Очистка сточных вод от ионов меди

Аl - Зе →Аl³⁺;

Аl³⁺ + ЗОН^- → Аl (ОН)₃.

Процессу химического  растворения алюминия способствуют наличие в

воде ионов–депассиваторов, повышение скорости движения жидкости по от-

ношению к поверхности  металла, воздействие постоянного  электрического

тока и др. В связи  с этим выход алюминия по току может  достигать 130-140%.

На алюминиевом  катоде, помещенном в сточную воду, могут протекать следующие электрохимические процессы:

Н⁺ + le → Н.

Рис.4. Электрокоагулятор.  1 – питательный патрубок; 2 – съемный корпус; 3 – блок электродов; 4 – отводящий патрубок; 5 – шина для подачи электроэнергии.

 

Доза коагулирующего иона подбирается экспериментально. Часовой расход алюминия, который необходимо ввести в обрабатываемую воду, г/ч.

Qчас = 15,63 м3/ч; Д = 40 г/м3.

Q_ч^al = Д_Al· Qчас = 40∙15,63 = 625 г/ч

Сила тока, обеспечивающая растворение алюминия:

J = Q· (100/ к ∙ η) = 625·(100/0,33∙70) = 2705,6 А,

где К = 0,33 г/А – электрохимический эквивалент алюминия η = 70 – выход алюминия по току.

Рабочая поверхность  анодов fа определяется из условия оптимальной

плотности тока: i = 100 А/м2:

fа = J/i = 2705,6/100 = 27,05 м2

Необходимая толщина  анодов с учетом их износа:

δ =

= =0,0027=0,003  м,

где γ – удельный вес алюминия, т/м³, n_сут – расчетная продолжительность

работы одного пакета электродов, сут.

Принимаем толщину  анодов 3 мм.

Принимаем размеры  пластин электрода в соответствии с конструкцией

электролизера:

fэл = 0,42·1,85 = 0,78 м²

Общее количество анодов:

n_a = fa/fэл = 27,05 /0,78 = 34 шт

Общее количество электродов:

n_a = 2 ∙ n_a + 1 = 69 шт

Ширина электролизера:

В = b + 2а = 0,42 + 2∙0,01 = 0,44 м,

где а – 0,01 – расстояние между электродом и корпусом электролизера, м;

b =0,42 – ширина электрода, м.

Длина электролизера:

L = n∙0,003 + (n – 1) 1 + 2а,

L = 34∙0,003 + (34 - 1) ∙ 0,015 + 2∙0,01 = 0,62 м,

где 1= 0,015 – расстояние между электродами, м; 17 – количество электродов

в одном аппарате.

Высота электролизера:

Н = h_эл + а₁ +а_2,

H =1,85 + 0,15 + 0,25 = 2,25 м,

где hэл – высота электрода, м; а₁ – расстояние от электрода до дна, м; а₂ – расстояние от электрода до поверхности воды, м.

Строительная  высота:

Нстр = Н + 0,175,

Нстр = 2,425 м.

Объем воды в  электролизере:

W_B = (Нстр∙L∙B) – (n∙b∙hэл∙δ),

W_B = (2,425∙0,62∙0,44) - (69∙0,42∙1,85∙0,003) = 0,5 м³.

Время пребывания воды в электролизере:

T = W/Qчас = 0,5/15,63 = 0,03 ч.

Скорость потока воды в электролизере:

V = Н/t = 2,25/0,03 = 75 м/ч.

Требуемая мощность:

Е = J∙12 = 2705,6∙12 = 32 кВт.

Удельный расход электроэнергии:

W = Е/ Qчас = 32/15,63 = 2,05 кВт·ч/м3

Количество  аппаратов: n = 69/34 = 2 шт.

 

1.3 Расчет камеры реакции

После насыщения  сточной воды коагулирующими ионами Fe³⁺ в электролизёре и введении щелочного реагента перед отстойником необходимо предусмотреть объём для протекания реакций.

 

Проектируем камеру реакций.

Объём камеры:

, где

- время пребывания воды в камере

При скорости восходящего  движения воды в верхней части  камеры , площадь поперечного сечения верхней части камеры:

Диаметр верхней  части камеры:

При скорости ввода  воды , диаметр нижней части

Площадь поперечного  сечения нижней части:

Принимаем диаметр  подающего трубопровода

Высота конической части камеры при угле конусности

Потери напора в камере составляют на высоты конуса, следовательно:

Объём конической  части камеры:

Объём цилиндрической подставки под конусом:

При площади  сечения  высота цилиндрической подставки:

Полная высота камеры:

Вода, прошедшая  камеру, собирается верхним кольцевым  желобом через затопленные отверстия, размещенные по периметру его внутренней стенки.

Площадь поперечного сечения:

, где 

- скорость движения воды в  желобе

Принимая ширину желоба

Высота желоба:

 

Потребное количество затопленных отверстий диаметром 10мм и площадью

Периметр кольцевого желоба по внутренней стенке:

Шаг оси отверстий:

1.4 Расчет  смесителя

 

Для интенсификации процесса хлопьеобразования используем Ca(OH)₂. Перемешивание сточной воды и раствора Ca(OH)₂ с концентрацией 5 % происходит в смесителе. Время перемешивания 5 минут. Вместимость смесителя определяем по формуле:

 

V_см = q_общ × 60t_см /1000 = 15,6 × 60 × 5/1000 = 4,68 м3

 

Смеситель принимаем  круглым в плане со следующими размерами:

Rcм = 2 м; Hсм = 1,2 м. В смесителе устанавливаем лопастную мешалку с частотой вращения 40 мин^-1.

 

 

1.5 Расчет вертикального отстойника со встроенной камерой хлопьеобразования

 

Вертикальный  отстойник (рис. 5) представляет собой  круглый (в плане) резервуар с  камерой хлопьеобразования водоворотного  типа в центральной трубе и  с конусным днищем для накопления и уплотнения осадка. Он оборудуется также трубопроводом для подачи осветляемой воды, желобами для сбора осветленной воды, а также трубопроводом для периодического выпуска осадка или опорожнения отстойника. Осветляемая вода в вертикальных отстойниках движется снизу вверх. Взвесь оседает в восходящем потоке за счет разницы между скоростями оседания частичек и движения воды. Высота зоны осаждения в вертикальных отстойниках в зависимости от коэффициента, учитывающего его объемное использование, составляет 4-5 м, отношение диаметра к высоте - 1,0: 1,5.

Сбор осветленной  воды в вертикальных отстойниках  предусматривают с периферийными  и радиальными желобами. Сечение  желобов рассчитывают при скорости движения воды 0,5-0,6 м/с. Для более  равномерного распределения воды по всему сечению отстойника целесообразно отбирать ее через затопленные отверстия в желобах или через треугольные вырезы в их кромках; сечение их можно определить, принимая скорость движения воды 1 м/с, диаметр - 20-30 мм.

Рис. 5. Вертикальный отстойник со встроенной камерой хлопьеобразования:

1 - камера хлопьеобразования; 2 - сопла; 3 - гасители; 4 - трубопровод для выпуска осадка.

 

Рассчитаем  диаметр отстойника:

Д = = 2,69 м;

 

F = 1,3 · =4,69 м²;

f_кх = = 0,975 м²;

где - площадь зоны отстаивания, м²; - коэффициент объемного использования отстойника; - скорость восходящего потока воды; - количество отстойников; - площадь камеры хлопьеобразования, м²; - время пребывания сточной воды в камере, 15-20 мин; - высота камеры хлопьеобразования.

Принимаем диаметр  отстойника 3 м.

Принимаем трубопровод  для сброса осадка , тогда высота конической части при уклоне стен к горизонтали 50˚:

h_k = = 1,5 м

Объем конической осадочной части отстойника:

где - диаметр трубопровода для сброса осадка.

Период работы между сбросами осадка:

,

где - средняя концентрация взвешенных веществ;

- количество взвешенных веществ в исходной воде;

- коэффициент, зависящий от  вида коагулянта;

- доза коагулянта;

- количество нерастворённых  веществ, вводимых известью;

;

- допустимое количество взвеси  в осветлённой воде;

[13] стр. 95.

T = = 78,1 ч

Площадь кольцевого желоба для сбора осветленной  воды:

f_кж = =0,00179 м²

где - скорость течения в желобе.

Количество  воды, теряемое при сбросе осадка:

q_ос= = = 1%

где К_р=1,2 1,5-коэфициент взвеси в воде после 3-12 ч;

m=8 12 мг/л;

-концентрация взвешенных  веществ.

Q=15,6=100%

X=1% X=0,156 м³/ч

Отсюда следует: Q=15,6-0,156=15,4 м³/ч

 

 

Расчет  тонкослойного отстойника

Наиболее совершенными отстойниками, применяемыми в последнее

время, являются тонкослойные. Они отличаются от обычных  наличием спе-

циальных тонкослойных элементов, размещаемых в отстойной  зоне, в преде-

лах которых  осаждение взвеси происходит в тонких слоях жидкости. К пре-

имуществам  этих сооружений следует отнести  также устойчивость их работы

при значительных колебаниях расхода поступающей  воды, изменении ее тем-

пературы и  концентрации загрязнений.

Осаждение взвеси происходит в наклонных элементах  малой высоты.

При этом обеспечиваются быстрое выделение взвеси и ее сползание по наклонной плоскости  в зоны хлопьеобразования и осадкоуплотнения. По  конструкции тонкослойных элементов отстойники можно разделить на трубчатые с тонкослойными элементами в виде труб различного поперечного сечения (круглого, квадратного, прямоугольного и т.д.) и полочные, пластинчатые, тонкослойные элементы которых образованы плоскими или гофрированными полками. Устанавливаются тонкослойные элементы в отстойнике обычно в виде блоков.

Назначаем: - высота яруса

- скорость потока в ярусе

- гидравлическая крупность взвешенных  частиц

Проверим условие  обеспечения ламинарности движения:

< - условие выполняется, где - вязкость воды.

Длина пластины:

, где  - коэффициент запаса

Производительность  отстойника:

, отсюда

Площадь сечения  отстойника:

Принимаем отстойник с прямоугольным сечением 2х2м.

Расстояние  между пластинами:

, где

- угол наклона отстойника  к горизонту

Количество  пластин:

Конструктивно назначаем:

- зона распределения сточных  вод

- зона сбора осадка

- зона сбора воды

Расчёт тонкослойного отстойника показал, что его необходимый объём значительно меньше, чем у вертикального отстойника, поэтому в схеме принимается тонкослойный отстойник.

Назначаем один рабочий и один резервный отстойник.

Таблица 5. Количество воды после отстойника

Qсут, м3/сут	Qчас, м3/ч	Qсек, м3/с
123,55	15,4	0,00429

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Расчет фильтра с плавающей загрузкой

 

Для доочистки  сточных вод после тонкослойного отстаивания предусматриваем 2 блока фильтров.

Первая ступень  – блок фильтров с плавающей пенополистирольной загрузкой.

Вторая ступень  – блок сорбционных фильтров.

По конструкции  обе ступени фильтров принимаем  аналогичными друг другу.

 

Рис.5. Фильтр с  плавающей загрузкой типа ФПЗ:

1 - отвод промывной воды; 2 - отвод фильтрованной воды; 3 - подача исходной воды; 4 - распределительный канал; 5 - удерживающая решетка; 6 - корпус фильтра

 

Площадь фильтра:

F =

= = 3,56 м²

 

где Т=8 ч – время работы за сутки; =7 м/ч - расчетная скорость фильтрации; =1 - число промывок; = 8 л /с∙м² - интенсивность промывки; = 0,066 ч - продолжительность промывки; = 0,33 ч - простой фильтра в связи с промывкой.