рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Флотационная очистка сточных вод»

Флотационная очистка сточных вод» - раздел Экология, Экология Ц Е Л Ь Р А Б О Т Ы:   – Ознакомиться С Различными Мет...

Ц е л ь р а б о т ы:

 

– ознакомиться с различными методами флотации сточных вод;

– определить влияние технологических параметров на эффективность очистки.

 

О с н а щ е н и е р а б о ч е г о м е с т а:

 

– компрессор;

– электроячейка;

– электроды;

– эксикатор;

– весы;

– стаканы для отбора проб;

– беззольный фильтр;

– синтетические моющие средства;

– химические колбы.

 

О с н о в н ы е с в е д е н и я и з т е о р и и

 

Флотация является перспективным методой очистки сточных вод от ма­сел, жиров, нефтепродуктов, а также и ПАВ. Достоинствами метода является непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капиталь­ные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделе­ния примесей. Кроме этого для сточных вод прачечных важно, что флотация дает возможность получения шлама более низкой влажности, обеспечивает вы­сокую степень очистки (до 95 – 98 %), возможность рекуперации удаляемых веществ.

Положительным качеством флотации является одновременная аэрация сточ­ных вод, что приводит к обезвреживанию легкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Таким образом, после флотационной очистки сточные воды можно повторно использовать в производстве. Элементарный акт флотации заключается в слипании пузырьков воздуха или газа с твердой гидрофобной частицей и всплытие этого комплекса на поверхность воды, где пузырьки со­бираются, и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц. Вероятность слипания зависит от смачиваемости частицы, которая характе­ризуется краевым углом смачивания. Чем больше краевой угол смачивания, тем эффективней флотация. На процесс флотации существенное влияние ока­зывает наличие в сточных водах ПАВ. В таком случае флотацию называют пен­ной. Метод пенной флотации основан на способности ПАВ адсорбироваться на границе раздела «жидкость – газ». Всплывшие пузырьки образуют пену, в которой аккумулируется удаляемое вещество. Результаты пенной флотации характеризуется коэффициентом распределения, который определяется по формуле:

(2.1)

где Св , Сн – концентрация ПАВ соответственно в верхнем адсорбционном слое и в сточной воде.

 

Ориентировочные расчеты показывают, что концентрация ПАВСв, примерно в 100 тыс. раз выше Сн.Это указывает на возможность интенсивной очистки сточных вод методом пенной флотации.

На скорость процесса пенной флотации оказывают влияние:

1) время, необходимое для достижения адсорбционного равновесия на межфазной границе «газ – водный раствор ПАВ»;

2) концентрация ПАВ в сточной воде;

3) размеры и число пузырьков, методы их получения;

4) конструктивные особенности установок.

Исследования показывают, что время, необходимое для достижения адсорбционного равновесия изменяется от долей секунды до нескольких часов.

Это время увеличивается с уменьшением концентрации ПАВ. В нашем случае концентрация ПАВ велика (свыше 1000 мг/л), следовательно, можно ожидать быстрого адсорбционного равновесия на межфазной границе «газ – водный раствор ПАВ». Степень извлечения ПАВ из раствора увеличивается с повышением концентрации. Кроме того, концентрация ПАВ в сточной воде оказывает существенное влияние на объем образующейся пены. В процессе очистки в пену мо­жет переходить до 10 % воды, что нежелательно. Следовательно, необходимо предусмотреть конструктивные методы уплотнения пены и снижения, тем самым, потерь воды.

Уменьшение диаметров пузырьков газа приводит к повышению эффективности очистки. Кроме того, важно знать количество газовых пузырьков необ­ходимых для очистки. Естественно, с увеличением концентрации ПАВ количес­тво пузырьков газа должно возрастать.

На эффективность флотации оказывают влияние другие факторы: концентрация примесей, высота столба жидкости, аппаратурное оформление процесса.

Аппаратурное оформление пенной флотации определяется методом диспергирования газа в сточной воде.

Существуют следующие методы флотации:

– флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумная, напорная);

– флотация с механическим диспергированием воздуха (механическими турбинками – импеллерами, форсунками, с помощью пористых пластин);

– электрофлотация (электролизом растворов).

Недостатком вакуумной флотации является незначительная степень насыщения сточных вод пузырьками газа, поэтому её нельзя применять при высокой концентрации примесей и взвешенных частиц (не более 250 – 500 мг/л). Недостатком напорной флотации следует считать образование турбулентных потоков, разбивающих и перемешивающих пенообразную массу, а также труд­ность регулирования размеров пузырьков. Во флотационных машинах импеллерного типа с увеличением скорости вращения турбины также резко воз­растает турбулентность потока, что приводит к разрушению пены. Кроме этого, образуется большое количество шлама, достигающего 30 % от объё­ма очищаемой воды. Флотация с помощью пористых пластин сопровождается частым засорением и зарастанием пористого материала. Часто трудно по­добрать материалы с одинаковыми отверстиями, обеспечивающими образование мелких и равных по размерам пузырьков.

Определенными достоинствами обладает метод электрофлотации: высокой эффективностью, простотой регулировки и эксплуатации, небольшими габаритами установки, высокой плотностью осадка. Электрофлотация с успехом применяется для очистки сточных вод кожевенно–обувной, текстильной промышленности, на предприятиях химчистки и т.д. Это дает основание считать, что указанной метод может применяться для очистки сточных вод от ПАВ.

При электролизе воды на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород. В зависимости от рН раствора механизм электродных процессов различен.

В кислотном растворе (рН<5) на катоде происходит разряд ионов водорода

 

++2е →Н2(2.2)

 

а на аноде – разряд молекул воды:

 

Н2О →1/2 О2 +2Н+ +2е (2.3)

 

В щелочных растворах (рН>8) вследствии низкой концентрации в них водородных ионов на катоде происходит восстановление молекул воды:

 

2О +2е →Н2 +2ОН(2.4)

 

а на аноде — разряд ионов гидроксида:

 

2ОН →1/2 О22О +2е (2.5)

 

В нейтральной среде (рН=7) возможно протекание обоих рассмотренных выше процессов. Одновременно при электролизе воды наблюдается восстановление на катоде растворенного в растворе водорода и окисление на аноде растворенного воздуха.

В результате каждого из этих процессов образуется вода.

Выход по току приближается к 95 – 98 %.

Напряжение на электролизере складывается из падения напряжения на всех участках цепи и определяется по формуле:

 

(2.6)

 

где Uр – напряжение разложения воды при стандартных условиях, В;

φа, φк – потенциалы (перенапряжение) анода и катода, В;

∆Uэ – падение напряжения в электролите, В;

∆Uк – падение напряжение в контактах, В;

 

Напряжение разложения воды составляет Uр=1,23 В.

Перенапряжение водорода и кислорода на электродах (5 % раствор NaОН) приведен в таблице 2.1.

 

Таблица – 2.1 Перенапряжение водорода и кислорода

Электрод Плотность тока, А/дм2 при 18 °С
1,0 5,0 10,0
Катод:  
– железо, цинк 0,26 0,35 0,39
– никель 0,37 0,46 0,51
Анод :  
– графит 0,8 1,1 1,2
– никель 0,55 0,77 0,82

 

Из приведенных данных видно, что большая часть потерь электрической энергии приходится на преодоление сопротивления в электролите и перенапряжения на электродах. Последнее зависит от материала электродов, состояния их поверхности, плотности тока, температуры растворов и других факторов.

Электропроводность чистой воды незначительна: при 18 °С она составляет

2·10–8 ÷10–8 Ом –1· см –1. Поэтому для электролиза используют водные растворы электролитов (щелочей, солей, кислот).

В простейшем случае напряжения в электролите могут быть выражены формулой:

 

(2.7)

 

где i – плотность тока, А/см2

q – удельное сопротивление в электролите, Ом-1·см-1;

l – расстояние между электродами, см;

Kэ – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления электролита за счет газоснабжения (1,15 ÷ 1,35).

С учетом добавления в воду соли (NaCl), а также ПАВ удельная электропроводность составит 0,1 ÷ 0,15 (Ом–1·см–1).

Расход электроэнергии на электролиз воды определяется произведением количества затраченного электричества на напряжение к электродам по формуле:

 

(2.8)

 

где U – напряжение, В;

К – количество электричества, Кл.

Тогда расход энергии, для выделения 1 м3 водорода при нормальных условиях определяется по формуле (Вт·ч):

 

(2.9)

 

где U – напряжение, В;

n – число Фарадеев, затраченных на выделение 1 моль Н2(2);

F – число Фарадея, F= 26,8 А/ч;

V 1–объем 1 моль Н2, V 1= 0,0224 м3.

Объем выделенного водорода в процессе электролиза можно рассчитать по формуле Фарадея:

 

(2.10)

 

где q –электрохимический эквивалент водорода, q=4,56 10–4 м3/А·ч;

Iт – сила тока, А;

t0 – время электролиза, ч;

η – выход по току водорода η=70%.

 

Таким образом, технологические параметры электрофлотационного способа очистки поддаются расчету и могут регулироваться применением токовых показателей, материалом электродов, конструкцией аппарата.

Работа выполняется на установке, схема которой приведена на риcунке 2.1.

 

 

 

Рисунок 2.1 – Установка для электрофлотации сточных вод

1 – выпрямитель, 2 – таймер, 3 – ячейка с электролитом, 4 – плавный переключатель.

 

Напряжение с выпрямителя 1 подается на электроды ячейки 3. Время электролиза устанавливается с помощью таймера 2. Величина силы тока регулируется с помощью плавного переключателя 4, а контролируется по амперметру 5. В ячейку 3 наливается загрязненная сточная вода. Электроды выполнены: анод (А) — из графита, катод (К) — из стали.

 

П о р я д о к п р о в е д е н и я р а б о т ы.

 

1) Приготовить 5, 10, 20 % водные растворы синтетических моющих средств (СМС). Определить содержание в заданном объеме количества примесей mобщ.

2) Раствор СМС заливается в ячейку 3 с электродами.

3) На таймере 2 устанавливается время очистки, τoч, мин.

4) Регулятором тока 4 устанавливается заданная сила тока, определяемая по формуле:

 

(2.11)

 

где ik – плотность катодного тока, А/дм2;

 

5) Взвешивается беззольный фильтр, mн, г.

6) По окончании времени электролиза с поверхности раствора собирается пенный продукт на фильтре.

Фильтр просушивается при 80 – 100 °С и определяется его вес, mк, г.

7) Определяется количество выделенного из раствора вещества по формуле:

(2.12)

8) Определяется по формуле 2.10 объем выделившегося воздуха.

9) Рассчитать объем водорода, необходимый для полного удаления примесей (до значений ПДК) исходя из соотношения:

(2.13)

где mобщ – общее содержание примесей в растворе, г;

Vобщ – общий объем водорода, необходимый для удаления всех примесей из раствора, м3.

(2.14)

10) Выразить и рассчитать tобщ время электролиза, необходимое для полного удаления примесей при заданных параметрах по формуле Фарадея 2.10.

11) Определить расход электроэнергии, для полного удаления примесей, используя формулу (2.9).

12) Построить график зависимости количества примесей в растворе от времени очистки. Определить графически tобщ и сравнить с расчетным (п.10).

13) сделать выводы по работе

 

 

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы.

 

1. Электродные процессы при электрофлотации.

2. Какие факторы влияют на процесс электрофлотации?

3. Из чего складывается общее напряжение на электролизе?

 


– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Экология

Федеральное агентство по образованию.. Государственное образовательное учреждение.. высшего профессионального образования..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Флотационная очистка сточных вод»

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

С.А. Тряпичкин
    Э40 Экология : Лабораторный практикум для студентов очной и заочной формы обучения механических и технологических специальностей / [составители И.А. Занина, О.В. Сок

Очистка сточных вод фильтрованием»
Ц е л ь р а б о т ы:   – изучение работы безнапорного однослойного фильтра; – определение эффективности очистки сточных вод.   О с н а щ е н и

Практические занятия
  Задача№1 Определить концентрацию взвешенных веществ в сточной воде, разрешённой к сбросу в водоток после очистных сооружений, и необходимую эффективность очистки

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги