3.3 Расчет электрокоагуляционной установки

Опыт применения флотационных способов очистки стоков предприятий молочной промышленности показал, что флотация без добавки коагулянтов малоэффективна, так как позволяет снизить концентрацию жиров только на 50-60%, а взвешенных веществ на 50%.

Суть работы электрофлотокоагуляционной установки заключается в одновременном образовании хлопьев коагулянта и пузырьков газа в стесненных условиях межэлектродного пространства, позволяющем надежно закреплять пузырьки на хлопьях и интенсивно коагулировать загрязнения, тем самым обеспечивать эффективность флотационного процесса.

Установка – двухкамерная, горизонтального типа. Электрокоагулятор состоит из корпуса с наклонным дном и крышкой, электродной системы, пеноудаляющего устройства. Они должны быть снабжены патрубками с вентилями для выпуска и впуска воды, пены, емкостями для сбора пены и вентиляционной системой удаления водорода.

Корпус электролизера прямоугольной формы следует изготовлять из листовой углеродной стали с последующим нанесением на внутреннюю поверхность защитного покрытия, например, из винипласта или эпоксидных смол.

Крышка электролизера, предназначенная для предотвращения выделения водорода в рабочее помещение, изготавливается из листовой стали с покраской внутренней поверхности водостойкой краской. Крышка устанавливается своим фланцем к фланцу корпуса и герметизируется. Дно корпуса электролизера должно иметь уклон.

Электродный блок, собираемый из алюминиевых пластин, выполняется в виде параллелепипеда и располагается равномерно по объему электролизера. Электроды в блоке устанавливаются плоскопараллельно на одинаковом расстоянии друг от друга (10-20 мм). Объем жидкости над электродами не должен превышать 20 % общего объема электрокоагулятора. Электродные пластины прямоугольной формы следует изготавливать одинаковыми для обеспечения их взаимозаменяемости. Механическая жесткость электродного блока создается с помощью диэлектрических гребенок.

Пеноудаляющее устройство может быть, выполнено либо в виде приспособления, сгоняющего пену струями сжатого воздуха в пеносборный лоток, либо и виде доски с пневматическим приводом. Пеноудаляющее устройство перемещается как вручную, так и автоматически по заданной программе.

В процессе электролиза выделяется водород, который необходимо постоянно удалять из аппарата с помощью вытяжного вентиляционного устройства. Для обеспечения безопасности, работа электрокоагулятора должна быть сблокирована с работой вентилятора: в случае остановки вентилятора должна быть прекращена подача электроэнергии на электрокоагулятор.

Расчет заключается в определении объема установки.

Для отстаивания сточных вод, прошедших элетрокоагуляционную установку, применяют вертикальные отстойники с устройствами для задержания всплывающих примесей.

Количество образующейся в электрокоагуляторе пены составляет 25% расхода сточных вод, количество пенного продукта – 1,4%. Гашение пены производится механическим способом в течение 5-10 мин.

Обработка пенного продукта в суспензионных сепараторах в течение 5 минут позволяет получить осадок влажностью 90-92%.

Применение электрокоагуляционного метода рекомендуется для молочной промышленности для снижения содержания концентрации жиров до 25 мг/л, взвешенных веществ – до 50 мг/л, БПКполн – до 500-1000 мг/л.

Сущность метода заключается в пропускании воды, обработанной небольшой дозой коагулянта, через электролизер с алюминиевыми электродами, к которому подведен постоянный или переменный ток низкого напряжения (1 в).

Для очистки данных сточных вод рекомендуется очистка электрокоагуляторами с алюминиевыми электродами непрерывного действия.

Необходимая доза алюминия определяется по его удельным расходам на удаление отдельных загрязнений и уточняется пробным электрокоагулированием.

Принимаем дозу коагулянта D_Аl=60 г/м3 (по 1, табл. 57).

Часовой расход алюминия G, г/ч, который необходимо ввести в обрабатываемую воду, определяется по формуле:

где D_Аl – доза алюминия, г/час;

Q – расход воды, м3/час;

Исходные данные:

производительность аппарата q_w = 33,33 м³/ч;

удельный расход электричества на очистку сточной воды q_cur = 180 Aч/м³;

начальная толщина электродных пластин = 0,006 м;

межэлектродное расстояние принимаем b = 0,02 м;

анодная (катодная) плотность тока i_an = 120 А/м².

Расчет /5, п. 3.25/: Примем продолжительность, цикла очистки t_eh, равной 0,5 ч (продолжительность электрокоагуляционной обработки t₁ = 0,25 ч; продолжительность налива жидкости в аппарат и ее слива t₂ = 0,25 ч).

Объем жидкости в электрокоагуляторе

W_ch = q_w t_ek = 33,330,5 = 16,67 м³.

Общий расход электричества на обработку 33,33 м³ /час сточной воды составит:

Q_cur = q*q_cur = 33,33180 = 5999,4 Ач;

Токовая нагрузка на электрокоагулятор:

I = Q_cur/t = 5999,4/1 = 5999,4 A;

Поверхность анодов (катодов) будет равна:

f_an = f_h = I/i_ап = 5999,4/120 = 49,9м².

Объем жидкости в межэлектродном пространстве V_ж = f_an b = 49,9^.0,02 = 0,99 м³, a общий объем электродов V_еk = f_an = 49,99* 0,006 = 0,29 м³.

Общий объем электродного блока составит:

= V_ж+V_ek = 0,99+0,29 = 1,28 м³,

Масса такого блока:

= V_ekA1 = 0,019^.2,7 = 0,06 т.

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 составит:

0,34 м.

Число электродов в блоке составит n = = 0,34/(0,006+0,015) = 18, т.е. блок будет состоять из 9 анодов и 9 катодов.

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 пеносгонное устройство, а также устройства для распределения потока воды на входе и выходе, габариты электрокоагулятора принимаем:

LэBэHэ = 1,3 x 1,1 x 1,0 м.

Эффект очистки электрофлотокоагуляционной установки:

Э = 95% - по жиру и взвешенным веществам

Э = 70% - по БПК

Определение расхода осадка по (1), п 6.65, формула 37:

Qmud= q_w* (Cen-Cex)/(100-pmud)*γmud*10⁴ =33,33(245-37)/(100-95)*1000*10⁴ = 0,21 м3/ч

q_w - расход сточных вод, м³/ч=800/24=33.33 м3/час=3333 л/час

Cen – концентрация взвешенных веществ в исходной сточной воде, мг/л

Cex - концентрация взвешенных веществ в очищенной воде, мг/л

pmud – влажность осадка, %

γmud – плотность осадка, при влажности более 80% примерно равняется плотности воды 1000 кг/м³ =1000 000мг/м3=1000мг/л.

Данные берем по методическому пособию «Механическая очистка городских СВ» Л.В. Бартовой формула 3.5.

Рис.3 Конструкция электрофлотокоагулятора.