3) Определяем силу тока обеспечивающую растворение Fe-анодов:

I=А

где I  – сила тока, А;

       k=1,04 г/А*ч – электрохимический эквивалент Fe;

       t=27 мин = 0,45 ч – время обработки СВ в электрокоагуляторе;

       h=80% - выход Fe по току;

       G_Fe - часовой расход Fe, г/ч.

4)     Рассчитываем число электродов:

_N=

Примем 1 анод b=0,8 м, H=1м,

где b – ширина электрода, м;

      H – высота электрода;

 электродов, т.е. 8 анодов и 9 катодов.

5)     Определяем необходимую толщину анода, с учётом его износа на 80% и срок эксплуатации 50%:

, где

Q_сут=7,8 м³/ч=93,6 м³/сут – производительность установки;

n_cут=100 сут – расчётная продолжительность работы 1 пакета электродов;

S=12,5 м²=12,5*104 см²;

g=7,8 г/м³ – удельный вес анодного материала.

6)     Определяем геометрические размеры электрокоагулятора:

В=b+2a,

где В  - ширина электрокоагулятора, м;

       b=0,8 м – ширина электрода;

       a=30 мм=0,03 м – расстояние от последнего электрода до стенки

                                      корпуса;

       В=0,8+2*0,03=0,86 м;

Н=h_эл+a₁+а₁’,

где H – высота электрокоагулятора, м;

       а₁=50мм=0,05 м- расстояние от нижнего конца электрода до дна

                                    электрокоагулятора;

       a₁’=20мм=0,02 м – расстояние от верхнего конца электрода до верха

                                        электрокоагулятора;

Н=1+0,05+0,02=1,07 м;

L=N*d+(N-1)*a₂+2a,

где L – длина электрокоагулятора;

      a₂=20 мм=0,02 м – расстояние между электродами.

L= 17*0,01152+(17-1)*0,02+2*0,03=0,19584+0,32+0,06=0,58 м.

7)     Напряжение в электрокоагуляторе:

U=9 В

8)     Потребляемая мощность:

Е=I*U, Вт

Е=1000*9=9000 Вт

9)     Расход электроэнергии:

W=E/q=9000/7,8=1154 Вт*ч/м³;

g=7,8 г/м³ – удельный вес анодного материала.

10)Общий объём ванны электрокоагулятора:

W=B*L*H=0,86*0,58*1,07=0,53 м³.

Расчет гальванокоагулятора

Производительность очистных сооружений Q=2100м³/сут. Принимаем 3 гальванокоагуляционных модуля, расчетный часовой расход воды на один модуль 43.7м³/ч.

Площадь полезного сечения при диаметре гальванокоагулятора 0,6 м и диаметре центральных стержней (7 шт.) d_а=0,05 м

м²

Высота активной загрузки при времени контакта обрабатываемой воды t=3,5 мин

Общая высота гальванокоагуляционного модуля при соотношении объема загрузки и общего объема 0,7

Объем активной загрузки

Масса каждого компонента активной загрузки вычисляется исходя из насыпного веса компонентов и массового соотношения в данном случае, для стальной стружки и углеродминерального сорбента (СГН) 4:1.

Насыпной вес для стальной стружки d > 4мм γ_ст=850 кг/м³;

Насыпной вес для СГН фракции 2,8-5мм γ_СГН=443 кг/м³.

М_ст.=V_ст.·γ_ст=2.6·850=2210 кг;

М_ст.=V_ст.·γ_ст=2.6·443=1152 кг.

Суммарный объем обрабатываемой воды для одного модуля исходя из коэффициента использования стальной стружки 0,9 и максимальной концентрации Fе_общ в обрабатываемой воде 100 мг/дм³ (0,1 кг/м³).

м³

Минимальная продолжительность работы модуля производительностью 43.7 м³/ч при 16 часовой работе в сутки составит:

сут.

По результатам данного расчета технические характеристики ГК-модуля следующие:

– производительность 43.7м³/ч;

– габаритные размеры:

– высота 0,8 м;

– диаметр 0,6м;

– диаметр центральных стержней (7 шт.) 0,05м;

– высота загрузки 0,6 м;

– масса железной стружки 2210 кг;

– масса углеродминерального сорбента (СГН) 1152 кг;

– минимальная продолжительность работы модуля29 сут, (1 месяц);

– максимальная потребляемая мощность не более 0,5 кВт ч/м³.

Требования, предъявляемые к загрузке: железную стружку следует предварительно обезжирить и протравить.

За счет разности электрохимических потенциалов в месте контакта частиц железо поляризуется анодно, а (СГН) катодно, вследствие чего образуется точечный короткозамкнутый элемент Fe – СГН, вызывающий в месте контакта и в непосредственной близости от него эффект гальванокоагуляции –совокупность ряда электрохимических и физических процессов: растворение материала анода-железа и переход его в воду (Fe ³⁺), электролиз воды и, как следствие, подкисление прианодного, подщелачивание прикатодного слоя воды, затем окисление Fe²⁺–Fe³⁺ и образование гидратированных форм различных соединений железа.

Равномерное диспергирование воздуха способствует быстрому протеканию процессов окисления и позволяет избежать зашламления пор загрузки за счет флотации пузырьками воздуха.

Гальванокоагулятор относится к области очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов, мышьяка, хрома, фтора, органических флотореагентов, нефтепродуктов. Сущность изобретения: гальванокоагулятор для очистки сточных вод содержит цилиндрическую обечайку, установленную с возможностью вращения вокруг продольной оси, воронку, расположенную у одного из торцов обечайки с зазором относительно нее. Гальванокоагулятор содержит расположенный внутри обечайки барбатер, выполненный в виде двух пересекающихся и соединенных между собой трубок. Каждая из трубок имеет отверстия, выполненные по винтовой линии, шаг которой равен двум длинам трубки. Один из концов барбатера жестко закреплен в воронке, а другой подсоединен к системе подачи сжатого воздуха.

Недостатком известного устройства является то, что оно работает без подачи воздуха в очищаемую воду, что ведет к ухудшению очистки сточных вод от ионов.

Известно использование электролизера для очистки сточных вод, содержащего цилиндрический корпус, соединенный с отрицательным полюсом источника тока, цилиндрический кожух, расположенный в корпусе и соединенный с положительным полюсом источника тока. На поверхности кожуха расположена диафрагма из диэлектрического материала, а внутри кожух заполнен проводящим материалом. Кожух свободно расположен в корпусе и вращается вокруг своей продольной оси симметрии, которая расположена параллельно продольной оси симметрии корпуса. В корпус встроены патрубки для подачи и отвода воды Недостатком известного устройства является использование электроэнергии для осуществления физико-химических процессов для извлечения ионов тяжелых металлов.

Наличие барбатера в гальванокоагуляторе и выполнение его в виде двух пересекающихся и соединенных между собой трубок, в каждой из которых выполнены отверстия, расположенные по винтовой линии, имеющей шаг, равный двум длинам трубки, дает возможность создать дополнительное вращательное движение жидкости (очищаемой воды), что приводит к увеличению скорости образования коагулянтов.

Выполнение барбатера в виде перекрещенных трубок дает возможность создать винтообразную подачу сжатого воздуха, под влиянием которого жидкости (очищаемой воде) сообщается то же движение, что приводит к увеличению скорости контакта жидкости с микрогальваническими парами, а это, в свою очередь, интенсифицирует процесс образования коагулянтов.