Таллинский Технический Университет Вирумааский колледж

ТАЛЛИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Вирумааский колледж
RAR0693 Сберегающие технологии
Ольга Зимницкая
RDKR111946
Очистка сточных вод методом
электрофлотации
Домашняя работа №3
Преподаватель: Згуро А.А, лектор
Кохтла-Ярве 2014
Метод электрофлотации используется для очистки сточных вод от загрязнений в виде
взвесей (гидроксиды и фосфаты металлов), суспензий (смолистые вещества) и эмульсий
(нефтепродукты, масла, ПАВ). Для интенсификации процесса и повышения степени
очистки процессу электрофлотации, как правило, предшествует нейтрализация кислых
или щелочных компонентов, перевод ионов металлов в труднорастворимые соединения,
т.е. образование твёрдой фазы, флокуляция и (или) коагуляция.
Сущность электрофлотации заключается в образовании при пропускании постоянного
электрического тока через водный раствор мелкодисперсных пузырьков газа (водорода и
кислорода), равномерно распределяемых в объёме обрабатываемой воды. Газовые
пузырьки, поднимаясь вверх, сталкиваются с дисперсными частицами загрязнений,
прилипают к ним и затем флотируют их на поверхность воды, образуя устойчивый
пенный слой - флотошлам. Сюда же выносятся отдельные растворимые загрязнения,
физически адсорбирующиеся на дисперсных частицах.
Эффективность электрофлотационного процесса оценивается степенью извлечения α (% )
и рассчитывается по формуле:
где Сисх, Скон - соответственно исходная и конечная концентрация дисперсной фазы в
водной среде, г/м3.
Электрофлотационный процесс можно представить как многостадийный процесс,
состоящий из 5 основных стадий:
- формирование в сточной воде дисперсной фазы.
- электрохимическое формирование газового пузырька.
- формирование флотокомплекса «частица-пузырьки газа».
- переход флотокомплекса на границу раздела Н2О-воздух.
- концентрирование флотокомплекса на границе раздела Н2О-воздух.
Необходимым условием высокой эффективности процесса электрофлотации является
полный переход извлекаемого соединения в дисперсную фазу.
Величина пузырьков газа зависит от электропроводности сточной воды: чем меньше
электропроводность, тем выше напряженность электрического поля и тем мельче
пузырьки. Размер пузырьков водорода значительно меньше пузырьков кислорода,
выделяющихся на аноде, и меньше, чем при других методах флотации. Диаметр
2
пузырьков водорода меняется в пределах от 20 до 40 мкм, тогда как диаметр пузырьков
кислорода вдвое больше водородных. На размер пузырьков влияет плотность тока;
свойства поверхности электрода, его форма, рН и температура среды, поверхностное
натяжение на границе раздела фаз электрод-раствор.
Основные
электрохимические
процессы
при
проведении
электролиза
воды
в
электрофлотационной установке приведены ниже:
В нейтральной и кислой среде на аноде происходит поляризация и разряд молекул воды с
выделением кислорода и образованием ионов гидроксония H3O+:
3H2O – 2e →1/2O2 + 2H3O+,
на катоде протекает электрохимическая реакция восстановления иона гидроксония с
выделением водорода и образованием молекул воды:
2H3O+ + 2 e → Н2 + 2H2O
В щелочной среде на аноде в результате разряда гидроксид-ионов ОН– происходит
выделение кислорода и образование молекул воды:
2ОН– – 2e → 1/2O2 + H2O,
на катоде в результате разряда молекул воды выделяется водород, и образуются
гидроксид-ионы:
2H2O + 2e → Н2 + 2ОН–
При электролизе растворов, содержащих хлорид - ионы (более 1 г/л), на аноде в
результате разряда Cl– происходит выделение газообразного хлора:
2Cl– – 2e →Cl2,
который, растворяясь в щелочной среде, образует
гипохлорит натрия NaClO.
Получающиеся при этом продукты являются сильными окислителями, широко
используемыми для обеззараживания воды и очистки сточных вод от органических
загрязнений. [1]
3
Устройства,
в
которых
электрофлотаторами.
производят
Существуют
процесс
однокамерные
и
электрофлотации,
называют
двухкамерные
установки,
горизонтального и вертикального типа. Применяются нерастворимые электроды,
располагаемые на дне аппарата горизонтально или вертикально.
При небольших объемах сточных вод (10—15 м3/ч) электрофлотационные установки
могут быть однокамерными (рис. 1).
Рис. 1. Схема однокамерной электрофлотационной установки :
1—корпус;2—электроды.
При больших объемах сточных вод следует применять двухкамерные установки, которые
могут быть горизонтальными и вертикальными. Они состоят из электродного отделения и
отстойной части. Схема горизонтального электрофлотатора показана на рис. 2.
Рис.2.Горизонтальныйэлектрофлотатор:
1—впускная камера; 2— электроды; 3— скребок; 4 — шлакоприемник; 5 — патрубок
выпуска осадка
Сточная вода поступает в успокоитель, который отделен от электродного отделения
решеткой. Проходя через межэлектродное пространство, вода насыщается пузырьками
газа. Всплывание пузырьков с частицами происходит в отстойной части. Всплывший
шлам перемещается скребком в шлакоприемник, откуда его удаляют.
4
В
качестве
примера
технологическую
схему
использования
(рис.3)
очистки
метода
электрофлотации,
сточных
вод
рассмотрим
гальванического
цеха
машиностроительного предприятия с последующим сбросом очищенной воды в систему
городской канализации, либо возвратом для использования на технические нужды
предприятия. Данная система очистки сточных вод рекомендуется для использования при
проектировании новых очистных сооружений, либо реконструкции и модернизации
действующих станций водоочистки в целях повышения их экономической эффективности
и экологической безопасности.
Рис.3. Технологическая схема очистки сточных вод:
Е1, Е2, Е3 –накопительная ёмкость;
Н1, Н2 – насос;
Д1, Д2, – ёмкость приготовления раствора реагента;
НД1, НД2, НД3 – дозирующий насос;
Р1 – реактор смешения;
ЭФ – электрофлотационный модуль;
ИПТ – источник питания электрофлотационного модуля;
ФП – фильтр пресс;
КФ – кварцевый фильтр;
ИФ – ионообменный фильтр.
Система работает следующим образом: промывные и сточные воды гальванического
производства подаются в накопительную емкость Е1. Из емкости Е1 стоки насосом Н1
подается в реактор Р1. В реактор Р1 для предварительной обработки сточных вод
дозаторами НД2 и НД3 дозируются реагенты: раствор щелочи и флокулянта.
5
Из реактора Р1 стоки поступают на электрофлотатор ЭФ, в котором осуществляется
извлечение гидроксидов тяжелых металлов, нефтепродуктов и СПАВ.
Из накопительной емкости Е2 в емкость Е1 дозатором НД1 дозируются отработанные
технологические растворы. Из электрофлотатора очищенная вода поступает в сборную
емкость Е3. Осветленная вода из сборной емкости Е3 подается насосом Н2 на
механический фильтр КФ, и далее на ионообменные фильтры ИФ, в которых методом
ионного обмена происходит извлечение следовых концентраций ионов тяжелых металлов
до региональных требований ПДК по сбросам. После очистки вода сбрасывается в
канализацию, либо может быть частично возвращена в технологический цикл на
повторное использование для технических нужд.
Шлам подается для обезвоживания на фильтр-пресс ФП. Обезвоженный шлам
влажностью не более 70% утилизируют.
Основным техническим узлом системы очистки является электрофлотатор, включающий
в себя блок нерастворимых электродов, систему сбора шлама, источник постоянного тока
и вытяжной зонт.
Установка работает, как в непрерывном, так и в периодическом режимах и обеспечивает
извлечение взвешенных веществ, нефтепродуктов, ПАВ, ионов тяжелых металлов Cu 2+,
Ni2+, Zn2+, Cd2+, Cr3+, Al3+, Pb2+, Fe2+, Fe3+ Ca2+, Mg2+ и др. в виде гидроксидов и фосфатов.
Другим важным узлом системы является ионообменный фильтр финишной очистки,
который требуется для достижения региональных предельно допустимых концентраций
ПДК вредных веществ по ионам тяжелых металлов, таких как Cu2+, Ni2+, Zn2+.
Схема предусматривает обработку кислотно-щелочных и хромсодержащих сточных вод в
самостоятельных технологических цепочках. Она обеспечивает глубокую очистку воды от
тяжелых металлов до уровня 0,01 мг/л, взвешенных веществ и нефтепродуктов до 0,1–0,5
мг/л [2].
6
Электрофлотационный способ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими
способами флотации:
 простота изготовления аппаратов и несложность его обслуживания;
 возможность регулирования степени очистки жидкости в зависимости от фазоводисперсного состояния путем изменения только одного параметра (плотности тока)
в технологическом процессе;
 высокая степень дисперсности газовых пузырьков, обеспечивающая эффективность
прилипания к ним нерастворимых примесей;
 отсутствие вращающихся частей в рабочей зоне аппаратов, гарантирующее
надежность их работы и исключающее перемешивание обрабатываемой жидкости,
и измельчение содержащихся в ней взвешенных частиц;
 дополнительная
минерализация
растворимых
органических
загрязнений
с
одновременным обеззараживанием сточных вод за счет образующихся на аноде
продуктов электролиза – атомарного кислорода и активного хлора [3].
Наиболее существенный недостаток электрофлотационного способа разделения суспензий
или эмульсий заключается в том, что по мере прохождения электрического тока через
жидкость увеличивается защелачивание прикатодного пространства, в результате чего
образуются отложения солей на электродах. В некоторых случаях соли настолько плотно
покрывают их поверхность, что могут вызвать полное прекращение процесса
электрофлотации. Более надежно электроды работают в кислой среде.
Неравномерное выделение газа с поверхности электродов приводит к сосредоточению
газовых пузырьков в определенных зонах флотационной камеры. Вследствие этого в ней
возникает циркуляционное движение жидкости, ухудшающее процесс осветления
суспензии или эмульсии.
7
В таблице приведены сравнительные данные эффективности очистки сточных вод с
использованием отстаивания, электрофлотатора и электрокоагулятора [4].
При применении электрофлотационного метода, по сравнению с электрокоагулированием,
значительно повышается степень очистки сточных вод, снижаются энергозатраты.
Отсутствуют вторичные загрязнения вод и твердых отходов. Возможность работы
установки в непрерывном режиме, также является преимуществом.
Таблица
Сравнение
эффективности
очистки
электрофлотатора и электрокоагулятора
№
Параметр
Отстаивание
п./п
Степень очистки, %
1
70 - 80
2
Производительность
оборудования,
7-10 м2 на 5 м3/ч
м2 - м3/ч
сточных
вод
с
использованием
Электрокоагуляция Электрофлотация
80 - 90
96 - 98
3-4 м2 на 5 м3/ч
1,5 м2 на 5 м3/ч
3
Энергозатраты,
кВт ч/м3
Отсутствуют
1 - 1,5
0,25 - 0,5
4
Вторичное
загрязнения воды
Отсутствует
Fe 1 мг/л
Al 0,5-1 мг/л
Отсутствует
Отсутствует
до 30% (Fe, Al, Cr 6+)
Отсутствует
Непрерывный
Периодический
Непрерывный
5
6
Вторичное
загрязнение твердых
отходов
Режим эксплуатации
7
Сменные элементы
8
Твердый отход
Отсутствуют
Пульпа
99% влажности
Fe и/или Al - анод
(10-20 дней)
Ti - анод (5-10 лет)
Пульпа
99% влажности
Флотоконцентрат
94-96% влажности
8
Заключение
Перспективность
использования
электрофлотации
определяется
возможностью
существенного ускорения процесса отстаивания и отделения осадка, который в обычных
химических производствах составляет 2-6 ч. Кроме того, при электрофлотации
существует принципиальная возможность селективного извлечения металлов, а не в смеси
с другими компонентами раствора. Отсутствие органических реагентов не вызывает
побочного загрязнения отработанных растворов, что благоприятствует созданию
производств по извлечению электрофлотацией некоторых компонентов из морских и
термальных вод.
9
Литература:
1. Водоподготовка. Очистка сточных вод. Электрофлотация [WWW].
http://www.ecologistica.ru/show.php?page=408 (10.11.14)
2. Электрофлотатор и электрофлотация [WWW].
http://www.hydropark.ru/equipment/electroflotator.htm (10.11.14)
3. Ильин В.И., Колесников В.А., Паршина Ю. И., Электрофлотационная очистка
бытовых стоков, содержащих моющие средства [WWW].
.http://www.abok.ru/fsor_pec/articles.php?nid=14 (10.11.14)
4. Очистка сточных вод - ГК ТрансЭкоПроект [WWW].
http://enviropark.ru/course/category.php?id=3 (10.11.14)
10