.26.Егоров А.И. Гидравлика напорных трубчатых систем в водопроводных очистных сооружениях. М., 1984.27.Журба М.Г. Очистки воды на зернистых фильтрах. Львов, 1980.28. Селицкий Г.А. Методика расчета технологических параметров электрокоагуляционного способа очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов – Екатеринбург, НПФ «Эко-проект», 2009- 78 с.30.Арчанова Г.А. Применение электрокоагуляции для очистки хромсодержащих стоков В кн. Проблемы использования и охраны водных ресурсов – Минск, 1972 – 93-97 с.31. https://science-education.ru/ru/article/view?id=586032. https://metalloy.ru/obrabotka/zashhita/nikelirovanie