Электрофлотация

Сущность электрофлотационного метода очистки сточных вод заключается в переносе загрязняющих частиц из жидкости на ее поверхность с помощью пузырьков газа, образующихся при электролизе сточной воды. В процессе электролиза сточной воды на катоде выделяется водород, на аноде – кислород. Основную роль в процессе флотации играют пузырьки, выделяющиеся на катоде. Размер пузырьков, отрывающихся от поверхности электрода, зависит от краевого угла смачивания, кривизны поверхности электрода, а также его конструктивных особенностей. Замена пластинчатого катода на проволочный приводит к уменьшению крупности пузырьков, следовательно, к повышению эффективности работы электрофлотатора.

При применении растворимых электродов (обычно железных или алюминиевых) на аноде происходит анодное растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия, приводящие к образованию хлопьев гидроокисей. Одновременное образование хлопьев коагулянта и пузырьков газа в стесненных условиях межэлектродного пространства создает благоприятные условия для надежного закрепления газовых пузырьков на хлопьях и интенсивной коагуляции загрязнений, что обеспечивает эффективность флотационного процесса. Такие установки называются электрокоагуляционно-флотационными. При пропускной способности до 10-15 м³/ч установки могут быть однокамерными, а при большей пропускной способности – двухкамерными горизонтального (рис. 1.31) или вертикального типа.

Расчет установок для электрофлотации и электрокоагуляции сводится к определению общего объема W_y установки, объемов W_з электродного отделения и камеры флотации W_ф

W_у = W_з+W_ф (1.6)

Объем электродного отделения (рис. 1.31) определяется из возможности размещения в нем необходимой электродной системы.

Так при расчете горизонтальной установки ширина секции В принимается в зависимости от производительности Q.

Если Q < 90 м³/ч, то В = 2 м, если Q = 90-180 м³/ч, то В = 2,5-3 м.

Число пластин электродов, размещаемых в установке

где а₁ = 100 мм – зазор между крайними пластинами и стенками камеры; а₂ = 15-20 мм – зазор между пластинами; δ; = 6-10 мм – толщина пластин.

Тогда необходимая площадь пластин электродов:

f_s = f_аэ / (n_э – l),

где f_аэ – активная поверхность электродов, м².

f_аэ = E·Q / i,

где Е – удельное количество электричества, А·ч, в 1 м³ объема камеры флотатора: Q – расчетный расход сточных вод, м³/ч; i – плотность тока на электродах, А/м².

Величины Е и i определяются экспериментальным путем. При обработке сточных вод нефтеперерабатывающих заводов, целлюлозно-бумажных комбинатов, кожевенных заводов, мясокомбинатов и др. Е = 100-600 А/ч в 1 м³ объема флотационной камеры, 150-200 А/м², напряжение постоянного тока 5-10 В. Определив f, и назначив высоту пластин электродов h_э = l - 1,5 м находим длину пластин электродов l_э = f / h_э, а затем определяем длину электродной камеры

L_э=l_э + 2·а₁.

Тогда объем электродной камеры, составит

W_з=B H_э L_э,

где Н_э – рабочая высота электродной камеры

Н_э = h₁ + h₂ + h₃

Объем флотационной камеры

W_з = Q t_ф,

где t_ф – продолжительность флотации определяемая экспериментально и принимая обычно равной 0,3-0,75 ч.

Длину L_ф и высоту Н_ф флотационной камеры подсчитывают исходя из ее объема H_ф и ширины В.

При осуществлении процесса электрофлотации необходимо определить массу металла электродов, переходящую в раствор, а также срок службы электродной системы

m_э = k_т Э·Е, (1.7)

где m_э – масса металла, переходящего 1 м³ раствора, г; Э – электрохимический эквивалент, г/(А·ч) для Fe²⁺=l,042, Fe³⁺=0,695, Al³⁺=0,396 г/(А·ч); k_т = 0,5-0,95 – коэффициент выхода по току, определяется экспериментально.

Срок службы электродной системы:

где Т – время работы электродной системы, сут; М – масса металла электродов, которая растворяется в процессе электролиза, кг:

где γ – плотность металла электродов, кг/м³; k_э = 0,8-9 – коэффициент использования материала электродов; Q_сут – суточный расход сточных вод.

Протекающие при электрофлотации электрохимические окислительно-восстановительные процессы обеспечивают дополнительное обеззараживание сточных вод. Использование алюминиевых и железных электродов обуславливает переход ионов алюминия и железа в раствор, что способствует коагулированию мельчайших частиц загрязнений, содержащихся в сточной воде.