Процесс электрофлотации проходит следующим образом: Сточная вода поступает через патрубки 2 в нижнюю часть камеры флокуляции (грубой очистки) 1, переливается через перегородку 8 в камеру флотации (тонкой очистки) 12 и через отверстие в нижней части поступает в сборник очищенной воды 11, обеспечивающий контроль уровня в установке. После наполнения аппарата жидкостью включают источник питания, и на электроды 13 подается ток. В результате протекания процесса электролиза воды на поверхности электродов идёт выделение газовых пузырьков, которые, поднимаясь вверх, взаимодействуют с дисперсными частицами загрязнений с образованием флотокомплексов «частица-пузырьки газа». Плотность образующихся флотокомплексов меньше плотности воды, что обеспечивает их подъём на поверхность сточной жидкости и образование пенного слоя (флотошлама), состоящего из газовых пузырьков, водных прослоек и дисперсных частиц загрязнений.

Очищенная вода через патрубки 10 вытекает из аппарата. Пенный слой периодически удаляется с поверхности сточной воды пеносборным устройством в направлении против ее течения в камеру 5 с конусным днищем, располагаемую в торце аппарата со стороны входа в него сточной воды. Удаление шлама происходит через патрубок 4. Выделяющиеся газы удаляются вытяжным зонтом, расположенным над электрофлотатором.

Модуль конструктивно разделен на 2 части продольной перегородкой, разделяющей потоки воды и шлама в электрофлотаторе. Такая конструкция позволяет использовать электрофлотатор для обработки, как двух различных стоков (при независимом подключении камер), так и одного общего стока (при параллельном подключении камер). Слив жидкости из электрофлотатора осуществляется через дренажные штуцера 3.

Интенсификация процесса флотации осуществляется путем дополнительного применения реагентов – коагулянтов и флокулянтов.

Технологическая схема очистки сточных вод

2.2 Описание технологической схемы

На Рис. 1. представлена технологическая схема очистки сточных вод 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.

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. Из реактора Р1 стоки поступают на электрофлотатор ЭФ, в котором по представленному ниже механизму 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 предприятия (в соответствии с ГОСТ 9.314–90 вода 2-й категории).

Шлам подается для обезвоживания на фильтр-пресс ФП. Обезвоженный шлам влажностью не более 70% утилизируется.

Основным техническим узлом системы очистки является электрофлотатор, включающий в себя блок нерастворимых электродов, систему сбора шлама, источник постоянного тока и вытяжной зонт. Работа аппарата основана на электрохимических процессах выделения водорода и кислорода за счет электролиза воды и флотационного эффекта. Установка работает, как в непрерывном, так и в периодическом режимах и обеспечивает извлечение взвешенных веществ, нефтепродуктов, ПАВ, ионов тяжелых металлов Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Cr³⁺, Al³⁺, Pb²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ Ca²⁺, Mg²⁺ и др. в виде гидроксидов и фосфатов.

2.3 Расчет материального баланса

Исходные данные для проектирования:

Рассчитать локальную установку для очистки сточных вод гальванического производства. Рассчитать электрофлотаторкак основную ступень очистки.

Расход сточных вод	1920 м³/сут
Концентрация взвешенных веществ на входе	250 мг/л
Концентрация взвешенных веществ на выходе	1,3 мг/л
Концентрация тяжелых металлов на входе	98 мг/л
Концентрация тяжелых металлов на выходе	0,6 мг/л

Расход сточных вод=1920 м³/сут= 80 м³/ч (1920/24 ч=80)

1) Масса взвешенных веществ в загрязнённой сточной воде:

С взвешенных веществ =250 мг/л=0,25 г./л=250 г./м3

G взвешенных веществ =250*80=20000 г./ч

2) Масса тяжелых металлов в загрязнённой сточной воде:

С тяжелых металлов =98 мг/л=0,098г/л=98г/м3

G тяжелых металлов =98*80=7840г/ч

3) Масса взвешенных веществ в очищенной сточной воде:

С взвешенных веществ =1,3 мг/л=0,0013г/л=1,3 г/м3

G взвешенных веществ =1,3*80=104 г./ч

4) Масса тяжелых металлов в очищенной сточной воде:

С тяжелых металлов =0,6 мг/л=0,0006г/л=0,6 г/м3

G тяжелых металлов =0,6*80=48 г./ч

5) Масса извлечённых взвешенных веществ:

G извлечённых в. в.= 20000–104=19896 г./ч

6) Масса извлечённых тяжёлых металлов:

Gизвлеч. тяж. Ме= 7840–48 =7792 г./ч

2.4 Расчет основного оборудования

Расчет электрофлотатора.

Материальные потоки в электрофлотаторе.

Исходные данные:

I = 50 А – токовая нагрузка на аппарат;

tоэл=25ºС – температура электролита;

Вт=98%;

Расстояние между электродами 5 – 10 мм

Экспериментальные данные по составу воды, поступающей в аппарат:

Na2SO4=2000 мг/л, Скипидар=0,01 мг/л, Масло веретенное=5 мг/л, ПАВ «Брулин»=30 мг/л, K2Cr2O7 =0,02 мг/л

рН=8,5

Катодные реакции

H2O→H2 + ОН- – 2ē

Анодные реакции

2H2O→O2+4H++4ē

Определение расхода воды при электрофлотации, GH2O

где GH2O кг/ч – количество воды, вступившее в электрохимическую реакцию на электроде;

Вт – выход по току, доли единицы;

М = 18 – молекулярная масса воды;

26.8 – количество электричества, равная 1 Р, А-ч;

n = 4, 2 соответственно – количество электронов, участвующих в электрохимической реакции.

G1H2O = 0,0082 кг/ч – количество воды, вступившее в реакцию на аноде.

G2H2O = 0,0165 кг/ч – количество воды, вступившее в реакцию на катоде.

GH2O = G1H2O + G2H2O

GH2O = 0,0247 кг/ч

Определение количества образовавшихся газов

где кг/ч – количество образовавшегося водорода,

МН2 = 2 – молекулярная масса водорода;

n = 2 – количество электронов, участвующих в электрохимической реакции.

= 0,0019 кг/ч

где

кг/ч – количество образовавшегося кислорода,

МO2 = 32 – молекулярная масса кислорода.

= 0,2195 кг/ч

Определение количества растворителя (воды), уносимого с газообразными продуктами

а) Определение количества растворителя, уносимого с водородом

где t0эл = 25 – температура электролита, °С;

22,4 л – объем одного г-моль газа при нормальных условиях;

р = 23,76 мм. рт. ст. = 23,76133 = 3167,2 Па = 31,672 – упругость водяного пара при температуре электролита, гПа;

ρр = 0,02304 – плотность паров растворителя при t0эл, г/л.

= 5,5246 10–4 кг/ч

б) Определение количества растворителя, уносимого с кислородом

где

– количество образовавшегося кислорода, кг/ч.

= 2,7623 10–4 кг/ч

Таким образом суммарный расход воды на электролиз:

=0,0503 кг/ч

Заключение

Итак, гальваническое производство является одним из крупнейших потребителей воды, а его сточные воды – одними из самых токсичных и вредных.

Проект участка очистки сточных вод гальванического производства (стр. 7 из 8)

2.2 Описание технологической схемы