Моделирование и расчет электроокситенка

Вестниц ЗолгГАСУ. Сер.: Техн. науки. 2006. Вып. $ (20)

ХИМИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ. БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И КАЧЕСТВО ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

УДК 628.356.39

А.Б. Голованчиков, И.В. Владимцева, Ю.С. Гермашева, И.В. Моеилевская, Л.В. Потапова

МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРООКСИТЕНКА

Предложена конструкция окситенка без диафрагмы, в которой для дыхания микроорганизмов используются пузырьки кислорода, образующиеся при электролизе воды. Такая конструкция позволяет селективно подавать пузырьки кислорода в очищаемую воду с активным илом. Приведены алгоритм и результаты расчетов аэротенка и электроокситенка.

ТЪе оху1апк соп$1гис1юп \У11Ьои1 «ИарЬгадт 15 ойегей, \уЬеге оху^еп ЬиЬЫез аге изе<1 Гог гезр1гайоп оГписгоог§ашзт8. ТЪезе ЬиЬЫез аге Гогшес! т ргосе&з о^ \уа1ег е1ес!го1уз15. ТЫз соп$1гис1юп а11о\УЗ арргоасЫп^ оху§еп ЬиЬЫез зе1есиуе1у (о (Ье \?а(ег рипйеё Ыо1о§юа1 з1ийё;е.

ТНеге аге 1Ье а1§оп&гп апй 1Ье ге$и11$ оГса1си1а(юпз оСаего 1апк апй е1ес(гоохуитк.

Для интенсификации процессов биологической очистки сточных вод большой производительности или высокой степени очистки обычно используются аэротенки. В этих аппаратах активный ил движется вместе с очищаемой водой вдоль коридоров, а пузырьки воздуха, поднимаясь снизу вверх и интенсивно перемешивая очищаемую воду, — поперек коридора. Однако пузырьки воздуха, содержащие около 20 % объемного кислорода, имеют обычно размеры от 100 мк и выше, высокую скорость всплывания и малое время пребывания в очищаемой воде. Поэтому коэффициент использования кислорода воздуха в аэротенке, как и в биофильтре, не превышает 8—9 % [1, 2].

Гораздо выше степень использования кислорода в так называемых окситенках, когда вместо воздуха подаются пузырьки технического кислорода через фильтросные пластины или другие пористые материалы. В этом случае размер пузырьков кислорода уменьшается до 50—100 мк, а степень его использования возрастает более чем в 10 раз, до 90 % [2].

Общим недостатком окситенков являемся зависимость их работы от наличия в газгольдерах или баллонах запасов технического кислорода. Это ограничивает бесперебойную работу окситенков, особенно при необходимости глубокой биологической очистки и больших расходов поступающих стоков.

Для нивелирования указанных недостатков окситенков разработаны способы и конструкции аппаратов биологической очистки, в которых используется кислород, образующийся на аноде при электролизе воды [3, 4]. Однако

такие окситенки имеют общий недостаток, связанный с необходимостью отделения пузырьков кислорода от пузырьков водорода специальной полупроницаемой мембраной, так как смесь этих газов, называемая гремучей смесью, во-первых, взрывоопасна, а, во-вторых, приводя к коалесценции пузырьков обоих газов, укрупняет их. Это приводит к уменьшению времени контакта с очищаемой водой и степени использования кислорода. Кроме того, пузырьки водорода, перемешивая очищаемую воду, хотя и способствуют перемешиванию активного ила с водой и пузырьками кислорода, но уменьшают вероятность использования молекул кислорода для дыхания из-за снижения их общей концентрации в газовых пузырьках.

Задача заключается в создании бездиафрагменной конструкции электроокситенка, позволяющей селективно подавать только пузырьки кислорода в очищаемую воду с активным илом.

На рис. 1 показана такая конструкция электроокситенка, в которой пузырьки водорода, образующиеся на пластинах-катодах 1, собираются под туннельными колпачками 2, установленными вдоль верхнего края этих пластин, и отводятся по трубкам 3 в общий коллектор водорода и далее в газгольдер. Электродные модули выполнены в виде вертикальных пластинэлектродов и подключены к выпрямителям или генераторам постоянного тока как в электрофлотаторах или электрокоагуляторах [5—7].

3

РИС. 1. Схема электроокситенка: а — общий вид; б — вид сверху; 1 — пластина-катод; 2 — туннельный колпачок; 3 — трубка для отвода водорода из-под ксмшачка в коллектор

Алгоритм сравнительныхрасчетов аэротенка и электроокситенка

1. По интегральной кинетической кривой аэротенка (рис. 2, кривая /) или на ЭВМ по табличным данным этой зависимости определяется необходимое время пребывания очищаемой воды т0.

2.По интегральной кинетической кривой электроокситенка (рис. 2, кривая 2) или на ЭВМ по табличным данным этой зависимости определяется необходимое время пребывания очищаемой воды т0.

3.Необходимый расход кислорода в аэротенке

такие окситенки имеют общий недостаток, связанный с необходимостью отделения пузырьков кислорода от пузырьков водорода специальной полупроницаемой мембраной, так как смесь этих газов, называемая гремучей смесью, во-первых, взрывоопасна, а, во-вторых, приводя к коалесценции пузырьков обоих газов, укрупняет их. Это приводит к уменьшению времени контакта с очищаемой водой и степени использования кислорода. Кроме того, пузырьки водорода, перемешивая очищаемую воду, хотя и способствуют перемешиванию активного ила с водой и пузырьками кислорода, но уменьшают вероятность использования молекул кислорода для дыхания из-за снижения их общей концентрации в газовых пузырьках.

Задача заключается в создании бездиафрагменной конструкции электроокситенка, позволяющей селективно подавать только пузырьки кислорода в очищаемую воду с активным илом.

На рис. 1 показана такая конструкция электроокситенка, в которой пузырьки водорода, образующиеся на пластинах-катодах 1, собираются под туннельными колпачками 2, установленными вдоль верхнего края этих пластин, и отводятся по трубкам 3 в общий коллектор водорода и далее в газгольдер. Электродные модули выполнены в виде вертикальных пластинэлектродов и подключены к выпрямителям или генераторам постоянного тока как в электрофлотаторах или электрокоагуляторах [5—7].

=1

Ь. ь

V

Рис. 1. Схема электроокситенка: а — общий вид; б — вид сверху; 1 — пластина-катод; 2 — туннельный колпачок; 3 — трубка для отвода водорода из-под колпачка в коллектор

Алгоритм сравнительных расчетов аэротенка и электроокситенка

1. По интегральной кинетической кривой аэротенка (рис. 2, кривая 1) или на ЭВМ по табличным данным этой зависимости определяется необходимое время пребывания очищаемой воды та.

2.По интегральной кинетической кривой электроокситенка (рис. 2, кривая 2) или на ЭВМ по табличным данным этой зависимости определяется необходимое время пребывания очищаемой воды т0.

3.Необходимый расход кислорода в аэротенке

А ОО

14. Наибольшая площадь поверхности, которую могут занять электродные модули с учетом монтажных зазоров (рис. 1, б),

5и =кт{1ко-Ьо)-

15.Число электродных модулей, устанавливаемых по ширине коридора,

16.Число электродных модулей, устанавливаемых по длине коридора,

т!=1ко+1.

17.Общее число электродных модулей, которое можно установить на дне электроокситенка, тэ =ть -пц.

нами-катодами туннельных колпачков с патрубками, шин и рамы

Щ = 1,3 • щ • рм • 8р • • щ/1000.

При установке электродных модулей в шахматном порядке для создания циркуляционных потоков общее их число уменьшится в 2.. .4 раза и во столько же раз надо увеличить высоту Н\ каждой пластины и ток каждого модуля электрода, чтобы сохранить плотность тока не выше номинальной, предупреждающей растворение материала анодов при электролизе (рис. 3).

Результаты сравнительных расчетов аэротенка и электроокситенка приведены в таблице.

Сравнительные расчеты аэротенка и электроокситенка показывают, что при одинаковой степени очистки по БПК объем электроокситенка почти в 3 раза меньше объема аэротенка, соответственно, ширина и высота коридора, по которому течет очищаемая жидкость, уменьшаются на 40 %,, расход кислорода по сравнению с расходом воздуха снижается в 53 раза.|Последнее объясняется тем, что пузырьки кислорода, образующиеся на аноде при электролизе почти в 2 раза меньше, чем пузырьки воздуха, а значит, время их пребывания в 4 раза больше времени пребывания пузырьков воздуха. Кроме того, в пузырьках воздуха лишь пятую их часть составляют молекулы кислорода, что еще почти в 10 раз снижает степень поглощения кислорода из воздуха микроорганизмами активного ила [2, 8].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Родионов А.И. Техника защиты окружающей среды / А.И. Родионов, В.Н. Кпушин, Н.С. Торочешников. М.: Химия, 1989. С. 512.

2.Биотехнология : справочник / под ред. Н.С. Егорова, Д.Д. Самуилова : в 8-ми т. Т. 6. М.

:Высшая школа, 1987. С. 312.

3.Патент США №3914164. Устройство для биологической очистки. Кл 204-149, 1976. Авт. Св. СССР № 998381, Со2 РЗ/00. Устройство для биологической очистки сточных вод, 1983. Бюл. № 7.

4.Матов ЕМ. Электрофлотация. Кишинев : Картя молдовеняскэ, 1971. С. 184.

5.Мамаков А.А. Современное состояние и перспективы применения электрохимической флотации веществ. Ч. 1 и 2. Кишинев : Штиинца, 1975. С. 134,184.

6.Голованчиков А.Б. Электрофлотационные процессы и аппараты химической технологии : учебное пособие / А.Б. Голованчиков, Н.В. Тябин, Г.Л. Дахина. Волгоград : Полиграфист, 1989. С. 95.

7.Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. Л.: Недра, 1983. 263 с.

©Голованчиков А.Б., Владимцева И.В., Гериашева Ю.С.,

Могилввская И.В., Потапова Л.В., 2006