Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Ярославский государственный технический университет»

Кафедра «Охрана труда и природы»

Реферат принят

с оценкой ______________

Доцент, к.т.н.

_________Е.Л.Никитиа

«____»___________2024

Описать метод, который лежит в основе электрокоагуляционной очистки сточных вод исследуемого процесса

Контрольная работа по дисциплине

«Методология научного исследования»

ЯГТУ 18.03.02 – 014 Р

Контрольную работу выполнил студент группы ЗОС-41 ___________ «____»___________2024

2024

Реферат

21 стр., 5 рис, 7 ист..

Коагуляция, сточная вода, фактор, анализ, катод, анод

Объектом исследования является электрокоагуляционная очистка сточных вод.

Цель работы – изучить и описать основные методы, которые лежит в основе электрокоагуляционной очистки сточных вод исследуемого процесса.

В процессе работы описаны методы и приведён отчёт с факторами, влияющих на анализ эффективности очистки сточных вод методом электрокоагуляции.

Содержание

Реферат 2

Введение 4

1 Электрокоагуляционная очистка сточных вод 9

2 Технологическая схема 13

3 Факторы, влияющие на процесс электрокоагуляционной очистки сточных вод 15

4 Отчёт 17

4.1 Двухфакторный дисперсионный анализ с повторениями 17

4.2 Интерпритация эффектов взаимодействия 19

Заключение 20

Список использованных источников 21

Введение

Защита водного бассейна от загрязнения промышленными сточными водами наиболее полно реализуется при внедрении оборотных циклов водоснабжения. Однако организация оборотного водоснабжения с использованием сточных вод на предприятии возможна только при условии их глубокой очистки от токсичных ингредиентов.

В настоящее время очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов на большинстве предприятий ведут с помощью реагентов, из которых наибольшее применение находят известь, сернокислое закисное железо и бисульфит натрия. Реагентные методы очистки сточных вод позволяют довести содержание, ионов тяжелых металлов в растворе до величин сопоставимых с ПДК для воды водоемов санитарно-бытового водопользования. Вместе с тем, использование реагентов для вывода ионов тяжелых металлов из жидкой фазы приводит к увеличению общего солесодержания очищенной воды и затрудняет ее использование в оборотных системах водоснабжения предприятий.

В последние годы большое внимание уделяется разработке и внедрению в практику электрокоагуляционного способа очистки производственных сточных вод с использованием анодов, подвергающихся электрохимическому растворению.

Общую реакцию анодного растворения металла, если образуются простые гидротированные ионы, можно записать в виде уравнения:

(M)+ H₂О = M2⁺²+ X H₂О + Z-e^-

Применение данного метода предпочтительно в первую очередь на предприятиях в условиях острой нехватки производственных площадей; на предприятиях, расположенных в отдаленных и бездорожных районах; при обработке сточных вод, расход которых не превышает 50-80 м³ / час.

Коагуляция примесей воды – процесс укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. Коагуляция завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов-хлопьев и отделением их от жидкости.

Коллоидные и тонкодисперсные примеси воды обладают определенной агрегативной устойчивостью, обусловленной наличием вокруг частиц гидратных оболочек или двойного электрического поля. При нагревании или замораживании, при добавлении в воду электролитов, при наложении магнитного поля агрегативная устойчивость примесей нарушается.

В воде во взвешенном состоянии могут находиться гидрофильные и гидрофобные примеси.

Гидрофильные в основном представлены органическими веществами, а гидрофобные – частицами ила, глины, пылевидными песчинками. На поверхности гидрофильных примесей удерживается значительное количеств воды в виде гидратной оболочки, обусловленное наличием поверхностных полярных групп, таких как –ОН^-, -СООН⁻. Они и удерживают вокруг частицы гидратную оболочку. Находясь в тепловом броуновском движении, гидрофильные частицы диффундируют вместе с гидратной оболочкой. Гидрофильные частицы несут обычно небольшие электрические заряды и, как правило, под действием электролитов не коагулируют.

Гидрофобные примеси почти лишены гидратных оболочек, но имеют

двойной электрический слой и несут значительные электрические заряды. Ликвидация или уменьшение электрического заряда частиц приводит к нарушению агрегативной устойчивости и коагуляции гидрофобных примесей.

Обычно гидрофобные частицы имеют кристаллическую структуру и большую удельную поверхность, на которой адсорбируются присутствующие в воде ионы. Характерно, что все частицы данного вещества собирают преимущественно ионы одного знака, снижающие свободную поверхность энергии гидрофобных частиц. Прилегающие непосредственно к ядру ионы образуют поверхностно-ядерный слой (адсорбционный слой). Так как на границе адсорбционного слоя образуется электрический заряд, то вокруг ядра с адсорбционным слоем (гранула) создается диффузионный слой из противоионов, компенсирующих зряд гранулы. В целом ядро с адсорбционным и диффузным слоями называется мицеллой.

В состоянии покоя мицелла электронейтральна, так как заряд гранулы нейтрализуется противоионами диффузного слоя. Находясь в состоянии броуновского движения, противоионы диффузного слоя мицеллы отстают, отрываются от гранулы, и частица приобретает электрический заряд.

Таким образом, частицы с одноименными зарядами при взаимодействии отталкиваются друг от друга. Наряду с этим между коллоидными примесями воды существуют молекулярные силы взаимного притяжения, называемые силами Ван-дер-Ваальса, которые действуют на небольшом расстоянии между взаимодействующими частицами и с увеличением расстояния между ними убывают, а при сближении частиц силы отталкивания и притяжения возрастают. При этом, первоначально сила отталкивания превалирует над силой притяжения. Однако если частицы, двигаясь с большой скоростью, преодолевают указанные «силовой барьер», то преобладающими становятся силы притяжения и такие частицы сливаются и укрупняются.

Величина «силового барьера» характеризуется электрокинетическим потенциалом. Оптимально, когда электрокинетический потенциал равен нулю. Такое состояние коллоидной системы называют изоэлектрическим, а величину рН, отвечающую ему, изоэлектрической точкой системы (рН_из).

Большинство коллоидных частиц природных вод имеют в грануле отрицательный заряд. Его нейтрализация, разрушение диффузионного слоя и гидратной оболочки достигается введением электролита и золей с противоположным зарядом частиц.

В качестве электролитов применяют соли железа и алюминия. Коагуляция может быть достигнута и добавлением одновалентного катиона, однако потребное количество соли окажется примерно в 1000 раз выше, чем соли трехвалентного катиона. При введении в воду электролита возрастает концентрация противоионов, при этом значительная часть их переходит из диффузного слоя в адсорбционный, что приводит к уменьшению толщины диффузного слоя. Переход противоионов из диффузного слоя в адсорбционный вызывает нейтрализацию заряда гранулы и понижает величину электрокинетического потенциала частицы.

Добавление к воде коагулянта первоначально вызывает образование хлопьев (в виде цепочек) из одного реагента.

В свою очередь цепочки коагулянта могут прилипать к поверхности крупных примесей. Кроме того, почти нерастворимые гидроксиды железа и алюминия седиментируются и, адсорбируя, увлекают с собой нерастворимые частицы взвеси (ила, клеток планктона, остатков растений).

Гидроксиды железа и алюминия – хорошие сорбенты. Они сорбируют на поверхности своих частиц бактерии, гуминовые вещества и некоторые растворенные соединения, например, ионы тяжелых металлов.

Электрокоагуляция воды – это прогрессивное технологическое направление избавления воды от загрязняющих субстанций путем ее очистки в электролизере с растворимыми электродами. При нахождении водного раствора под влиянием постоянного электрического поля происходит разрушение грубодисперсных загрязнений, агрегация коллоидных примесей, что стимулирует процесс разделения фаз и очистки воды от определенного типа соединений. Метод электрокоагуляции воды показывает отличные результаты при очистке технической воды от мелкодиспергированных органических мономеров и полимеров, эмульсий, продуктов нефтепереработки. Эффективен при избавлении водных растворов от избытка фосфатов и хроматов.

Электрокоагуляция используется для:

• осветления и уменьшения цветности природных вод;

• уменьшения жесткости;

• выведения фтора, мышьяка, кремния;

• связывания органических загрязнений (ПАВ, фенола);

• корректирования рН водного раствора;

• увеличения ферментативной способности активного ила;

• улучшения условий обезвоживания осадков путем уменьшения удельного сопротивления воды;

• для очистки сточных вод.