Что такое электрофлотация?

Что такое электрофлотация?

При электрофлотационной очистке стоков газовые пузырьки, образующиеся в процессе электролиза (водород на катоде, кислород и хлор на аноде), осуществляют флотацию загрязнений в объеме сточной воды.

В зависимости  от состава сточных вод применяемые  для электрофлотации электроды изготавливаются из графита или титана с различными пропитками и покрытиями.

Электрофлотация используется для очистки стоков, содержащих нефтепродукты, жиры, масла, детергенты, взвешенные вещества и прочие загрязнения.

Эффекты очистки составляют:

• по нефтепродуктам - до 90%,
• по взвешенным веществам - до 70%,
• по жирам - 80%,
• по детергентам - 60-70%.

Продолжительность электрофлотоционной очистки сточных вод может варьироваться в зависимости от вида загрязнений в достаточно широких пределах (от нескольких минут до 30-40 мин), расход электроэнергии менее 1 кВтч/м³. Глубина слоя обрабатываемой жидкости от 0,630 до 0,655 м, расстояние между электродами 2 см. Плотность тока достигает 2 А/дм².

Обоснование к применению электрофлотатора для очистки стока молочного производства

Известно, что  размер капель молочного жира в молоке составляет около 8 мкм. Для эффективного удаления жира нужен метод генерации  пузырьков с характерным размером, сопоставимым с вышеуказанным размером. Только в этом случаем обеспечивается высокая эффективность флотационной очистки. Обычная флотация дает пузырьки с размером от 100 до 800 мкм. Электрофлотация обеспечивает генерацию пузырьков от 4 до 40 мкм (с нужным размером).

Учитывая  производительность в 5 куб.м стока/ч, и время обработки в 30 минут (0,5 ч) рабочий объем его должен составлять:

5 куб.м/ч :* 0,5 ч=2,5 куб.м

Соответственно  ближайший к данной производительности модуль Альфа-9-Н (4 куб.м) решит задачу электрофлотации. С учетом крайней загрязненности стока  в комплект электрофлотатора необходимо предусмотреть 16 электродных  блоков. Каждый электродный блок имеет площадь электродов 1 кв.м. Общая площадь 16 кв.м. С учетом плотности тока в 2 А/дм², электрофлотатор должен быть оснащен блоком питания с токовой нагрузкой:

16 блоков  х 1 кв.м/блок х х 100 дм²/м² х 2=3200 А.

Напряжение  электрофлотации 14 В. Значит блок питания  должен обладать мощностью не менее 50 кВт. Рекомендуемый режим работы будет указан в паспорте и инструкции эксплуатации к  электрофлотатору.

Для периодического удаления пенного шлама мы рекомендуем  закупать два электрофлотатора. По накоплении в одном из низ пенного продукта в слое 50 мм, один из электрофлотаторов отключается, вода сливается  на вход установки, а пенный продукт отдельно в приямок.

ВВЕДЕНИЕ.

В последние годы существенно  обострились проблемы, связанные  с загрязнениями воды. Сброс неочищенных  или плохо очищенных сточных  вод в различные водоемы только из-за нехватки кислорода может привести к исчезновению всякой жизни в  воде. Кардинальное решение проблемы охраны окружающей среды состоит  в разработке и внедрении экологически безопасных, безотходных технологических  процессов и производств. Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды в настоящее  время решаются в двух направлениях.

Одно из них –  разработка и внедрение малоотходных и безотходных технологий и процессов, другое – модернизация действующих  предприятий, замена устаревших процессов  новыми, повышение качества очистки газообразных выбросов, сточных вод, внедрение замкнутых производственных циклов («Оборотная вода»).

Современный уровень  технологии очистки сточных вод  позволяет получить воду практически  любой степени чистоты. Поэтому  можно считать, что загрязнение  водоемов происходит по причине не технического, а экономического характера. Чем меньше свежей воды использует предприятие на 1 тонну продукта, тем экологически совершеннее его  система водоснабжения. При этом большое значение имеет кратность (повторность) использования в производстве. Кратность k использования воды можно  рассчитать по формуле: k=Vi/V0 , где Vi – общий объем воды; V0 – объем свежей воды.

В настоящее время  в оборотных системах циркулирует  примерно 215 км3 воды, что составляет две трети всего объема воды, используемого  промышленностью. На одну треть сократился сброс загрязнений в водоемы. Количество вредных веществ, выбрасываемых  стационарными источниками, уменьшилось  на 13%.

Из сточных вод  легче всего удаляются органические вещества, труднее всего – соли тяжелых металлов.

В различных отраслях народного хозяйства, в первую очередь, в машиностроении, широко применяется  технология нанесения гальванических покрытий. Гальваническое производство является одним из крупных потребителей цветных металлов и достаточно дорогих  химикатов. При химических покрытиях  и подготовительных операциях потери химикатов с промывными водами иногда в десятки раз превышает их расход на обработку поверхности. Расход воды на промывку после подготовительных операций в 3-7 раз превышает расход воды на промывку после гальванических покрытий. Таким образом, гальваническое производство является одним из крупнейших потребителей воды, а его сточные  воды – одними из самых токсичных и вредных.

Снижению количества сточных вод может способствовать применение новой технологии производства. Это связано со значительными  материальными затратами. Поэтому  используют другой путь – повышение  эффективности очистки сточных  вод.

Основным видом  отходов в гальваническом производстве являются промывные воды смешанного состава, содержащие несколько видов  тяжелых металлов, объединяют с кислотно-щелочными.

Очистка таких стоков затруднена, так как не удается  выделить металлы из  шлама сложного состава. Для снижения количества тяжелых металлов в сточных водах до предельно допустимых концентраций (ПДК) необходимо использовать замкнутую систему водоснабжения с электрофлотационной очисткой, то есть промывные воды, подвергшиеся очистке от примесей, возвращать в технологический процесс, а извлеченные примеси – на захоронение или переработку.

Таким образом, очистка  сточных вод является одной из самых актуальных проблем. В Западной Европе оборот только промывных вод  гальванических производств составляет 97-98% от общего числа стоков. В нашей стране уровень очистки сточных вод и, в частности, регенерации из них цветных металлов, составляет не более 10%.

Основным компонентом  сточных вод гальванических производств  являются промывные воды, которые  в больших количествах используются в производстве. Из ионов тяжелых  металлов, находящихся в сточных  водах, наиболее распространенными являются хром, никель и медь.

Хромсодержащие стоки  образуются в результате промывки деталей  после хромирования, электрохимического полирования и удаления некачественных покрытий.

Основные вещества, подлежащие обезвреживанию – шестивалентные соединения хрома, цианиды (CN-), ионы тяжелых  и цветных металлов: Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Sn2+, Pb2+.

Соединения хрома (III), а особенно, хрома (VI) токсичны для  человека и животных. Смертельная  доза K2Cr2О7 (дихромат калия) для человека составляет 0,2-0,3гр. Поэтому очистка  сточных вод гальванического  производства от отходов соединений трех- и шестивалентного хрома  является актуальной. Наиболее перспективным  и эффективным методом очистки  сточных вод гальванического  производства является электрофлотационный. преимущества этого метода – относительная простота конструкции установки, высокая надежность и высокая степень очистки.

Гальваническое производство является одним из крупнейших потребителей воды, а его сточные воды –  одними из самых токсичных и вредных. В связи с этим, перед гальваническим производством встает ряд важных проблем. Снижению количества сточных вод может способствовать применение новой технологии производства. Это потребует значительных материальных затрат, что нереально на данном уровне развития экономики страны. В результате остается другой путь сохранения окружающей среды – повышение эффективности очистки сточных вод.

Основным видом  отходов в гальваническом производстве являются промывные воды смешанного состава, содержащие несколько видов  тяжелых металлов и других примесей. Очистка таких стоков затруднена. При этом не удается выделить металлы  из шлама сложного состава, а если и удается, то возникают проблемы с дальнейшим использованием и переработкой отходов. Для решения проблемы снижения количества тяжелых металлов в сточных  водах до ПДК необходимо использовать замкнутую систему водоснабжения  с электрофлотационной очисткой, то есть промывные воды, подвергшиеся очистке от примесей возвращать в технологический цикл, а извлеченные примеси – на захоронение или переработку. Т.о., очистка сточных вод является одной из самых актуальных проблем.

Обзор литературы.

РАЦИОНАЛЬНОЕ  ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ  В ГАЛЬВАНИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ. СТРУКТУРА  ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ.

Вода в гальваническом производстве является необходимым  компонентом практически всех операций, связанных с нанесением покрытий: подготовки поверхности, приготовления  и корректировки электролитов, профилактики оборудования, мойкой готовых изделий  и производственных площадей. Количество потребляемой воды зависит от мощности производства, вида наносимых покрытий, применяемого оборудования и эффективности использования воды. Основное количество воды приходится на промывные операции и профилактику оборудования.

Важным показателем  расхода воды является ее количество, приходящееся на единицу площади  покрываемых деталей.

ПРОМЫВКА.

Характерной чертой процессов  гальванопокрытий является их многостадийность, причем отдельные виды обработки осуществляются в растворах различного состава и природы. Технологическим приемом, позволяющим предотвратить смешение рабочих растворов, а также удалить остатки растворов с поверхности деталей при их переходе в дальнейший передел, является меж- и послеоперационная промывка. От качества промывки во многом зависит качество гальванопокрытий. Например, при многослойных покрытиях возможно отслаивание, выход из строя ванн хромирования при заносе кислоты, нейтрализация ванн декапирования при заносе щелочи из ванн обезжиривания, коррозия готовых недостаточно промытых деталей. Поскольку электролиты представляют собой, в основном, водные растворы, то наиболее широкое распространение получила промывка водой.

Качество воды, идущей на промывку, регламентируется технологическим  процессом, а также указывается  в отраслевых регламентах. Жесткость  воды предназначенной для приготовления  электролитов, заполнения ванн улавливания, промывок перед нанесением покрытий и сушкой составляет до 1,5 мг*экв/дм3,  а также солесодержание – до 80 мг/дм3. Поэтому вода перед использованием ее в гальванике должна пройти предварительную очистку. Так, для обычных покрытий используется питьевая вода, для специальных – деминерализованная.

Для снижения критерия промывки после основных процессов  гальванопокрытий перед ваннами  промывки устанавливают дополнительную ванну улавливания, содержимым которой  периодически компенсируют потерю уровня воды рабочей ванны. Ванна улавливания  обычно доливается свежей водой, либо водой следующей за ней ванной промывки.  Использование такой ванны позволяет существенно сократить вынос компонентов электролитов в сточные воды. Концентрация примесей в ней значительно выше, чем в ваннах промывки, но ниже, чем в основной ванне.

Ванна улавливания  представляет собой буферный объем  для предварительного разбавления  пленки электролита.

Концентрация электролита  в ванне улавливания возрастает со временем и, в пределе, может оказаться  равной концентрации в рабочей ванне. При этом будет сведено к минимуму ее свойство снижать коэффициент промывки. С точки зрения снижения расхода воды на промывку объем подпитки ванны улавливания должен быть максимальным.

Важное значение имеет концентрация электролита в ванне улавливания, поскольку для целей возврата электролита необходима максимальная концентрация, а для снижения расхода воды – минимальная. На практике концентрация электролита в ванне улавливания редко достигается 10 – 15 % от концентрации рабочей ванны. В общем случае установка ванн улавливания позволяет сократить расход промывной воды на 20 – 30 %. Это целесообразно делать там, где стоит задача возврата электролита, т.е. После основных ванн. После вспомогательных ванн (обезжиривания, декапирования), где основной задачей является сокращение количества промывных вод, предпочтительней системы из нескольких ванн.

Расход воды – один из основных факторов, влияющих на загрязнение  окружающей среды и экономические  показатели технологии гальванопокрытий. Задачей промывки является разбавление  до нужной степени поверхностного слоя электролита.[23]

Очистка сточных вод от ионов тяжелых  металлов.

Для практической реализации любого метода необходимо исследовать  процесс обработки реальных промывных  вод промышленных предприятий. Необходимо отметить, что в настоящее время  не сформулирована четкая концепция  обезвреживания сточных вод промышленных предприятий. Необходимо отметить, что  в настоящее время не сформулирована четкая концепция обезвреживания жидких отходов гальванических производств (растворы, сточные воды), нет сравнительной  технико-экономической оценки современных  методов, типовых технологических  схем, базового оборудования. Поэтому  важной задачей является разработка различных технологических схем обработки промывных вод с  учетом конкретного их состава и  требований к степени очистки  и качеству воды. Для более быстрого и эффективного использования данных технологий необходимо так же разработать  новые конструкции аппаратов. [8,20]