Экологическая безопасность при обработке конструкций кондиционеров (стр. 5 из 11)
Недостатком рассмотренных конструкций является возможность образования впроцессе электролиза взрывоопасной смеси газов—2/3 водорода и 1/3 кислорода.Известны конструкции флотаторов, в которых анодное пространство отделяется откатодного диафрагмой, препятствующей смешению газов. В качестве материала длядиафрагмы используют хлорированные или асбестовые ткани, которые пропитываютсмолами для уменьшения их пористости.
Количество газа, генерируемого в электрофлотаторе, можно определить извыражения
V0=
где V -объем газа, выделяющегося при нормальных условиях (м3);
- количество газа (м3),выделяющегося при прохождении 1 кА∙ч (электрохимический эквивалент); I - сила тока, проходящего черезаппарат (кА); τ - время обработки, ч; ВT— коэффициент использования тока, доли единицы; п - число парэлектродов; =0,418 мз/(кА∙ч).Объем влажного газа в реальных условиях определяют изуравнения
где W -парциальное давление насыщенных водяных паров при 20°С, равное 2,3 кПа; В—давлениев системе, кПа; Р - атмосферное давление, кПа; 101,3 - давление принормальных условиях, кПа. [25]
Схема электрофлотатора.
Сточная вода поступает потрубопроводу 1 в анодную приемную камеру 2, отделенную от основной 4перегородкой 3, затем через перегородку 3 в катодную камеру 4. Проходя черезэлектроды, вода насыщается газообразными продуктами реакций, что приводит квсплыванию частиц. Электроды выполнены в виде пластин. Пена с загрязняющимичастицами 5 сливается через наклонный желоб 6. Освобожденная от взвешенныхчастиц вода удаляется через трубу 7. Частицы, которые тяжелее воды, опускаютсявниз и выводятся через штуцер 8.
Физико-химические аспекты электрофлотации.
Флотация – процесс, основанный на слиянии отдельных частиц вещества поддействием молекулярных сил с пузырьками тонкодиспергированного в воде газа илигазов, всплывании образующихся при этом агрегатов и образовании на поверхностифлотатора пены. Флотируемость частиц зависит от размеров пузырьков газа,которые определяются поверхностным натяжением на границе газ-вода. С понижениемповерхностного натяжения эффективность очистки сточных вод флотацией повышаетсяв отличие от отстаивания и фильтрования. При предварительном коагулированиипримесей воды эффект флотации повышается [20,21].
При флотации в жидкости происходят ряд процессов: растворение воздуха,прикрепление воздушных пузырьков к частицам взвеси и всплывание их наповерхность с образованием пены.
Для успешного протекания процесса необходимо, чтобы твердые частицы ипузырьки воздуха прочно прикреплялись друг к другу. При флотации сточных водпена должна быть достаточно прочной и не допускать обратного попаданиязагрязнений в воду.
Важной стадией электрофлотационного процесса является также адгезиягазовых пузырьков частиц загрязнений, которая происходит на молекулярномуровне.
Выводы из литературного обзора.
Из анализа литературы можно сделатьследующие выводы.
1. Большой циклработ выполнен по электрофлотации-коагуляции с растворимыми анодами, чтообеспечивает достаточно высокую степень очистки, но не позволяет регенерироватьметаллы из промывных вод, организовывать водооборот и характеризуется высокимиэнергозатратами.
2. Из обзора научнойлитературы следует, что индивидуально, без специальных добавок Сr (III) и Cr(VI) электрофлотационным методом практически не извлекаются.
На основании результатов исследований разработать технологию очисткисточных вод гальванического производства от соединений хрома.
выбор и обоснование электрофлотационного способа обезвреживаниясточных вод.
Электрофлотационный метод извлечения ионов металлов из стоковгальванопроизводств.
Большинство используемых методов для обезвреживания сточных вод основанона превращении вредных веществ в безвредные, но не на утилизацию. Метод,применяемый на предприятиях в целях очистки сточных и промывных вод,позволяющий эффективно извлекать ионы тяжелых металлов в виде гидроксидов иоксидов является электрофлотацией с нерастворенными анодами. Флотационныйпроцесс основан на адгезии загрязнений на поверхности электрохимическигенерируемого пузырька. Плотность образовавшихся флотокомплексов меньшеплотности раствора, поэтому они поднимаются в верхнюю часть аппарата собразованием устойчивого пенного слоя. Электрофлотационный метод обеспечиваетизвлечение только нерастворимых соединений металлов[22].
Высокая эффективность электрофлотационного процесса по сравнению собычными методами флотации объясняется малыми размерами пузырьков, радиускоторых составляет 5-30 мкм. Большое значение играет также значительный зарядповерхности пузырьков, затрудняющих их коагуляцию. Поверхностный зарядобусловлен адсорбцией ионов Н+ или ОН- в приэлектроднойзоне и имеет положительный знак для газов, выделяющихся на аноде иотрицательный – на катоде. Поверхность же большинства гидроксидов металловзаряжена положительно, что обеспечивает эффективный захват частицы пузырькамиводорода. Действительно, в катодной камере корректора эффективностькоалесценции пузырьков водорода мала и составляет 0,001-0,008. При этомэффективность очистки находится в пределах 90-95%. В электрофлотационной камерепроисходит одновременное выделение кислорода и водорода, которые эффективнокоаллесцируют друг с другом. Экспериментальные результаты свидетельствуют, чтофлотация гидроксидов металлов только пузырьками кислорода неэффективна. В то жевремя скорость электрофлотационного извлечения смесью пузырьков водорода икислорода неаддитивно больше скорости флотации только пузырьками водорода, чтоможет объясняться взаимодействием пузырька кислорода с флотокомплексомчастица-пузырек водорода. В присутствии пузырьков кислорода увеличиваетсястесненность движения пузырьков водорода, что приводит к увеличению времени ихпребывания в аппарате и интенсификации процесса.
Рассмотрим для сравнения классическиесхемы очистки сточных вод:
Ионный обмен.
Метод ионного обмена является одним из способов извлечения металлов изпромывных вод в локальных циклах, позволяющих создать малоотходноепроизводство. Он основан на обмене между ионами, находящимися в растворе иионами, присутствующими на поверхности ионообменной смолы. Ионный обмен находитширокое практическое применение в технологиях очистки промывных вод ведущихзарубежных фирм ФРГ, Японии, США.
К достоинствам ионного обмена следует отнести высокую эффективностьочистки, высокую концентрирующую способность по металлу (в 1000 - 10000 раз),возможность получения извлеченных металлов в виде однокомпонентных растворовсолей, простое аппаратурное оформление. Недостатки метода ионного обменасвязаны с наличием стадии регенерации ионитов. Использование ионообменнойтехнологии целесообразно при содержании металлов в сточной воде в концентрацияхдо 1 мг/л. Указанный метод позволяет регенерировать соединения шестивалентногохрома, снизить расходы на очистку воды и переработку осадка.
Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что в процессахионообменной очистки сточных вод от хрома (VI) широкое применение нашли ионитына основе сополимера с дивинилбензолом, содержащие группы триметиламина.Однако, существенным недостатком ионитов типа АВ является малая химическая,гидролитическая и термическая устойчивость. Более перспективными сорбентами дляцелей извлечения хрома из природных и сточных вод, при строго контролируемомсоставе вод после очистки и повышенной температуре, являются низкоосновныеаниониты [17, 18].
Разработана рациональная технология ионообменной очистки кислыххромосодержащих сточных вод травильных отделений ГПЗ-2 от Cr(VI) исопутствующих примесей с замкнутым водооборотом и утилизациейвысокотоксического хрома (VI). Благодаря применению высокоселективных химическии гидролитически стойких пиридиносодержащих сорбентов удается очиститьпромышленные стоки до требуемых пределов и вернуть его в оборот для нуждпроизводства. Данная технология не наносит вред экологии – с ее помощью удаетсяне только предотвратить загрязнение водоемов токсичными продуктами, но этатехнология позволяет существенно сократить расход потребляемой воды (на 80%) вусловиях ее дефицита в г. Москве [19].
Реагентная очистка сточных вод отшестивалентного хрома
Соединения шестивалентного хрома - хромовая кислота иее соли применяются при нанесении хромовых покрытий, при химической обработке(травление, пассивирование), при электрохимической обработке (анодирование),при электрополировке стальных изделий.
Сточные воды обрабатываются в две стадии: 1) восстановлениешестивалентного хрома до трехвалентного; 2) осаждение трехвалентного хрома ввиде гидроксида.
В качестве реагентов-восстановителей наибольшее применение получилинатриевые соли сернистой кислоты - сульфит Na2SO3), бисульфит NaHSO3), пиросульфит (Na2S2O5), а также дитионит натрия (Na2S2O4). Восстановление Сг6+ до Сг3+происходит по реакциям: