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