Сточный электрокоагуляция вода очистка

Исходными данными к электрохимическому расчету ЭК являются:

· средняя концентрация шестивалентного хрома C_Cr в сточной воде (в пересчете на хром), выраженная в мг/л (г/м³);

· среднее значение рН сточной воды;

· средний часовой объем очищаемой воды v_св, м³/ч.

Согласно уравнению (2.5), на нейтрализацию одного моля Cr(VI) (52 г) необходимо затратить 3 моля ионов двухвалентного железа (167.5 г), что соответствует 3,22 г железа на 1 г хрома.

За 1 ч в электролизер поступает C_Cr × v_св граммов шестивалентного хрома, для нейтрализации которого требуется анодно растворить (в виде ионов) 3,22 C_Cr × v_св граммов железа. С учетом закона Фарадея минимально необходимый ток в электролизере должен быть

, (3.1)

где 1,042 г/(А× ч) – электрохимический эквивалент для перехода Fe ® Fe²⁺;

ВТ – выход по току для анодной реакции (см. табл. 2.1).

Суммарная рабочая поверхность анодов будет равна

(3.2)

Расчет силы тока является безальтернативным (речь может идти лишь о том, распределить ли расчетный ток на несколько электролизеров или подать его на один электролизер). Для величины S_a возможны несколько вариантов расчета в зависимости от выбранной плотности тока. При прочих равных параметрах рабочая плотность тока может быть тем выше, чем ниже рН сточной воды, чем выше ее солесодержание и чем ниже концентрация хрома в воде. Однако существуют рекомендации по соотношению между содержанием солей и хрома в сточной воде, при котором не происходит пассивации анодов [1, c.432] (табл. 2.2).

Если при эксплуатации эти рекомендации выдерживаются, определяющим фактором для выбора плотности тока остается рН сточной воды. Для воды с рН 2 –3 можно рекомендовать плотность тока 0,9 – 1 А/дм², для воды с рН 7 – 8 – 0,4 – 0,5 А/дм², для воды с рН 4 – 6 - 0,6 – 0,8 А/дм². При расчетах следует иметь в виду, что с уменьшением плотности тока увеличивается масса анодного комплекта, но одновременно увеличивается срок службы анодов до их смены.

Время непрерывной работы анодов (в часах) до их смены рассчитывается по формуле, похожей на формулу для расчета времени гальванического покрытия:

, (3.3)

где d - толщина анода, см (согласно [2, c.267] рекомендуется 0,5-0,8 см, а по [3] – 0,3-0,6 см);

g - плотность стальных анодов (7,8 г/см³);

i_a – анодная плотность тока, А/см²;

q – электрохимический эквивалент железа, равный 1,042 г/(А × ч).

Однако формула (3.3) имеет следующие отличия от формулы для времени гальванического покрытия:

- вводится коэффициент использования материала анодов k (0,8-0,9 [2, c.268]), учитывающий, что анод не может сработаться до нулевой толщины;

- в знаменателе множитель 2 учитывает, что анод растворяется с обеих сторон, что уменьшает время его работы;

- выход по току принимается равным 1, так как и полезная реакция (2.1), и побочные реакции на аноде приводят к израсходованию анода.

В том случае, если гальваническое производство и работающий “в связке” c ним ЭК работают не круглосуточно (а это обычно и имеет место), из расчетной величины t определяют время (сутки или недели) до замены анодов. Так, при двусменной работе, продолжительности смены 8 ч и 5-дневной рабочей неделе за неделю коагулятор работает 80 ч, и число недель N до смены анодов будет равно t/80.

При односменной работе число недель до смены анодов будет вдвое больше. Если при эксплуатации ЭК производят изменение полярности электродов (анод становится катодом и наоборот), время до смены анодов увеличится еще вдвое, но заменять придется и аноды, и катоды, т.е. расход металла на очистку кубометра сточных вод останется прежним. Менять полярность можно либо по определенному графику, ручным переключением, либо в автоматическом режиме при использовании реверсивных выпрямителей типов ТЕР, ТВР, с установкой равных параметров (ток, время) катодного и анодного периодов.