Физические показатели качества воды Температура

СОСТАВ ПРИРОДНЫХ ВОД.

Природные воды представляют собой сложные системы, содержащие растворенные вещества в виде ионов и молекул, минеральные и органические соединения в форме коллоидов, суспензий и эмульсий. В воде растворены газы, входящие в состав атмосферы, а также вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности водных организмов и протекания процессов химического взаимодействия в самой водной среде .

В качестве источников водоснабжения могут быть использованы подземные и поверхностные воды, в безводных районах - атмосферные осадки в виде дождя и снега.

Состав поверхностных вод определяется климатическими и геоморфологическими факторами, почвенно-геологическими условиями; подземных - зависит от условий формирования залежи.

Химический состав природных вод определяется:

Главными ионами - натрий, калий, кальций, магний ,сульфаты, карбонаты, хлориды, гидрокарбонаты (М составляет 1.5 и более г/ л );

Растворенные газы - азот, кислород, углекислый газ, метан, сероводород, аммиак и др.;

Биогенные элементы - соединения фосфора, азота, кремния;

Микроэлементы - литий , рубидий, стронций, йод, бром, бор, цезий и др.; Органические вещества (150 мг/л и более );

Состав мехпримесей природных вод определяется наличием глинистых, песчаных, гипсовых, известковых и коллоидных частиц ( кремнекислота, гидроокись железа, гуматы и т.д.). Содержание взвешенных частиц в воде колеблется от нескольких единиц до десятков тысяч мг/л.

Подземные воды характеризуются невысоким содержанием органических веществ но значительным уровнем минерализации ( соли жесткости, железо, бор, марганец, бром, фтор), а иногда и растворенных газов.

Кульским предложена классификация примесей воды на 4 группы:

Примеси первой группыпопадают в водоемы в результате эрозии почв, образуют в воде суспензии и эмульсии, кинетически неустойчивы ,в состоянии покоя выпадают в осадок.

Примеси второй группыпредставляют собой коллоидные частицы, ПАВы, вирусы, которые по своим размерам близки к коллоидным частицам.

Примеси третьей группы- это молекулярно растворимые вещества.

Примеси четвертой группы- это вещества, находящиеся в воде в ионном виде.

Различают показатели качества воды : физические, химические, биологические, бактериологические.

Физические показатели качества воды Температура

Подземные источники - температура воды находится в пределах 8-12 град.

Поверхностные источники - температура воды зависит от времени года, от поступления в них подземных вод, сбросов охлаждающей воды, изменяется от 0.1 до 30 градусов, оптимальная температура воды для х/п водоснабжения 7-11 градусов.

Прозрачность, мутность и взвешенные вещества.

Характеризуют наличие в воде частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей. Мутность не должна превышать 1.5 мг/л.

Цветность воды

Обусловлена присутствием в воде гумусовых и дубильных веществ, белковых соединений, органических кислот и их солей , соединений железа и марганца, цветением водоема. Цветность воды измеряется в градусах платино-кобальтовой шкалы, для питьевой воды не должна превышать 20 градусов.

Привкусы и запахи.

Могут быть естественного и искусственного происхождения, различают 4 вкуса (соленый, горький, сладкий, кислый ). Интенсивность и характер запахов и привкусов воды определяют органолептически по пятибальной шкале, допустимое значение привкусов и запахов определяется ГОСТом 2874- 42, при 20 градусах вкус и запах не должны превышать 2 баллов.

Сухой остаток.

Характеризует содержание в воде примесей в основном неорганического происхождения, прокаленный остаток показывает присутствие только неорганики. Согласно ГОСТ 17.3.03- 77 сухой остаток в воде природного источника не должен превышать 1 г/ л. Величина сухого остатка нормируется в производстве кино- и фотопленки, производствах органического синтеза, для питательной воды паровых котлов и т. д.

 

ИОННАЯ СИЛА РАСТВОРА. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ.

Важнейшая физико-химическая характеристика солевого состава обрабатываемой воды и методов обработки.

 

Химические показатели качества воды

 

Активная реакция среды- является показателем кислотности или щелочности воды. По показателю рН природная вода подразделяется на кислую рН = 1 - 3; слабокислая рН = 4 - 6 ; нейтральная рН =7; слабощелочная рН =8-10; щелочная рН =11 — 14; Природная вода как правило имеет рН = 6.5 -8.5 , что соответствует требованиям ГОСТа на питьевую воду.

Перманганатная окисляемость воды- показывает количество кислорода необходимое для окисления легко окисляемых органических примесей в присутствии сильного окислителя (перманганата калия ). Артезианские воды , ПО = 2 мг О₂ / л ; грунтовые воды , ПО = 5 - 8 мг О₂/ л; реки, ПО = 40 - 60 мл О₂ / л; болотные воды , ПО = 400 мг О₂ / л.

Бихроматная окисляемость- количество кислорода, необходимое для окисления всех видов загрязнений в кислой среде в присутствии бихромата калия.

Биологическое потребление кислорода- количество кислорода необходимое для жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в окислении загрязняющих веществ.

 

Азотсодержащие вещества( аммоний, нитриты, нитраты ) образуются в воде в результате разложения ( окисления ) белковых соединений под действием микроорганизмов . Повышенное содержание нитратов в воде приводит к нарушению окислительной способности крови.

ПДК = 45 мг \ л.

 

Хлориды и сульфаты.

Присутствуют во всех природных водах, являются причиной агрессивности воды по отношению к бетону (образование сульфата и хлорида кальция, растворимость которых в воде значительно выше, чем карбонатов).

Присутствие в воде ионов хлора и сульфат - ионов в концентрациях, превышающих ПДК, приводит к нарушению функции желудочно - кишечного тракта.

Щелочность воды.

Обусловлена суммой содержащихся в воде гидроксильных ионов и анионов слабых кислот, определяет стабильность воды. Различают бикарбонатную, карбонатную и гидратную щелочность воды.

Жесткость воды.

Обусловлена присутствием в воде ионов кальция и магния, карбонатов и гидрокпрбонатов. Различают карбонатную, некарбонатную и общую жесткость воды. Присутствие в воде ионов кальция способствует укреплению костной ткани и выводу из организма ионов кадмия, избыток которых приводит к нарушению работы сердечно - сосудистой системы.

Повышенная жесткость приводит к сложностям при эксплуатации систем водообеспечения, как промышленных предприятий, так и водоводов х/ п назначения ( накипь, осадки на поверхности труб ).

Железо и марганец.

Железо присутствует в воде в виде двух- и трехвалентных ионов, органических и неорганических коллоидов, комплексных соединений в форме тонкодисперсной взвеси, сульфида и гидроксида железа. Использование для питьевых целей воды с повышенным содержанием железа вызывает болезнь печени ( гемосидерит ). Избыток марганца придает воде окраску и вяжущий привкус, употребление воды с повышенным содержанием марганца приводит к заболеваниям костной ткани.

Повышенные концентрации железа и марганца в воде промпредприятий способствуют развитию в ней железистых и марганцевых бактерий, продукты жизнедеятельности которых вызывают уменьшение сечения водопроводной аппаратуры (трудно растворимые осадки ).

Содержание железа и марганца строго нормируется для воды, используемой в текстильной, пищевой промышленности и в органическом синтезе.

Соединения кремниявстречаются в природных водах в форме органических и минеральных солей от десятых долей до нескольких мг в 1 л. Содержание кремния в питьевой воде не нормируется.

Соединения фосфоравстречаются в виде тонкодисперсных частиц минерального и органического происхождения, ионов ортофосфорной кислоты, растворенные формы фосфора в природной воде способствуют активному развитию флоры водоема - зарастанию, загниванию. В питьевой воде концентрация ионов фосфора не нормируется.

Фтор.Является активным микроэлементом, влияющим на обмен веществ и формирование костной ткани человека, недостаток фтора в воде приводит к активному развитию кариеса, избыток - к флюорозу, поэтому содержание фтора в воде должно находиться в пределах 0.7 - 1.5 мг / л.

Бор.В концентрациях превышающих ПДК ухудшает обмен веществ, вызывает заболевания печени и желудочно-кишечного тракта. ПДК - 0.5 мг / л.

Бром.Повышенное содержание брома в питьевой воде снижает реакцию нервных окончаний на раздражение, отрицательно сказывается на функции печени и почек, способствует вымыванию калия из организма и увеличению азота в мочевине. ПДК =0.2 мг /л.

Йод. Биологический микроэлемент, недостаток вызывает развитие болезни Дауна, снижению иммунитета, нарушению функции щитовидной железы (гипофункция), избыток - гиперфункция щитовидной железы.

ПДК = 10 мг/л.

 

Растворенные в воде газы.

 

Углекислый газ.В зависимости от рН углекислота присутствует в воде в разных формах (растворенный газ, гидрокарбонат-ион, карбонат-ион ). В зависимости от формы угольной кислоты в воде она может быть агрессивна по отношению к бетону, металлу или склонна к выделению карбоната кальция.

Сероводород. Продукт распада органических соединений и растворения минеральных солей. В поверхностных водах присутствует в придонных слоях в незначительных количествах, в подземных - его содержание может достигать нескольких десятков мл / л. Наличие сероводорода в воде придает ей неприятный запах, вызывает коррозионное растрескивание труб, может вызывать активное развитие серобактерий, что приводит к зарастанию трубопроводов. В зависимости от рН воды сероводород может быть в трех формах: рН = 6,5 сероводородная кислота; рН = 6.5 - 12.5 гидросульфид-ион, рН= 12.5 - 14 сульфид - ион.

Кислород.В артезианских водах кислород отсутствует, в поверхностных - его концентрация зависит от парциального давления в воздухе и температуры воды. Насыщение воды кислородом придает ей свежий вкус.

Азот.В природные воды поступает из воздуха. Ионы аммонийного азота, нитраты и нитриты образуются в воде в результате разложения органических соединений под действием микроорганизмов.

Метан. Присутствует в болотных водах, концентрация достигает 30 мг/ л.

Гидробионты.

Планктон - обитатели водоемов в толще воды;

Бентос - обитатели на дне водоема ;

Нейсон - организмы, населяющие поверхностную пленку воды;

Пагон - организмы, пребывающие зимой в толще льда в состоянии

анабиоза.

Гидрофлора.Определяется макро - и микрофитами. Макрофиты - высшая водная растительность, микрофиты - водоросли (зеленые, сине-зеленые, эвгленовые, диатомовые).

МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВОДОПОДГОТОВКИ

 

Кондиционирование воды представляет собой комплекс физических,

физико-химических и биологических методов обработки воды,

способствующих улучшению ее качества.

Все разнообразные функции, возлагаемые на очистные сооружения, могут

быть сведены к следующим:

Осветление - удаление взвешенных веществ, снижение мутности воды;

Обесцвечивание - устранение растворенных веществ, придающих воде

окраску;

Обеззараживание- уничтожение содержащихся в воде бактерий; Обессоливание - удаление растворенных солей;

Умягчение- удаление ионов жесткости;

Дегазация- удаление растворенных газов;

Дезодорация- удаление привкусов и запахов;

Стабилизация - обработка воды, предупреждающая коррозионную

активность воды и вероятность карбонатных отложений на оборудовании.

Обогащение воды - насыщение воды ионами, содержание которых ниже

кондиционных концентраций.

Обезжелезивание- удаление растворенного железа;

Деманганация- удаление растворенного марганца.

Решение всех поставленных задач перед проектированием очистных сооружений достигается правильным выбором технологической схемы

 

Реагентные и безреагентные.

Обработка воды с применением реагентов требует значительных эксплуатационных затрат (реагенты, оборудование, электроэнергия) затраты на строительство ниже (земляные работы, размеры отстойников, территория под строительство), чем в безреагентных схемах. Эффективность очистки при использовании реагентов повышается, продолжительность обработки воды сокращается.

Самотечные и напорные.

В самотечных системах водоочистных сооружений вода протекает под действием силы тяжести.

В напорных системах вода течет по водоочистным сооружениям закрытого типа под давлением, создаваемым насосами.

Состав и технологическую схему работы самотечных систем представляют в виде высотной схемы в профиле основных сооружений водоочистной станции.

ВЫСОТНАЯ СХЕМА

Высотную схему начинают составлять с наиболее низко расположенного сооружения - резервуара чистой воды. При определении отметок уровней воды в элементах сооружений водоочистной станции заначальную принимают отметкуповерхности земли площадки водоочистной станции, отметку наивысшего уровня воды в резервуаре чистой воды обычно назначают на 0,5 м выше отметки поверхности земли.

Для предварительного построения высотной схемы можно принять потери напора :

-контактная камера - 0.3- 0.5м;

-устройство ввода реагентов 0.1-0.3м;

- в микрофильтрах и барабанных сетках 0.4-0.6 м;

- в гидравлическом смесителе - 0.5- 0.6м ;

- в механическом смесителе 0.1-0.2 м; и т. д .( стр.643).

При проектировании очистных сооружений и привязке их, необходимо учитывать рельеф местности, глубину залегания грунтовых вод, максимальный уровень воды в водоеме в период паводка, возможность самотечного отвода сточных вод и осадка с очистных сооружений.

 

На высотной схеме должны быть показаны:

1) реагентное хозяйство

2) сооружения по обороту промывных вод

3) обработка осадка

4) отметки оси промывных насосов или днища промывной башни

5) отметки вакуум-насосов и насосов-дозаторов, воздуходувок.

 

 

Физико-химические основы коагулирования примесей. Самостоятельно.

Природные поверхностные воды представляют собой коллоидные растворы, размеры частиц в которых приближаются к размерам молекул и имеют как правило отрицательный заряд. Коллоидные растворы характеризуются агрегативной устойчивостью и процесс их очистки является сложной задачей. Для укрупнения мелкодисперсных частиц , увеличения скорости их осаждения и способности задерживаться пористыми фильтрами применяют коагуляцию.

Коагуляция - это процесс разрушения коллоидных частиц под действием электролита, электрического или магнитного полей, сопровождающийся укрупнением диспергированных частиц и сорбцией их на поверхности гидратированного электролита.

Коагуляция завершается образованием хлопьев, видимых невооруженным глазом, и отделением их от жидкой среды. Различают два типа коагуляции: конвективная коагуляция( проходящая в свободном объеме) и контактная ( в толще зернистой загрузки или в массе взвешенного осадка ).

2. Строение коллоидной частицы.

NaCl+AgNO₃(изб)=AgCl+NaNO₃

 

Заряд частицы положительный, AgCl адсорбирует только те ионы, которые образуют кристаллическую решетку и находятся в избытке.

 

Ag ⁺ – потенциал- образующие ионы

NO₃ ^- – противоионы адсорбционного и диффузионного слоев

Заряженные частицы препятствуют росту кристаллов

Противоионы диффузионного слоя ориентируют полярные молекулы решетки, создавая дополнительную сольватную оболочку.

- поверхностный потенциал, возникает на границе твердой и жидкой фаз.

ƺ – потенциал на границе адсорбционного диффузионного слоев

 

Коллоидная частица всегда заряжена, мицелла - электронейтральна

 

NaCl(изб)+AgNO₃=AgCl +NaNO₃

 

Заряд частицы отрицательный

Разрушение коллоидной частицы называется коагуляцией.

Переход осадка в золь называется пептизацией

При нагревании или замораживании, добавлении в воду электролита, воздействии электрического или магнитного полей происходит разрушение двойного электрического поля и нарушение агрегативной устойчивости частицы.

Природная вода содержит гидрофильные и гидрофобные примеси. Гидрофильные примеси представлены в основном органическими веществами,содержащими в своем составе полярные группы (-ОН, -СООН).

Эти группы гидратированы и поэтому агрегативно устойчивы.

Обработка воды, содержащей органические вещества в растворенном или коллоидном состоянии электролитами приводит к нарушению агрегативной устойчивости раствора.

Гидрофобные примеси в воде представлены частичками глины, песка, породы. Они лишены гидратных оболочек, но имеют двойной электрический слой, характерный для коллоидных частиц. На границе адсорбционного слоя термодинамический потенциал ( ) становится равным электрокинетическому потенциалу ( ). При воздействии на коллоидную систему электрокинетический потенциал уменьшается и, при нулевом его значении наступает изоэлектрическое состояние коллоидной системы, коллоидный раствор разрушается.

Величина рН , отвечающая этому состоянию( =0), называется изоэлектрической точкой системы.

Для отрицательно заряженных частиц коагулирующими ионами являются катионы, а для положительно заряженных - анионы.

Коагуляция коллоидных растворов, имеющих противоположно заряженные частицы, возможна при их взаимном перемешивании, т.к в этом случае происходит взаимная нейтрализация разноименно заряженных частиц, их агломерация и седиментация.

Действие коагулянта в воде сопровождается следующими процессами:

- гидролиз электролита,

-разрушение коллоидной частицы,

-сорбция загрязняющих веществ на поверхности гидролизованного электролита, -соосаждение хлопьев.

Гидроксиды алюминия и железа имеют положительный заряд на грануле, что способствует сорбции отрицательно заряженных примесей воды.

=

Чем больше ионная сила раствора, тем меньше , следовательно с увеличением ионной силы раствора устойчивость коллоидной системы снижается и при система приближается к изоэлектрическому состоянию, что в свою очередь приводит к активной коагуляции.

КОАГУЛЯНТЫ И ИХ ГИДРОЛИЗ

 

СОЛИ АЛЮМИНИЯ

Наибольшее применение в качестве коагулянта получил сульфат алюминия,который получают путем обработки сырой или обожженной глины серной кислотой с последующей фильтрацией раствора, упаркой и кристаллизацией.

В качестве коагулянтов используются также алюминат натрия и оксихлориды алюминия.Исходными продуктами для получения алюмината натрия и оксихлорида алюминия служат свежеосажденная гидроокись или окись алюминия. Первый коагулянт получают растворением этих продуктов в разбавленном гидроксиде натрия, второй - в разбавленной соляной кислоте. Иногда для получения оксихлорида алюминия используют хлористый алюминий, являющийся отходом алюминиевой промышленности.

 

СОЛИ ЖЕЛЕЗА

Наиболее распространенным коагулянтом является хлорное железо FeCl₂ , которое может быть получено обработкой железного лома хлором или методом

анодного растворения железа в растворах поваренной соли.

Железный купорос Fe SO₄ получают из растворов, образующихся при травлении

металла или методом анодного растворения железа в растворе серной кислоты.

Применение аэрации дает возможность получать соли железа вида обладающие сильным коагулирующим действием.

Недостатком железного купороса является необходимость иметь для

перевода двухвалентного железа в трехвалентное высокий щелочной резерв

( рН = 9) или применять дополнительное хлорирование его растворов.

 

СОСТАВ ПРОДУКТОВ ГИДРОЛИЗА.

 

Al­_­2­(SO₄)₃+6H₂O= 6Al₂(OH) +3SO₄ +6H⁺ ; рН

 

По условиям равновесия:

 

Склады

Для хранения реагентов устраивают склады на 15-30 суточный запас исходя из периода мах их расхода с учетом условий доставки.

Высота слоя h=1,5-2 м; при механизации 2,5-3,5 м. Хранение реагента осуществляется в мешках , в бочках и баках .

Площадь склада для хранения коагулянта определяют по формуле:

- производительность ОС, м³/сут.

- расчетная доза коагулянта, мг/л

- продолжительность хранения коагулянта, сут.

- коэффициент учета дополнительной площади ( )

- содержание вещества в безводном продукте,%

- допустимая высота хранения,м

- объемная масса коагулянта, кг/м³

 

Склад кислот необходимо изолировать от остальных помещений, должен быть оборудован приточно-вытяжной вентиляцией.

 

Склады хлора и NH₃ д.б. расположены в пониженных местах территории ОС (запас 100т; изолированные отсеки до 50т), помещение с двумя выходами с противоположных сторон. Хранят хлор в баллонах или контейнерах.

Оборудование складов кислот, хлора, NH₃ должно соответствовать условиям хранения сильнодействующих и ядовитых веществ.

Требования к организации хлорного хозяйства п.п.6.211,6.212 СниП.

 

Склад активированного угля оборудуют в отдельном помещении, пожароопасность класс В

 

Хранение NaCl – в жидком виде (Q_сут>0,5mыс м³\сут.); V_баков=1,5 /на 1т реагента.

 

Склад хранения ионообменных смол – объем рассчитывается с учетом потерь при регенерации загрузки всех катионитовых фильтров + загрузка одного фильтра и дополнительно по 1 загрузке слабо и сильноосновных анионитов.

 

Склад фильтрующих материалов:

V= n _ф· n_р 0,1 V_ф.загр + V_ф.загр аварийного запаса на перегрузку 1 фильтра (при n 20) двух (при n>20), n-число фильтров, V_ф.загр - объем загрузки фильтров.

 

Для загрузки фильтров рекомендуется использовать водоструйные и песковые насосы, конвейеры. При отсутствии центральных поставок фильтрующего материала рекомендуется предусматривать специальный цех по подготовке фильтрующего материала.

Фторсодержащие реагенты (Na₂SiF₆ в деревянных бочках),

ПАА ( любой флокулянт) хранят в заводской таре

При использовании комовой извести предусматривается ее гашение и хранение в емкостях в виде теста с концентрацией 35- 40 %.

 

Лаборатории, диспетчерские и др. вспомогательные помещения планируются согласно СНиП (по табл.31, стр.45.)

На генплане показывают блок основных в/о сооружений, служебный корпус, реагентное хозяйство, башню промывной воды, сооружения для обработки осадка, НС-I, хлораторную, склад хлора, РЧВ, котельную, место размещения песковой площадки.

На генплане должны быть показаны трубопроводы с указанием диаметров исходной и фильтрованой воды, трубопроводы подачи и отвода оборотной воды, подачи реагентов, промышленная и х/б канализация, теплосеть, кабели и т.д.

3.Повторное использование промывной воды и обработка осадка.

Обработка промывной воды

Фильтр – песколовка – резервуар –усреднитель , очищенная вода направляется в голову процесса

Обработка осадка

Резервуары-отстойники – сгустители – накопители – площадки вымораживания или подсушивания осадка

Возможно механическое обезвоживание и регенерация коагулянта.

На участках обезжелезивания возможно получение Fe(OH)₃ (охра)

Количество резервуаров промывных вод не менее 2

 

Контактная коагуляция

КК называется процесс прилипания микроскопических частиц примесей воды к микроскопическим частицам сорбента или поверхности зернистого материала под действием молекулярных сил притяжения.

Сближение частичек происходит за счет броуновских сил в результате перемешивания или направленного действия мелких частичек относительно крупных.

Особенности протекания процесса КК.

1. На процесс КК не влияют Т и Щ.

2. Чем выше концентрация крупных частиц взвеси по отношению к мелким тем интенсивнее процесс прилипания мелких частиц к крупным за счет снижения устойчивости мелких частиц в результате чего повышается скорость и полнота извлечения ВВ из раствора.

 

Эти особенности широко используются в разработке технологии или последовательности процесса коагулирования:

1. Дробное коагулирование

2. Прерывистое коагулирование

3. Рециркуляция осадка

При осветлении воды в контактных осветлителях и фильтрах, в осветлителях со слоем взвешенной контактной среды эффект контактной коагуляции наблюдается особенно ярко.

Коагуляция в слое зернистых материалов протекает полнее и с большей скоростью чем в свободном объеме.

Оптимальную дозу коагулянта при дозировании его перед фильтрами устанавливают на основании кривой контактной коагуляции

 

 

Оптимальная доза принимается на 5-10% выше дозы оптимальной по графику.

 

При проведении коагуляции в слое зернистой загрузки отпадает необходимость в камерах хлопьеобразования, отстойниках и осветлителях.

При прохождении окрашенных природных вод через массу осадка гидроксида с не полностью использованной адсорбционной емкостью улучшается осветление воды.

 

Вывод: применение контактной коагуляции позволяет сократить объем очистных сооружений, улучшить работу фильтров и снизить расход реагентов.

 

Al анод

Процессу химического окисления (растворения) Al способствуют ионы-депассиваторы, находящиеся в воде, повышающие скорость движения жидкости по отношению к поверхности металла.

В связи с этим выход Al по току может достигать 130-140%

Электрохимическое растворение Al в воде (анодное растворение)

На Al катоде могут протекать реакции (в природной воде)

- деполяризация мигрирующих ионов

- в нейтральной среде деполяризация нейтральными молекулами

- в кислой среде

Восстановление органических соединений

- радикал органического соединения

Из перечисленных катодных процессов в природной воде имеет место в основном кислородная и водородная деполяризация.

На Al катоде возможно прохождение реакции Al с водой.

В прикатодном слое повышается рН до 10,5-12 во время электролиза, что приводит к растворению окисной пленки Al₂O₃.

В процессе электролиза на электродах возможны следующие явления:

1. Адсорбция органических и неорганических веществ, которые способны повышать или понижать скорость электрохимической реакции.

2. Выделение пузырьков газа H_2, O₂ способных переносить вещество из жидкости на поверхность – электрофлотация.

На процесс растворения электродов влияют:

1. рН

2. солевой состав

3. t

4. состав электрода

5. плотность тока

6. частота смены полярностей

7. скорость движения воды в межэлектродном пространстве.

 

Зависимость работы электролизера от плотности тока имеет следующий характер:

- повышение плотности тока приводит к повышению эффективности работы в связи с повышением рабочей поверхности электродов;

- интенсивно используется объем электролизеров.

Дальнейшее повышение плотности приводит к усилению поляризационных явлений и пассивации электродов,в результате чего растет напряжение и электроэнергия затрачивается на побочные процессы.

Рекомендуемая плотность тока 0,5-20 мА/ расстояние между электродами 10-15 мм. Рабочее напряжение на электродах

Для предотвращения образования осадка на электродах рекомендуется менять их полярность, но это приводит к снижению выхода металла по току.

Процесс активного окисления металла при электролизе осложняется пассивацией поверхности электрода.

Для Al электрода:

- активизирует Al электрод.

- пассивирует Al электрод

Рост температуры приводит к растворению окисной пленки, активизации электрода, растворимости осадка на электроде.

 

1. Реагентное хозяйство

В состав реагентного хозяйства входят

а) склады для хранения реагентов в сухом виде или в виде концентрированных растворов

б) и устройства для приготовления растворов необходимой концентрации

 

Для приготовления раствора коагулянта используют специальные установки, состоящие из растворных и расходных баков, а также воздуходувок для перемешивания раствора реагентов (барботаж), механическое перемешивание.

Вместимость растворных баков определяют

=20-24%

Р=17% для неочищенного коагулянта.

- часовой расход воды,

- концентрация раствора коагулянта в растворных баках.

- доза коагулянта

- плотность коагулянта; t – время, необходимое для приготовления раствора коагулянта

Емкость расходных баков

=10-12%

- концентрация раствора коагулянта в расходных баках.

Раствор коагулянта пропускают самотеком из растворных баков в расходные и разбавляют водой до соответствующей концентрации.

Расходных баков должно быть не менее двух, растворных в зависимости от скорости растворения коагулянта, способа доставки и загрузки К.

Растворные и расходные баки изготавливают из ж/б , а их внутренние стенки обкладывают кислотоупорным кирпичом или кислотоустойчивой плиткой.

Смешение реагентов с водой

 

1. Критерий Кэмпа.

Задачи для осуществления эффективной коагуляции:

1. быстрое распределение реагента в объеме.

2. обеспечение мах контакта коллоидных частиц с реагентом или продуктом его гидролиза.

3. увеличение времени жизни продуктов гидролиза.

 

I этап – образование хлопьев r =1-10 мкм ,

При плохом перемешивании возрастает расход реагентов и снижается степень очистки.

Интенсивность смешивания реагентов с водой характеризуется критерием Кэмпа GT и градиентом скорости G

Е – энергия перемешивания

- динамическая вязкость воды

Т – продолжительность смешения

V – объем жидкости в емкости

G – градиент скорости G=200-300 с

GT – критерий Кэмпа

 

С ростом G доза реагентов для оптимальной очистки снижается.

Для обеспечения оптимальной скорости смешения реагенты следует вводить в точках максимальной турбулентности.

 

Смешение реагентов с водой происходит наиболее интенсивно при использовании реагентораспределителей – устройств для ввода реагентов.

Различают реагентораспределители в виде перфорированных трубчатых систем, камерно-лучевого, диффузорного и струйного типов, размещаемых в подающих трубопроводах или в начале смесителя.

 

Реагентораспределители

Перфорированный распределитель.

1- трубопровод отрабатываемой воды

2- заглушки

3- перфорированная лучевая распределительная трубка

4- подача реагента

5- разъемная штанга

 

Его устанавливают в трубе перед смесителем, непосредственно при поступлении воды в смеситель или в одном из отделений входной камеры смесителя.

 

Смесители

По принципу действия различают 2 основных типа смесителей:

гидравлические и механические.

При выборе типа смесителя необходимо учитывать конструктивные особенности, компоновку производительность ОС и метод обработки воды.

Расчет смесителя.

 

Число перегородок принимают равным 3.

Диаметр отверстия

Д=20-40 мм при тыс.

Д=100 мм при тыс.

Число отверстий

 

Суммарная площадь отверстий не должна превышать 30% рабочей площади перегородки, скорость движения воды в отверстиях

Потеря напора при прохождении воды через отверстия в каждой перегородке:

- коэффициент расхода, зависящий от отношения и принимается равным 0,65-0,75

- толщина перегородки

Ширину лотка определяют по скорости движения в нем воды, которую принимают

Найдя потерю напора h и задав глубину H в конце смесителя H=0,4-0,5м определяют уровень воды в начале смесителя.