Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Классификации природных вод и способы их подготовки для питьевого водоснабжения 10
1.1 Классификация природных вод по химическому составу 12
1.2 Классификация подземных вод по показателям качества 15
1.3 Классификации примесей в природных водах и процессов, используемых для их удаления 16
1.4 Соединения железа в подземных водах 20
1.5 Безреагентные методы очистки природных вод 25
ГЛАВА 2. Техника и методика эксперимента 39
2.1 Объекты исследования 39
2.2 Методики эксперимента 40
2.2.1 Методика определения концентрации ионов железа (II) 40
2.2.2 Методика определения концентрации железа 42
2.3.1 Методика определения озона в растворах 44
2.3 Приборы для анализа воды 50
ГЛАВА 3 Особенности химического состава подземных вод Томской и Тюменской областей 52
3.1 Показатели выбора технологии подготовки питьевой воды из подземных источников Томской и Тюменской областей 52
3.1.1 Химический состав подземных вод Томской и Тюменской областей 52
3.1.2 Установление качественного показателя выбора технологии водоподготовки 59
3.2 Разработка методики количественного определения железа, связанного с гуминовыми веществами 63
3.2.1 Соединения железа в подземных водах северных районов Томской и Тюменской областей 64
3.2.2 Разработка методики количественного определения железа, связанного с гуминовыми веществами 66
3.3 Свойства соединений железа подземных вод Томской и Тюменской областей 73
3.3.1. Окисление соединений железа (II) подземных вод кислородом воздуха и озоном 73
3.3.2 Коллоидные соединения железа в подземных водах и определение их размеров 77
3.3.3 Влияние рН и озона на коагуляцию коллоидных соединений железа 81
ГЛАВА 4. Разработка аппаратурно-технологическои системы получения питьевой воды из подземных источников Томской и Тюменской областей 86
4.1 Разработка малогабаритной установки для технологического моделирования процессов очистки воды 87
4.1.1 Описание установки и ее технические характеристики 88
4.1.2 Расчет оптимальных конструктивных параметров электрокоагулятора с растворимым анодом 93
4.2 Моделирование процессов очистки воды, содержащей железо, связанное с гуминовыми веществами 99
4.3 Практическое применение результатов технологического моделирования процессов очистки воды, содержащей железо, связанное с гуминовыми веществами 106
Выводы 112
Литература
- Классификация подземных вод по показателям качества
- Методика определения концентрации ионов железа (II)
- Установление качественного показателя выбора технологии водоподготовки
- Расчет оптимальных конструктивных параметров электрокоагулятора с растворимым анодом
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ:
В настоящее время проблема обеспечения населения качественной питьевой водой является одной из наиболее значимых. Несмотря на обилие открытых водоемов на территории Западной Сибири, для питьевого водоснабжения используют, в основном, подземные воды. Это связано с тем, что бассейны рек, указанного региона, являются экологически незащищенными. В связи с этим, с каждым годом возрастает использование в хозяйственно-питьевом водоснабжении пресных вод из подземных источников. Однако качество подземных вод в естественных природных условиях по ряду показателей не отвечает нормативным требованиям. Для получения питьевой воды из подземных источников необходимы специальные технологии, обеспечивающие высокое качество получаемой воды. Для правильного выбора технологии обработки воды и поиска путей повышения эффективности работы установок, недостаточно информации только о химическом составе воды, так как определяющим фактором является совокупность таких характеристик, как концентрация и форма существования примесей и изменение свойств этих примесей в процессе обработки воды. Поэтому, установление обобщающих показателей для выбора рационального метода водоподготовки является актуальной задачей настоящего времени.
Работа проводилась в рамках научно-технической инновационной программы Госкомитета РФ по высшему образованию «Очистка воды и стоков» (1994 - 1999 г.), при поддержке гранта Минобразования РФ ЕОО-12.0-20 «Идентификация металлорганических комплексов, содержащихся в подземных водах Северных регионов России и установление механизма их превращения при физико-химических воздействиях» (2000 - 2002 г.), поддержана 2-мя грантами ТПУ «Изучение свойств металлорганических комплексов, содержащихся в подземных водах Северных регионов России, при
физико-химических воздействиях, моделирующих процессы безреагентной очистки» (2000 г.) и «Малогабаритная лаборатория для выбора технологии получения питьевой воды» (2005 г), гранта ФЦП ГК 12.403.С.З007 «Разработка физико-химических основ создания новых высокоэффективных динамических мембран с использованием нановолокон оксида алюминия» (2007 г.).
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В качестве объекта исследования выбраны пресные подземные воды Томской и Тюменской областей, используемые для хозяйственно-питьевого назначения.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Разработать аппаратурно-технологическую систему получения питьевой воды из подземных источников Западно-Сибирского региона и разработать установку, повышающую эффективность водоподготовки.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:
Разработать и создать малогабаритную установку, позволяющую моделировать отдельные стадии водоподготовки.
Разработать методику количественного определения железа, связанного с гуминовыми веществами.
Определить химический состав и характерные особенности подземных вод Западно-Сибирского региона.
Установить качественный и количественный показатели, определяющие выбор технологии водоподготовки.
Исследовать взаимосвязь свойств соединений железа подземных вод и процессов их обработки.
Исследовать способы, повышающие эффективность водоподготовки типовых установок.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА: 1. Предложен и защищен патентом способ определения железа, связанного с органическими веществами гумусового типа, основанный на разделении
железа, связанного и не связанного с гуминовыми веществами, при экстракции хлороформом.
Установлены качественный и количественный показатели выбора технологии водоподготовки. Качественный показатель - окраска подземной воды после фильтрования, свойственная соединениям окисного железа. Количественный показатель - концентрация железа, связанного с гуминовыми веществами (более 0,3 мг/л).
Впервые показано, что присутствующие в подземных водах Западно-Сибирского региона соединения железа с гуминовыми веществами не являются комплексными и при прохождении через мембранный фильтр, соответствующей пористости; разделяются на Fe(OH)3 и растворенные
гуминовые вещества. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ:
Разработана малогабаритная установка, позволяющая моделировать отдельные стадии водоподготовки непосредственно у источника (Заявка в Роспатент № 2007132315. Приор, от 29.08.2007). Применение на практике этой установки позволило снизить затраты и время пусконаладочных работ на 10 - 30%, что подтверждено актом о внедрении (см. Прил. 1).
Получены исходные данные для проектирования установок водоподготовки, такие как концентрация железа, связанного с гуминовыми веществами, присутствующего в подземных водах, параметры процессов окисления и фильтрования при обработке этих вод. Применение этих данных на практике подтверждено актами о внедрении (см. Прил. 2, 3).
Даны рекомендации, позволяющие повысить эффективность типовых установок водоподготовки.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ: 1. Результаты исследования особенностей химического состава подземных вод Западно-Сибирского региона, определяющих выбор технологии
водоподготовки. 2. Аппаратурно-технологическая схема повышения эффективности типовых
установок водоподготовки.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ:
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Техника и технология очистки и контроля качества воды» (Томск, 1999 г.), Региональной конференции «Конференция геологов Сибири, Дальнего Востока и Северо-востока России» (Томск, 2000 г.), на IV Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение» (Пенза, 2002 г.), на П-ой Международной конференции «Окружающая среда и экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики» (Томск, 2003 г.), на 8-м Международном симпозиуме CORUS (Томск, 2004 г.), на VII международной научно-практической конференции «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» (Кемерово, 2004 г.), на немецко-русском семинаре КарлсТом «Высокоразбавленные системы: массоперенос, реакции и процессы» (Томск, 2005 г.).
ПУБЛИКАЦИИ:
По результатам работы опубликовано 17 работ, в том числе 3 в рецензируемых журналах, получен патент РФ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ:
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 121 наименования, изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 39 таблиц, 26 формул и 6 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:
Во введении дана общая характеристика и анализ современного состояния проблемы, обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, изложена научная новизна и практическая значимость работы.
Первая глава является обзорной. В ней рассмотрены классификации природных вод по химическому составу и показателям качества. Приведена информация о формах существования соединений железа в подземных водах. Проведен обзор современных безреагентных методов очистки природных вод.
Во второй главе обоснован выбор методик анализа примесей природных вод и приведены характеристики используемых приборов. Приведено описание разработанной методики спектрофотометрического определения концентрации озона в воде.
Третья глава посвящена изучению особенностей химического состава подземных вод Томской и Тюменской областей. Приведены результаты количественного химического анализа исследуемых подземных вод. Дано описание разработанной методики количественного определения железа, связанного с гуминовыми веществами. Изложены результаты исследования свойств соединений железа, присутствующих в подземных водах Томской и Тюменской областей.
Четвертая глава посвящена выбору рациональной схемы получения питьевой воды из подземных источников Томской и Тюменской областей. Представлено описание разработанной малогабаритной установки для технологического моделирования процессов очистки воды. Приведены экспериментальные результаты по моделированию отдельных стадий обработки воды, содержащей железо, связанное с гуминовыми веществами. Показано практическое применение такого моделирования при оптимизации параметров технологической схемы водоочистной установки «Импульс».
В заключении приведены выводы по полученным результатам исследований.
Классификация подземных вод по показателям качества
Концентрация отдельных примесей в воде определяет ее свойства, совокупность которых называют качеством воды. Водные объекты, пригодные для хозяйственно-питьевого водоснабжения в зависимости от качества воды и требуемой степени обработки, делятся на 3 класса [18].
Для подземных вод класс водоисточника определяется следующим образом:
1-й класс - исходная вода по всем показателям отвечает нормативным требованиям для питьевой воды.
Ко 2-му классу относятся воды, имеющие отклонения от нормативов по отдельным показателям, что может быть устранено аэрированием, обеззараживанием.
К 3-ему классу относятся воды, которые могут соответствовать нормативным требованиям после обработки, предусмотренной для вод 2-го класса, с применением дополнительных методов обработки. Классификация подземных вод по классам на основании показателей их качества приведена в табл. 2.
Данная классификация позволяет оценить качество воды по количественному содержанию примесей. Однако она носит рекомендательный характер и является недостаточной для выбора конкретных технологий водо подготовки. Особенно это касается вод 3-го класса, наиболее часто встречающихся в регионах Западной Сибири.
Л.А. Кульским [19] разработана классификация примесей природных вод по фазово-дисперсному состоянию и на основе этой классификации систематизированы процессы, используемые для их удаления. Такая классификация позволяет осуществлять выбор методов обработки воды. По классификации Л.А. Кульского все примеси природных вод, по отношению к дисперсионной среде, разделены на четыре группы, из которых две относятся к гетерогенным системам, две к гомогенным (табл. 3).
Первая группа веществ - это нерастворимые в воде взвеси, с размером частиц 10" ...10" м, образующие с водой суспензии, эмульсии и пены. Эти примеси обуславливают мутность воды. Они являются кинетически неустойчивыми и легко разделяются.
Вторую группу составляют коллоидные примеси с размером частиц 10 ... 10" м. К этой группе относятся также высокомолекулярные органические соединения и вирусы, близкие по размерам к коллоидным частицам.
Особенностью примесей данной группы является их способность образовывать с водой устойчивые системы.
К третьей группе относятся молекулярные растворы различных веществ: растворенные в воде газы и органические соединения природного и антропогенного происхождения. Размер частиц этих примесей составляет 10"9...10"8м. Вследствие незначительной диссоциации эти вещества образуют с водой растворы неэлектролитов.
Четвертая группа включает электролиты - вещества, которые при растворении в воде распадаются на ионы. Размер частиц этих примесей составляет 10"10 10" м.
Примеси III и IV групп представляют собой истинные растворы, которые устойчивы и способны долго существовать без изменения.
На основании классификации примесей по фазово-дисперсному состоянию, Л.А. Кульским [19] систематизированы существующие процессы обработки природных вод (табл. 4).
Классификация Л.А. Кульского охватывает все природные воды -поверхностные и подземные, но носит общий характер. Природная вода содержит, практически, все четыре группы примесей, что чрезвычайно осложняет выбор экономически выгодного способа водоподготовки.
Подготовка воды из подземных источников имеет свои особенности. Так в подземных водах, зачастую, присутствуют соединения железа, концентрация которых значительно превышает ПДК [8, 10, 16, 17, 20 - 23]. Это чрезвычайно осложняет решение проблемы водоснабжения во многих регионах России. Использование воды с повышенным содержанием железа приводит к заболеваниям печени, увеличивает риск инфарктов, негативно влияет на репродуктивную функцию организма человека [24]. Нежелательно его присутствие в воде и по ряду причин, несвязанных со здоровьем человека. Вода с повышенным содержанием железа неприятна на вкус, имеет бурый цвет, образует осадки в трубах, затрудняющие ток воды и повреждающие водопроводную арматуру, что вторично ухудшает органолептические свойства воды. Поэтому воду с повышенным содержанием железа необходимо подвергать очистке [22,24].
Методика определения концентрации ионов железа (II)
Для определения 2-х валентного железа в подземных водах применяют колориметрические методы анализа, основанные на образовании окрашенного комплексного соединения железа с такими реагентами как о-фенантролин, 2,2-дипиридил и сульфосалициловая кислота [72]. В табл. 12 приведены характеристики этих методик по данным [43, 71 - 74].
Как видно из таблицы, методы определения Fe (II) с 2,2-дипиридилом и о-фенантролином по своим характеристикам практически равны. Для определения Fe (II) была выбрана методика с о-фенантролином. Такой выбор обусловлен тем, что эта методика стандартизована (ИСО 6332), т.е. включена в перечень международной организации по стандартизации [74].
Метод основан на реакции о-фенантролина с ионами Fe(II) в диапазоне рН 3...9 с образованием устойчивого комплексного соединения оранжево-красного цвета, стабильность которого сохраняется до 6 месяцев. Интенсивность окраски раствора прямо пропорциональна концентрации Fe(II). Оптическая плотность растворов измеряется на фотоколориметре КФК-2 при длине волны X = 490 нм в кювете толщиной / = 3 см. Коэффициент экстинкции {), рассчитанный из калибровочного графика, построенного по стандартным растворам Fe (И) оказался равным 34800 л/(моль см). Чувствительность данного метода составляет 0,05 мг/л. Прямое определение Fe (II) (без разбавления пробы) возможно при его содержании до 5,0 мг/л. Погрешности методики определения железа для диапазонов концентраций: 0,05...0,1 мг/лравны 30%; .св.0,15...1,5мг/л-25 %; св.1,0 до 2,0 мг/л- 17,5%.
Выбор метода определения содержания железа осуществлялся из стандартных, рекомендованных для анализа питьевых и подземных вод по ГОСТ Р 51232-98 [67]. Из рассмотренных методик, имеющих равные концентрационные диапазоны определения, был выбран метод с сульфосалициловой кислотой. Определяющим фактором при этом, явилось то, что использование этого реагента дает наиболее стабильные и воспроизводимые результаты. Это подтверждает и большое число проведенных в лаборатории определений содержания железа в водах по этой методике.
Метод основан на взаимодействии ионов железа в щелочной среде (рН 9) с сульфосалициловой кислотой с образованием окрашенного в желтый цвет комплексного соединения. Интенсивность окраски, прямо пропорциональная массовой концентрации железа, измеряется на фотоколориметре КФК-2 при длине волны X = 400 нм в кювете толщиной / = 3 см. Коэффициент экстинкции {), рассчитанный из калибровочного графика, построенного по стандартным растворам Fe (III) (ГСО) , оказался равным 14600 л/(моль-см). Чувствительность данного метода составляет 0,05 мг/л. Прямое определение (без разбавления пробы) возможно при содержании железа до 2,0 мг/л. Погрешности методики определения железа для диапазонов концентраций: 0,05... 0,15мг/л равны 30%; .св.0,15...1,5мг/л -25%; св. 1,0 до 2,0 мг/л -17,5%.
Высокая устойчивость комплексов сульфосалицилата железа позволяет проводить определение в присутствии меди, алюминия, фосфатов, ацетатов [72]. Мешающее влияние окрашенных органических веществ устраняют, проводя холостой опыт, в котором окрашенную пробу обрабатывают, так же как и при анализе, но без сульфосалициловой кислоты. Оптическую плотность основной пробы измеряют по отношению холостой пробе [17, 75]. Если в подземной воде присутствуют соединения железа с органическими веществами, то необходимо проводить разрушение этих соединений для перевода железа в ионную форму [43]. Для этого были проведены дополнительные исследования по оценке полноты определения железа в присутствии органических веществ.
Эксперименты проводили на модельных растворах, приготовленных с использованием железосинеродистого калия (К [Fe (CN \ ]х 3#20 ), содержащего прочные комплексные ионы железа, на растворах из торфяных вытяжек, предоставленных «Институтом торфа» и на подземной воде. Содержание органических веществ, определенных по значению перманганатной окисляемости (ПО) в различных торфяных вытяжках, составило для образца №1 - 53,2 мг02/л; для образца №2 - 142,9 мгСУл. Для подземной воды значение ПО было равно 6,0 мг02/л .
Установление качественного показателя выбора технологии водоподготовки
Исследование химического состава подземных вод Томской и Тюменской областей показало, что основной примесью в них являются соединения железа. Наиболее простой и распространенный метод обезжелезивания подземных вод это аэрация. Окисление Fe(II) кислородом воздуха происходит по реакции [44]: 4Fe2+ +02+ ШЩ + 2Н20 = 4Fe(OH), і +8СО, Т (14) Образующиеся при этом нерастворимые соединения Fe(OH)3 удаляются из воды фильтрованием.
В связи с этим, нами была изучена возможность удаления растворенного железа, присутствующего в исследуемых подземных водах, по классической схеме, включающей аэрацию с последующим фильтрованием.
Выбранные для исследования воды аэрировали до полного окисления Fe(II) и фильтровали через бумажный фильтр «красная лента» пористостью 20 мкм. Данный фильтр предназначен для удаления осадков типа Fe(OH)3 [S6]. Обработку проводили на разработанной малогабаритной установке водоподготовки «МУВ», описание которой приведено в п. 4.1. Содержание железа в исследуемых водах находилось в диапазоне 1,50...26,10 мг/л. При обработке этих вод в ряде случаев получали фильтрат, имеющий желтую окраску, характерную для окислов железа (III). Фильтрат анализировали на содержание общего железа. Результаты исследований представлены в табл. 19.
Из таблицы видно, что для водоисточников п. Спутник, п. Кисловка, п. Тимирязево, с. Рыбалово при окислении железа кислородом воздуха с последующим фильтрованием происходит удаление железа до концентраций ниже ПДК. Для источников п. Белый Яр, г. Сургут, п. Новоаганск, п. Каргасок удаление железа при аналогичных условиях обработки менее эффективно и его концентрация остается существенно выше ПДК. Следует так же отметить, что при концентрациях железа более 0,3 мг/л фильтрат был окрашен в желтый цвет. Таким образом, исследуемые подземные воды Томской и Тюменской областей были разделены на 2 типа. Показателем такого деление выступает способность железа (II), при окислении кислородом воздуха, образовывать соединения, которые не задерживаются фильтром с размером пор 20 мкм и имеют желтую окраску, характерную для окисного железа (III). Установленный показатель деления вод на 2 типа может быть только качественной характеристикой выбора технологии водоподготовки. Однако использование этого показателя на стадии предпроектных технологических исследований позволяет более эффективно проводить выбор метода обезжелезивания.
К первому типу отнесены воды, в которых Fe(II) при окислении кислородом воздуха образует соединения, удаляемые при фильтровании. Ко второму типу отнесены воды, в которых при окислении Fe (II) кислородом воздуха образуются соединения железа, которые при последующем фильтровании только частично удаляются из раствора. Для подготовки воды 11-го типа необходимо применение более сложных технологий, основанных на современных методах обработки, обеспечивающих полное удаление примесей.
Кроме качественного показателя деления исследуемых вод на 2 типа, были определены и другие показатели химического состава этих вод. Оказалось, что воды 1-го и П-го типа отличаются по значению рН, содержанию солей жесткости, гидрокарбонатов и органических веществ (ПО). Количественные характеристики этих показателей приведены в табл. 20. В соответствии с выше изложенным было установлено:
Первый тип воды характерен для подземных источников г. Томска и Томского района (см. табл. 15). Для вод этого типа типичны следующие значения рН - 6,8...7,5 , содержание солей жесткости до 14 Ж. Количество органических веществ, определенных по значению перманганатной окисляемости составляет 1,0...3,0 мгОг/л. Содержание гидрокарбонатов находится в пределах 240... 680мг/л. Вода такого состава, как отмечалось ранее, хорошо отстаивается и фильтруется. При подготовке этих вод для питьевых целей применяют классическую схему очистки, включающую аэрацию с последующим фильтрованием [44].
Второй тип воды характерен для северных регионов Западной Сибири, таких как север Томской и Тюменской областей (см. табл. 16, 17.). Этот тип воды имеет более низкое значение рН (6,2...6,8), пониженное содержание солей жёсткости (0,4...5,0 Ж). Такие воды отличаются большим значением перманганатнои окисляемости (3,1-9,6 мг02/л), что указывает на присутствие в них органических примесей. Использование классической схемы очистки с применением аэрации и фильтрации не приводит к удалению железа до нормативных значений.
Расчет оптимальных конструктивных параметров электрокоагулятора с растворимым анодом
Расчет электрокоагулятора выполнен по методикам, описанным в [102,113,114], и включает в себя - выбор материала электродов, определение дозы генерируемого коагулянта, выбор и расчет рабочей плотности тока и напряжения и определение конструктивных размеров электрокоагулятора. Материал электродов. При его выборе исходили из того, что наиболее часто в практике водоподготовки используют коагулянты на основе алюминия, а так же железа [9,15,30]. Доза генерируемого коагулянта.
Доза коагулянта это минимально необходимая концентрация коагулянта в обрабатываемой воде (г/м или мг/л), при которой происходит интенсивное хлопьеобразование гидроксидов металла, способных за счет физико химического взаимодействия с примесями концентрировать и удалять их в осадок [102]. Ориентировочная доза коагулянта, в соответствии со СНиП 2.04.02-84 [116], может быть принята 25...80 мг/л в расчете на безводные A1(S04)3, FeCb или в пересчете на металл, содержащийся в соли, 4... 13 мг/л для алюминия и 9...28 мг/л для железа. По данным [102] дозы электрохимического коагулянта, рекомендуемые для подготовки питьевой воды - 3...20 мг/л. В примерах, приведенных в работе [9], для обработки природных вод применяли дозы коагулянтов в пересчете на металл - 5...30 мг/л по алюминию и 7...32 мг/л по железу. Исходя из литературных данных и экспериментальных результатов [117], были выбраны следующие дозы коагулянта - 0,3...30 мг/л (в пересчете на металл).
Расчет рабочего тока 1раб. Расчет рабочего тока проводили исходя из производительности установки и необходимой дозы коагулянта по следующей формуле: Мк -n-F Іраб -Т, - (20) мМе Л где Мк = Дк Q4\ Мк-количество коагулянта, (г/ч), которое необходимо генерировать ежечасно для обеспечения необходимой производительности установки; Q4 - производительность установки, м3/ч; Дк - доза коагулянта, г/м3; ММе - грамм-молекулярный вес металла (алюминия Мді = 27, железа Мре = 56), г/моль; F- число Фарадея (F=96500 А-с/моль или F = 26,8 А-ч/моль); rj - КПД по току (rj=0,8-0,9); п - валентность, выделяемых в раствор ионов металла (для Fe+2 п=2, для А1+3 п=3);
В табл. 31 приведены данные по расчету рабочего тока при производительностях установки 2,5-10 ; 10-10 и 20-10" м /ч, дозах коагулянта 0,3 и 30 г/м для электродов из железа и алюминия.
Показано, что для генерации необходимого количества коагулянта при производительностях установки от 2,5-10" ....20-10" м/ч значения рабочего тока должны лежать в интервале 0,0008...2,0 А.
Плотность тока,у.
Рекомендуемые плотности тока для обработки природных вод, по данным [102], 6... 12 А/м , по данным [113], плотность тока может быть 20... 100 А/м . Авторами [115] рекомендована плотность тока для промышленных установок 10.. .40 А/м , а для установок небольшой производительности - 1... 10 А/м . Для рассчитываемого электрокоагулятора, на основании вышеизложенного и экспериментальных данных [117,118,119], были выбраны следующие плотности тока 1...30 А/м .
Определение габаритных размеров электрокоагулятора.
Габаритные размеры электрокоагулятора рассчитывали на основании данных по выбору материала электродов, подбора дозы коагулянта, результатов выбора плотности тока, расчета рабочего тока и производительности установки. Величину поверхности (площадь) электродов рассчитывали по следующей формуле: S = !- - (21) J где S- площадь электродов, м ; /-рабочий ток, А;у - плотность тока, А/м . В табл. 32 приведены расчетные значения площади электродов при рабочем токе 1раб., равном 0,0008 и 2 А и плотности токау равной 1 и 30 А/м2.
Исходя из полученных расчетных значений площади электродов, а так же задачи обеспечения малогабаритное установки, были приняты следующие параметры электрокоагулятора: площадь электродов S = 70,3 см2, длина электродов /= 15,6 см, ширина В = 4,5 см, расстояние между электродами h = 0,6 см, толщина S= 0,3 см, количество электродов - 2.
В разрабатываемой установке предусмотрена возможность регулирования напряжения от 0 до 30 В. Для уточнения принятых размеров электрокоагулятора были проведены проверочные расчеты величины рабочего тока при напряжении 0,1 и 30,0 В. Для расчета использовали следующие формулы: /= (22) Л h 1 где R = p—; р = — \ I -ток, A; U- напряжение, В; R - электрическое S о сопротивление, Ом; р- удельное электрическое сопротивление, Ом-м, h расстояние между электродами, м; S- сечение проводника (электролита), м2; G- удельная электрическая проводимость, ОМ -M"1.
Удельная электрическая проводимость исследуемых природных вод меняется в интервале 0,005...0,1 Ом м 1. Результаты расчета тока при напряжении 0,1 и 30,0 В и удельной электрической проводимости 0,005 и 0,1 Ом м"1 приведены в табл. 33. Таблица 33. Ток электрокоагулятора при напряжении 0,1 и 30 В
