Технологический расчет электролизеров

Технологический расчет электроаппаратов сводится к определению основных геометрических размеров рабочих камер и всей установки в целом, а также к определению всех эксплуатационных характеристик процесса: общего напряжения и силы тока на отдельных электродных блоках с целью подбора типа выпрямительных устройств; расхода потребляемой электроэнергии; продолжительности эксплуатации растворимых электродных материалов до полной их замены; объема образующихся осадков и флотошлама; необходимой степени вентиляции производственного помещения; количества выделяемой при электролизе теплоты для оценки теплового баланса процесса очистки воды.

Электрокоагуляторы для обработки циансодержащих сточных вод (по СНиП 02.04.03-85).

Для обработки циансодержащих сточных вод применяют электролизеры с анодами, не подвергающимися электролитическому растворению (графит, титан с металлооксидным покрытием и др.) в виде пластин или стержней, и стальными катодами в виде пластин толщиной 1-2 мм. Электролизеры применяют при расходе сточных вод до 10 м³/ч и исходной концентрации цианидов не менее 100 мг/л. Корпус электролизера должен быть защищен изнутри материалами, стойкими к воздействию хлора и его кислородных соединений, оборудован вентиляционным устройством для удаления выделяющегося газообразного водорода.

Значение рабочего тока I_cur, А, при работе электролизеров непрерывного и периодического действия определяют по формуле

или , (5.30)

где C_cn – исходная концентрация цианидов в сточных водах, г/м³; W_el – объем сточных вод в электролизере, м³; η_cur – выход по току, принимаемый равным 0,6-0,8; t_el – время пребывания сточных вод в электролизере, ч; 2,06 – коэффициент удельного расхода электричества, А·ч/г; q_w – расход сточных вод, м³/ч.

Общую поверхность анодов f _a, м², определяют по формуле

, (5.31)

где i _а – анодная плотность тока, принимаемая равной 100-150 А/м².

Общее число анодов N _а определяют по формуле

(5.32)

где – поверхность одного анода, м².

Электрофлотация. Способ электрофлотационной очистки основан на переносе загрязняющих частиц из объема жидкости на ее поверхность пузырьками газов, образующихся при электролизе сточных вод. Устройства, в которых производят этот процесс, называют электрофлотаторами. Образование газов происходит на катоде с восстановлением водородного иона:

в кислых растворах:

1. Н₃О⁺ + е ^- → Н_адс + Н₂О. (5.33)

2. Н_адс + Н_адс → Н₂ . (5.34)

в щелочных растворах:

1. Н₂О⁺ + e ^- → Н_адс + ОН^-. (5.35)

2. Н_адс + Н_адс → Н₂ ; (5.36)

Электрохимическое выделение кислорода является неотъемлемой частью процесса разложения воды и протекает следующим образом:

4ОН^- О₂ + Н₂О + 4 e ^- (в щелочной среде); (5.37)

2Н₂О О₂ + 4Н⁺ + 4 e ^- (в кислой среде). (5.38)

Как следует из уравнений (5.33 – 5.38), на катоде выделяется водород, а на аноде основные флотационные процессы протекают с участием кислорода. Методами электрофлотации очищают сточные воды нефтеперерабатывающих заводов, целлюлозо-бумажных комбинатов и других предприятий.

Обычно в установках для электрофлотации используют растворимые электроды (железные или алюминиевые). При их растворении протекают реакции:

Fe – 2 e ^- → Fe²⁺, j^o = -0,44 B; (5.39)

Al – 3 e ^- → Al³⁺, j^o = -1,66 B; (5.40)

Fe + 2OH^- – 2 e ^- → Fe(OH)₂ , j^o = -0,877 B; (5.41)

Al + 3OH^- – 3 e ^- → Al(OH)₃ , j^o = -2,31 B; (5.42)

Fe(OH)₂ + OH^- – e ^- → Fe(OH)₃ , j^o = -0,56 B. (5.43)

В результате этого в воду переходят катионы железа или алюминия (в виде гидроксидов). Эти электрофлотационные процессы очистки наиболее эффективны при очистке сточных вод, что обеспечивается одновременным воздействием на загрязнения коагулянтов (гидроксидов железа или алюминия) и пузырьков газа. Такие установки называют электрокоагуляционно-флотационными.

Существуют однокамерные и двухкамерные электрофлотационные установки вертикального и горизонтального типа (рис. 5.13). При пропускной способности до 10-15 м³/ч используют однокамерные установки.

Приведем методику расчета установок для электрофлотации или электрофлотокоагуляции (по С.В. Яковлеву).

Вначале определяют общую вместимость установки W _у , м³, вместимость электродного отделения W _э и камеры флотации W _э.к., м³.

Следовательно,

W _у = W _э + W _э.к. (5.44)

Вместимость электродного отделения зависит от размеров электродной системы. Если рассчитывается горизонтальная установка (рис. 5.13), то ширина секции принимается в зависимости от производительности Q: если Q < 90 м³/ч, то В = 2 м, если Q = = 90…180 м³/ч, то В = 2,5…3 м.

Рис. 5.13. Горизонтальный электрофлотатор:

1 – впускная камера; 2 – решетка-успокоитель; 3 – электродная система; 4 – отвод обработанной сточной воды; 5 – механизм сгребания пены; 6 – пеносборник; 7 – отвод пенного шлама; 8 – трубопровод опорожнения электрофлотатора и выпуск осадка

Число электродов, размещаемых в установке:

n _э = (А – 2 а ₁ + а ₂)/(d + а ₂), (5.45)

где а ₁ – размер зазора между крайними пластинами и стенками камеры, 100 мм; а ₂ – размер зазора между пластинками, 15-20 мм; d – толщина пластин, 6-10 мм.

Тогда необходимая площадь пластин электродов f _э , м², определяется по формуле

f _э = f _а.э /(п _э – 1), (5.46)

где f _а.э – активная поверхность электродов, м², определяемая по следующему выражению:

f _а.э = EQ / i, (5.47)

где Е – удельное количество электричества, А·ч/м³; Q - расчетный расход сточных вод, м³/ч; i – плотность тока на электродах, А/м².

Параметры Е и i определяют экспериментальным путем. Обычно их значения лежат в следующих пределах: Е = = 100…600 А·ч/м³; i = 50…200 А/м², напряжение постоянного тока 5…30 В. Высота пластин h _э обычно составляет 1…15 м. Длину пластин находят по следующему выражению:

l _э = f _э / h _э , (5.48)

а длину электродной камеры L _э.к , м, по формуле

L _э.к = l _э + 2 а ₁ . (5.49)

Объем электродной камеры W _э , м³, находят по выражению

W _э = АН _э.к L _э.к . (5.50)

В этом выражении Н _э.к – это рабочая высота электродной камеры, м:

Н _э.к = h ₁ + h ₂ + h ₃ , (5.51)

где h ₁ – высота осветленного слоя, равная 1…1,5 м; h ₂ – высота защитного слоя, равная 0,3…0,5 м; h ₃ – высота слоя шлама, равная 0,4…0,5 м.

Объем флотационной камеры составляет

W _ф = Qt _ф , (5.52)

где t _ф – продолжительность флотации, определяемая экспериментально (лежит в пределах 0,3…0,75 ч).

Длину L _ф и высоту Н _ф флотационной камеры рассчитывают исходя из ее объема W _ф и ширины А _ф .

Количество металла электродов, переходящее в раствор, рассчитывают по формуле

m _э = k _тЭ Е, (5.53)

где m _э – количество металла, переходящего в 1 м³ раствора, г; k _т – коэффициент выхода по току, равный 0,5…0,95 (определяется экспериментально); Э – электрохимический эквивалент, г/А·ч, равный для Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ соответственно 1,042, 0,695 и 0,336.

Срок службы электродной системы Т, сут:

Т = М · 1000/ m _э Q _сут , (5.54)

где Q _сут – суточный расход сточных вод, м³/сут; М – количество металла электродов, которое растворяется при электролизе, кг, и вычисляется по формуле

М = γ k _э f _э δ п _э , (5.55)

где γ – плотность металла электродов, кг/м³; k _э – коэффициент использования материала электродов, равный 0,8…0,9.

При эксплуатации электрофлотационных установок следует учитывать существенное количество водорода и кислорода, выделяющегося при протекании процесса, и принимать соответствующие меры безопасности.

Электрокоагуляторы с алюминиевыми электродами (по СНиП 2.04.03-85).

Электрокоагуляторы с алюминиевыми пластинчатыми электродами применяют для очистки концентрированных маслосодержащих сточных вод (отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей), образующихся при обработке металлов резанием и давлением, с концентрацией масел не более 10 г/л.

При обработке сточных вод с более высоким содержанием масел проводят предварительное разбавление предпочтительно кислыми сточными водами. Остаточная концентрация масел в очищенных сточных водах должна быть не более 25 мг/л.

Предварительное подкисление сточных вод производят соляной (предпочтительно) или серной кислотой до значения рН 4,5-5,5.

В качестве электродного материала применяют алюминий или его сплавы, за исключением сплавов, содержащих медь.

Пластинчатые электроды собирают в виде блока. Электрокоагулятор снабжают водораспределительным устройством, приспособлением для удаления пенного продукта, устройствами для выпуска очищенной воды и шлама, прибором для контроля уровня воды, устройством для реверсирования тока.

Примечание. Электрокоагулятор снабжают устройством для реверсирования тока лишь в случае его отсутствия в источнике постоянного тока.

При проектировании электрокоагуляторов определяют:

площадь электродов f_e, м²:

, (5.56)

где q_w – производительность аппарата, м³/ч; q_cur – удельный расход электричества, А·ч/м³, принимают по табл. 5.1; i_an – электродная плотность тока, А/м²; i_an = 80-120 А/м²;

токовую нагрузку I_cur, А:

I_cur = q_w·q_cur; (5.57)

длину ребра электродного блока l_b, м:

, (5.58)

где δ – толщина электродных пластин, мм; δ = 4-8 мм; b – размер межэлектродного пространства, мм; b = 10-20 мм.

Удельный расход алюминия на очистку сточной воды q _Al, г/м³, принимают по табл. 5.3.

Таблица 5.3

Удельный расход алюминия на очистку сточной воды q _Al

Технологичес-кий параметр	При концентрации масел, × 100 г/м3
qcur, A·ч/м3 q Al , г/м3 q H , л/м3

После электрохимической обработки сточные воды отстаивают не менее 60 мин.

Расчет производительности вытяжной вентиляционной системы производят исходя из количества выделяющегося водорода, при этом производительность вентилятора q_fan, м³/ч, определяют по формуле

q_fan = (40 – 50) W_e q _H, (5.59)

где q _H – удельный объем выделяющегося водорода, л/м³, принимают по табл. 5.3.

Электрокоагуляторы со стальными электродами (по СНиП 2.04.03-85).

Электрокоагуляторы со стальными электродами применяют для очистки сточных вод предприятий различных отраслей промышленности от шестивалентного хрома и других металлов при расходе сточных вод не более 50 м³/ч, концентрации шестивалентного хрома до 100 мг/л, исходном общем содержании ионов цветных металлов (цинка, меди, никеля, кадмия, трехвалентного хрома) до 100 мг/л, при концентрации каждого из ионов металлов до 30 мг/л, минимальном общем солесодержании сточной воды 300 мг/л, концентрации взвешенных веществ до 50 мг/л.

Значение рН сточных вод должно составлять при наличии в сточных водах одновременно

шестивалентного хрома, ионов меди и цинка при концентрации хрома, мг/л:

50…100 – 4…6;

20…50 – 5…6;

менее 20 – 6…7;

шестивалентного хрома, никеля и кадмия при концентрации хрома, мг/л:

свыше 50 – 5…6;

менее 50 – 6…7;

при отсутствии шестивалентного хрома, ионов меди, цинка и кадмия – свыше 4,5;

при отсутствии шестивалентного хрома, ионов никеля – свыше 7.

Корпус электрокоагулятора должен быть защищен изнутри кислотостойкой изоляцией и оборудован вентиляционным устройством.

При проектировании электрокоагуляторов принимают:

анодную плотность тока – 150…250 А/м²;

время пребывания сточных вод в электрокоагуляторе – до 3 мин;

расстояние между соседними электродами – 5…10 мм;

толщина электродов – 3…6 мм;

размеры электродных пластин: длина 0,6…1,0 м, ширина 0,3…0,6 м;

скорость движения сточных вод в межэлектродном пространстве – не менее 0,03 м/с;

удельный расход:

электричества для удаления из сточных вод 1 г Cr⁶⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺ при наличии в сточных водах только одного компонента – соответственно 3,1; 2-2,5; 4,5-5; 6-6,5 и 3-3,5 А·ч;

металлического железа для удаления из сточных вод 1 г шестивалентного хрома – 2-2,5 г;

металлического железа для удаления 1 г никеля, цинка, меди, кадмия – соответственно 5,5-6; 2,5-3; 3-3,5 и 4-4,5 г.

Целесообразно использование электродов (анодов и катодов) в виде блоков.

При наличии в сточных водах одного компонента значение тока I_cur, А, определяют по формуле

I_cur = q_w C_en q_cur, (5.60)

где q_w – производительность аппарата, м³/ч; C_en – исходная концентрация удаляемого компонента в сточных водах, г/м³; q_cur – удельный расход электричества, необходимого для удаления из сточных вод 1 г иона металла, А·ч/г.

При наличии в сточных водах нескольких компонентов и суммарной концентрации ионов тяжелых металлов менее 50 % концентрации шестивалентного хрома значение тока определяют по формуле (5.36), причем в формулу подставляяют значения C_en и q_cur для шестивалентного хрома. При суммарной концентрации ионов тяжелых металлов свыше 50 % концентрации шестивалентного хрома значение тока, определяемое по формуле (5.36), увеличивают в 1,2 раза, а значения C_en и q_cur относят к одному из компонентов сточных вод, для которого произведение этих значений является наибольшим.

Общую поверхность анодов f_pl, м², определяют по формуле

(5.61)

где i_an – анодная плотность тока, А/м².

При суммарной концентрации шестивалентного хрома и ионов тяжелых металлов в сточных водах до 80 мг/л в интервалах 80-100, 100-150 и 150-200 мг/л анодную плотность тока принимают соответственно 150, 200, 250 и 300 А/м².

Поверхность одного электрода , м², определяют по формуле

, (5.62)

где b_pl – ширина электродной пластины, м; h_pl – рабочая высота электродной пластины (высота части электродной пластины, погруженной в жидкость), м.

Общее необходимое число электродных пластин N_pl определяют по формуле

(5.63)

Общее число электродных пластин в одном электродном блоке должно быть не более 30. При большем расчетном числе пластин необходимо предусмотреть несколько электродных блоков.

Рабочий объем электрокоагулятора W_ek, м³, определяют по формуле

W_ek = f_pl b, (5.64)

где b – расстояние между соседними электродами, м.

Время обработки сточных вод (время пребывания сточных вод в межэлектродном пространстве электрокоагулятора) составляет

t = W_ek / q_w, (5.65)

где q_w – производительность аппарата, м³/ч.

Ширина одного электродного блока при толщине одной электродной пластины 5 мм составит

B = N _эδ + b (N _э – 1), (5.66)

где N _э – число стальных пластин в одном блоке; δ – толщина электродных пластин, мм; b – размер межэлектродного пространства, мм.

Расход металлического железа для обработки сточных вод Q _Fe кг/сут, при наличии в них только одного компонента определяют по формуле

, (5.67)

где q _Fe – удельный расход металлического железа, г, для удаления 1 г одного из компонентов сточных вод; K_ek – коэффициент использования материала электродов, в зависимости от толщины электродных пластин, принимаемой равной 0,6-0,8; Q_w – расход сточных вод, м³/сут.

При одновременном присутствии в сточных водах нескольких компонентов и суммарной концентрации ионов тяжелых металлов менее 50 % концентрации шестивалентного хрома расход металлического железа для обработки сточных вод определяют по формуле (5.67), в которую подставляются значения q _Feи C_en для шестивалентного хрома.

При одновременном присутствии в сточных водах нескольких компонентов и суммарной концентрации ионов тяжелых металлов свыше 50 % концентрации шестивалентного хрома расход металлического железа определяют по формуле (5.67) с коэффициентом 1,2, а q _Fe и C_en относят к одному из компонентов сточных вод, для которого произведение этих значений является наибольшим.

5.8. Примеры расчетов

Пример 5.1. Расчет электролизера для очистки циансодержащих сточных вод.

Исходные данные для расчета: производительность электролизера 2,5 м³/ч; исходная концентрация цианидов в очищаемой воде 200 мг/л; время электрохимической обработки сточных вод 0,5 ч.

Расчет. Необходимое значение тока в электрической цепи электролизера, A:

.

Принимается к установке один выпрямитель переменного электрического тока, вырабатывающий постоянный электрический ток 1600 А. Объем сточных вод в электролизере составляет, м³:

W_el = q_wt_el = 2,5·0,5 = 1,25.

Общая площадь поверхности анодов, м²:

.

При использовании в качестве анодов плит из графитированного угля размером 1000×180×50 мм общая поверхность одной плиты составляет, м²:

= 2 · 0,18 · 1 = 0,36.

Общее количество плит (анодов) из графитированного угля, помещаемых в один электролизер, шт.:

N_an = f_an / = 10/0,36 = 28.

Общая поверхность катодов равна общей поверхности анодов. Размеры электролизера выбираются исходя из объема находящихся в нем сточных вод с учетом общего объема погруженных в воду электродов.

Пример 5.2. Рассчитать электрофлотационную установку для очистки сточных вод мясокомбината при следующих исходных данных: расход сточных вод Q = 110 м³/ч; в качестве электродов используют алюминиевые пластины.

Решение. Принимаем горизонтальный электрофлотатор, состоящий из двух флотационных камер (на рис. 5.13 схематично показана одна камера). Число электродов, располагаемых в каждой камере:

n _э = (A – 2 a + c)/(δ + с) = (2000 – 2 ∙ 100 + 20)/(8 + 20) = 65,

где А – ширина флотационной камеры (А = 2м при Q < 90 м³/ч, А = 2,5…3 м при Q = 90…180 м³/ч); а = 100 мм – ширина зазора между крайними пластинами и стенками камеры; с – размер зазора между пластинами (15-20 мм); δ – толщина пластин (6-10 мм).

Необходимая площадь пластин электродов, м², определяется по формуле

f _э = f _а.э /(n _э – 1),

где f _а.э – площадь активной поверхности электродов, м²: f _а.э = = EQ ^’/ i (здесь Е – удельное количество электричества, А ∙ ч/м³; Q ^’ – расчетный расход сточных вод на каждую камеру, м³/ч; i – плотность тока на электродах, А/м²).

Значения Е и i определяются экспериментально в зависимости от состава сточных вод (табл. 5.4).

Таблица 5.4

Параметры E и i

Сточные воды	Е, А · ч/м3	i, А/м2
Кожевенных заводов при дублении: хромовом смешанном Меховых фабрик Мясокомбинатов Фабрик искусственных кож	300-500 300-600 100-300 100-270 15-20	50-100 50-100 50-100 100-200 40-80

Затем, вычислив площадь активной поверхности электродов, м², f _а.э = 200 ∙ 55/150 = 73,3, находим необходимую площадь пластин электродов, м²:

f _э = 73,3/(65 – 1) = 1,15.

Назначив высоту пластин h _э = 1,15 м (обычно 1…1,5 м), определим их длину, м:

l _э = f _э/ h _э = 1,15/1,15 = 1.

Длина электродной камеры, м:

l _э.к = l _э + 2 а = 1 + 2 ∙ 0,1 = 1,2.

Объем электродной камеры, м³, находим по выражению

V _э.к = AH _э.к ∙ l _э.к,

где H _э.к – рабочая высота электродной камеры, м: Н _э.к = h ₁ + h ₂ + + h ₃ = 1,15 + 0,4 + 0,45 = 2 (здесь h ₁ = 1…1,5 м – высота осветленного слоя; h ₂ = 0,3…0,5 м – высота защитного слоя; h ₃ = = 0,4…0,5 м – слой шлама).

Следовательно, объем электродной камеры, м³:

V _э.к = 2 ∙ 2 ∙ 1,2 = 4,8.

Далее подсчитаем объем флотационной камеры, м³:

V _ф = Q ^’ · t _ф = 55 ∙ 0,5 = 27,5,

где t _ф – продолжительность флотации, принимаемой 0,3-0,75 ч.

Длина флотационной камеры, м:

l _ф = V _ф/(AH _э.к) = 27,5/(2 ∙ 2) = 6,9.

Общий объем электрофлотационной установки, м³:

V _у = 2(V _э.к + V _ф) = 2(4,8 + 27,5) = 64,6.

Далее определяем количество материала электродов m, переходящего в 1 м³ раствора, г/м³, по формуле

m = k ₁ ЭЕ,

где k ₁ = 0,5…0,95 – коэффициент выхода по току; Э – электрохимический эквивалент, г/(А ∙ ч) (для Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ – соответственно 1,042; 0,695 и 0,336).

Количество материала для алюминиевых электродов, г/м³:

m = 0,6 ∙ 0,336 ∙ 200 = 40,3.

Срок службы электродной системы в сутках вычисляется по выражению

T = M ∙ 1000/(mQ ∙ 24),

где М – масса металла электродов, которая растворяется при электролизе, кг; M = ρ k ₂ f _э δ n _э . Здесь ρ – плотность металла электродов, кг/м³; k ₂ – коэффициент использования материала электродов (0,8…0,9)].

Определим массу металла, кг: 2700 ∙ 0,85/1,15/0,008/130 = = 2745.

Срок службы электродной системы, сут:

Т = (2745 ∙ 1000)/(40,3 ∙ 110 ∙ 24) = 25,8.

Пример 5.3. Расчет электрокоагулятора периодического действия.

Исходные данные для расчета: производительность аппарата q_w = 1,8 м³/ч; исходное содержание масел C_en = 6000 г/м³; удельный расход электричества на обработку сточных вод q_cur = = 540 А·ч/м³; толщина электродных пластин δ = 0,006 м; межэлектродное расстояние b = 0,02 м; анодная плотность тока f _a = = 120 А/м².

Расчет. Примем продолжительность цикла очистки t_ek равной 0,5 ч (продолжительность электрокоагуляционной обработки t ₁ = 0,25 ч; продолжительность налива жидкости в аппарат и ее слива t ₂ = 0,25 ч). Объем жидкости в электрокоагуляторе W_ek = = q_wt_ek = 1,8·0,5 = 0,9 м³.

Общее количество электричества, необходимое для обработки такого объема жидкости, составит, А·ч: Q_cur = W_ekq_cur = = 0,9·540 = 486, значение тока в электрической цепи, А: I_cur = = Q_cur / t ₁ = 486/0,25 = 1944; площадь рабочей поверхности анодов, м²: f _a = I / i _a = 1944/120 = 16,2. Отсюда общий объем электродов при их толщине 6 мм составит, м³: V_ek = f_an δ = 16,2·0,006 = 0,097, а их масса, т: M_ek = V_ek ρ_Al = 0,097·2,7 = 0,262 (ρ_Al – плотность алюминия, т/м³).

В связи с тем, что масса одного электродного блока не должна превышать 50 кг, принимаем число блоков, равное 6.

Общий объем жидкости в межэлектродном пространстве всех электродных блоков составит, м³: V _ж = f _a b = 16,2·0,02 = 0,324, а объем одного электродного блока, м³: W _δ = (V_ek + V _ж)/6 = (0,097 + + 0,324)/6 = 0,07.

Условно, приняв форму блока кубической, длина его ребра составит, м:

.

Число электродов в одном электродном блоке составит n = = l _δ/(δ + b) = 0,41/0,026 = 16, т.е. блок будет состоять из 8 анодов и 8 катодов.

Таким образом, с учетом установочных зазоров (l _з = 0,07 м; l _δ = 0,41) общая длина электрокоагулятора составит, м: L _э = 6 l _δ + + 7 l _з = (6·0,41 + 7·0,07) = 2,95. Ширина электрокоагулятора, м:

B _э = l _δ + 2 l _з = 0,41 + 2·0,07 = 0,55.

На высоте верхней кромки электродов L ₁ = l _δ + l _з объем жидкости в электрокоагуляторе, м³:

V _эк = L _э В _э(l _δ + l _з) – V _ek = 2,95·0,55(0,41 + 0,07) – 0,097 = 0,681.

Высота слоя жидкости над электродами, м:

h ₂ = (W_ek – V _эк)/ L _э В _э = (0,900 – 0,681)/2,95·0,55 = 0,13.

Общая высота слоя жидкости в электрокоагуляторе составляет, м:

h _э = h ₁ + h ₂ = 0,48 + 0,13 = 0,61.

С учетом необходимости размещения пеносгонного устройства полная высота аппарата Н _э составит 0,8 м.

Общие габариты электрокоагулятора L×B _э×Н_э , м: 2,95×0,55×0,8.

Пример 5.4. Расчет электрокоагулятора непрерывного действия.

Исходные данные для расчета: производительность аппарата q_w = 1,8 м³/ч; исходное содержание масел C_en = 2500 г/м³; удельный расход электричества на очистку сточной воды q_cur = = 270 А·ч/м³; начальная толщина электродных пластин δ = = 0,006 м; межэлектродное расстояние b = 0,02 м; анодная (катодная) плотность тока i _a = 120 А/м².

Расчет. Общий расход электричества на обработку 1,8 м³ сточной воды составит, A·ч:

Q_cur = q_curq = 1,8·270 = 486,

а токовая нагрузка на электрокоагулятор I = Q_cur / t = 486 A. Поверхность анодов (катодов), м²:

f _a = f_k = I / i _a = 486/120 = 4,05.

Объем жидкости в межэлектродном пространстве, м³: V _ж = = f _a b = 4,05·0,02 = 0,081, а общий объем электродов, м³: V_ek = = f _a b = 4,05·0,006 = 0,024. Общий объем электродного блока составит, м³: W _δ = V _ж + V_ek = 0,081 + 0,024 = 0,105, а масса такого блока, т:

М _δ = V_ek ρ_Al = 0,024·2,7 = 0,065.

В связи с тем, что масса электродного блока не должна превышать 50 кг, принимаем число блоков равным 2. Условно принимая форму блока кубической, получим, что длина его ребра, м:

.

Число электродов в блоке составит n = l _δ/(δ + b) = 0,37/(0,006 + + 0,015) = 18.

В связи с тем, что в электрокоагуляторе непрерывного действия проскок жидкости вне межэлектродного пространства недопустим, между боковыми стенками аппарата и крайними электродами не должно быть установочных зазоров.

Учитывая, что в аппарате должны быть размещены пено-сгонное устройство и устройства для распределения потока воды на входе и выходе, габариты электрокоагулятора принимаем, м:

L _э В _э Н _э = 0,8·0,42·0,5.

Пример 5.5. Расчет электрокоагулятора со стальными электродами для очистки хромсодержащих сточных вод.

Исходные данные для расчета: расход сточных вод составляет 10 м³/ч (при круглосуточной работе установки); исходные концентрации шестивалентного хрома и цинка – соответственно 50 и 20 мг/л.

Расчет. Значение тока в электрической цепи, А:

I_cur = 3,1 C_en q_w = 3,1·50·10 = 1550.

К установке принимается один выпрямитель переменного тока, вырабатывающий ток силой до 1600 А при максимальном напряжении до 12 В. Общая площадь поверхности анодов составит, м²:

f_pl = I_cur / i _a = 1550/150 = 10,3.

Размеры одной электродной пластины принимаются следующими, мм: ширина b_pl = 300, рабочая высота h_pl = 600. Площадь рабочей поверхности одного электрода, м²:

f_pl = 2 b_pl h_pl = 2·0,3·0,6 = 0,36.

Общее количество электродных пластин составит:

.

Принимаются к установке два электродных блока, каждый из которых состоит из 30 стальных пластин. Рабочий объем электрокоагулятора, м³:

W_ek = f_pl b = 10,3·0,008 = 0,082,

(расстояние между двумя соседними электродами b принято равным 0,008 м). Время обработки сточных вод (время пребывания сточных вод в межэлектродном пространстве электрокоагулятора), с:

t = W_ek / q_w = 0,082/10 = 0,008 ч = 0,008·3600 = 28,8.

Удельный расход металлического железа для обработки сточных вод, кг/сут, определяем по формуле

.

Ширина одного электродного блока при толщине одной электродной пластины 5 мм составит, м:

B = N _эδ + b (N _э – 1) = 30·0,005 + 0,008(30 – 1) = 0,38.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое электрокоагуляция и электрофлотация?

2. Нарисуйте и расскажите о работе электрофлотатора.

3. Нарисуйте и расскажите о работе электрокоагулятора.

4. Нарисуйте и расскажите о работе электросатуратора.

5. Назовите основные технологические параметры электрохимической очистки сточных вод.

6. Приведите расчет электрокоагулятора для обезвреживания цианосодержащих сточных вод.

7. Приведите расчет электрокоагулятора с алюминиевыми электродами.

8. Приведите расчет электрокоагулятора со стальными электродами.