Розрахунок електрокоагулятора - Електрообробка в технологіях очищення води
Продуктивність електрокоагулятора за кількістю розчиненого металу, що генерується, є дуже важливою розрахунковою величиною і повинна відповідати технологічним вимогам процесу електрохімічної обробки води.
Спочатку обчислюється кількість розчиненого металу при електрохімічному розкладанні електродів:
де Дм - доза металу, г/м3; qw - розрахункова продуктивність електрокоагулятора, м3/год; ф - період часу (приймається 1 година).
Дози металу, необхідні електрокоагуляції, визначаються експериментально. Орієнтовно можна набувати значення доз коагулянтів, відомі з досвіду реагентної обробки коагулянтами аналогічною за якістю води, з введенням коефіцієнта перерахунку. Коефіцієнт повинен враховувати підвищену ефективність електрокоагуляції, вид коагулянту, та прийматися рівним 0,85-0,90. Перерахунок з метою визначення доз металів за прийнятою дозою реагенту здійснюється шляхом множення останньої на коефіцієнт, що дорівнює Al2(SO4)3 - 0,158, Al2O3 - 0,53, FeCl3 - 0,34, Fe2(SO4)3 - - 0,28. Наприклад, якщо для коагуляції природної води з каламутністю 200 г/м3, доза сірчанокислого алюмінію дорівнює 40 г/м3, то доза алюмінію при електрокоагуляції складе величину:
40 * 0,85 * 0,158 = 5,4 г / м3.
Дози металевого алюмінію, необхідні при електрокоагуляційному знебарвленні води, орієнтовно можуть визначатися шляхом коригування формули СНиП:
де Дм - доза коагулянту Al2O3, г/м3; Ц - кольоровість вихідної води, град.
В результаті одночасного розчинення електродів розрахунковим електрохімічним та додатковим хімічним шляхами вихід металу по струму перевищує 100%, що враховується введенням коефіцієнта, що підвищує Км > 1 (за умовамипроцесу Км = 1,1-2,0, визначається експериментально).
Розрахункова продуктивність електрокоагулятора по металу визначається за такою формулою:
де з - Коефіцієнт використання струму, приймається рівним 0,7-0,9; Ам - електрохімічний еквівалент металу, г / (А?ч).
Сила струму, необхідна для створення розрахункової кількості металу:
Площа анодів обчислюється:
де густина анодного струму tан приймається рівною 20-150 А/м2. Напруги в електродному осередку приймаються не менше 3 В для сталевих і 4 - для алюмінієвих електродів.
За розрахунковою силою струму визначається загальна площа поверхні електродів складе:
Уfкат = Icur /йкат,
де йкат - катодна щільність струму, А/м2. Площа однієї пластини (електроду), розраховується за такою формулою:
де lпл і bпл - довжина і ширина пластини, відповідно, м. Площа анодів і катодів приймаються однаковими, а кількість пластин в електродній камері розраховується за формулою:
Оскільки метали генеруються у анода, у розрахунках використовується анодна щільність струму tан, яка задається експериментально, залежно від тривалості процесу електролізу при постійному ефекті очищення води, в межах величини 100-300 А/м2. Мінімальна ширина міжелектродних каналів дорівнює:
Дmin = УWм.к /Уfпл,
Ширина міжелектродних каналів приймається рівною Д = 0,015-0,02 м-коду.
Місткість міжелектродного простору розраховується за формулою і повинна забезпечувати перебування в них води протягом проміжку часу ф1? 20-30 з:
У випадках, коли місткість виявляється надмірно великою, передбачається система з циркуляцією для підтримки необхідної швидкості води у міжелектродних каналах.
Продуктивність всього рециркулятораповинна дорівнювати наступній величині, м3/ч:
де ф1 - розрахункова тривалість перебування води у міжелектродному просторі, год.
Швидкість води в міжелектродних каналах складе величину, мм/с:
Ця швидкість повинна бути достатньою для підтримки у зваженому стані пластівців гідроксидів металів. Якщо місткість міжелектродного простору є недостатньою для необхідної тривалості перебування води в зоні електролізу, застосовується установка періодичної дії.
Необхідна тривалість електролізу забезпечується багаторазовим пропуском води через наявний електролізер. Число таких перепусток визначиться як:
При проектуванні електрокоагулятора-флотатора також необхідно розрахувати достатню кількість газоподібного водню, що виділяється при електролізі води за умовами флотації. Розрахункова кількість водню, що виділяється, визначається за формулою:
Qрн = qуднКСenЕqw Ч 10-3,
де qудн - питоме споживання водню, необхідне отримання одиниці маси забруднень, л/кг; К - знижуючий коефіцієнт, який враховує інтенсифікацію процесу агрегації газових флокул при електролізі, К = 07-08; Сen - концентрація забруднення у вихідній воді, мг/л; Е - прийнятий для розрахунку ефект очищення, частки од.; qw - питоме споживання води, л/кг. Фактична кількість водню, що виділяється:
де Icur - сила електричного струму, А.
Ця залежність отримана шляхом перетворення формули:
Якщо кількість водню, що виділяється, виявляється недостатнім, то додатково передбачається встановлення блоку нерозчинних електродів, які розміщуються після блоку для електрокоагуляції безпосередньо в корпусі електрокоагулятора або камери флотації. Додатковий електродний блокрозраховується на генерування кількості водню:
Концентрація забруднень у воді визначається за формулою, мг/л:
де Км - коефіцієнт перерахунку вмісту гідроксидів на тверду масу осаду згідно з хімічними реакціями гідратоутворення. Для алюмінію Км = 2,89, для тривалентного заліза – 1,91, для двовалентного заліза – 1,62.