Электролиз проводят в проточных или контактных условиях. Проточные электролизеры могут быть непрерывного или периодического действия (с многократной циркуляцией сточных вод или без нее).

Электролизеры могут быть разделены перегородками (диафрагмами) на отдельные камеры. Для диафрагм используются электрохимически активные селективные ионитовые мембраны.

Предлагаемая схема очистки сточных вод предусматривает установку электродиализатора с ионитовой мембраной для перевода ионов хрома (III) в ионы хрома (VI), а также для разложения содержащихся в воде цианидов. Скорость окисления: 4 г-экв Cr 3+/ч*м3. Степень окисления 100%. Расход энергии: 50 Вт*ч/м3.

Материал анода – диоксид свинца. Потенциал анода равен 1.26 В. На аноде идет окисление ионов хрома (III) до хрома (VI), а также цианидов с превращением в малотоксичные и нетоксичные продукты (цианаты, карбонаты, углекислый газ, азот). Материал катода – легированная сталь. Для предотвращения выпадения в осадок металлов площадь поверхности катода меньше площади поверхности анода в 10 раз.

Рассчитаем объем камеры электродиализатора:

Vэ.д. = Q*τэ, (3.21)

где V - рабочий объем камеры электрдиализатора, м3;

Q – объем сточных вод, м3/ч;

τо – время электролиза, задаем τо = 0.25 ч.

Vэ.д. = 53.57*0.25 = 13.4 ≈ 15 м3

3.2.6. Расчет анионообменных колонн для сорбции хрома (VI) [80]

Ионообменные установки предназначены для очистки сточных вод от ионов металлов и обессоливания сточных вод.

Очистку производят с применением ионитов – синтетических ионообменных смол. Иониты представляют собой практически нерастворимые в воде полимерные вещества, имеющие подвижный ион (катион или анион).

Различают сильно- и слабоосновные аниониты (в ОН- или солевой форме). При фильтровании воды через ОН-анионит происходит обмен анионов кислот на ОН-ионы анионита по уравнению:

m[An]OH + Am [An]mA + mOH -, (3.22)

где [An] – каркас анионита;

А –извлекаемый ион;

m – валентность аниона.

Обменная емкость сильноосновных анионитов по отношению к различным ионам остается постоянной в широком интервале значения рН.

В данной схеме для сорбции хрома предлагается использовать анионит АМ-п, селективность которого по хрому (VI) = 99.996%. Десорбция анионита осуществляется смесью растворов 8%-ного NaOH и 6%-ного NaCl.

1) Рассчитываем поток загрязнителя по формуле (3.17):

G = 5.813 кг/ч

2) Рассчитываем поток ионита по формуле (3.18):

Сорбционная емкость ионита марки АМ –п - Е= 90 кг/ м3 ионита

Пи = 5.813/90 = 0.065 м3/ч

3) Задаем время сорбции τс = 20 ч, время десорбции τдес = 10 ч.

4) Найдем рабочий объем анионита по формуле (3.19):

Принимаем, что загрузка анионита рассчитана на 2 цикла, тогда

V ан = 2*Vц

V ц = 0.065*20 = 1.3 м3

V ан = 1.3*2 = 2.6 м3

5) Найдем объем анионообменной колонны по формуле (3.20):

V а.к.= 2.6 + 1.0 = 3.6 м3

Принимаем диаметр колонны D = 1.2 м, высоту колонны Н = 3 м.

3.2.7. Расчет катионообменной колонны для сорбции ионов цинка, никеля и меди [80]

Ионы меди, цинка и никеля содержатся в сточных водах раздельно или в смесях в различных комбинациях и соотношениях. Эффективность извлечения данных ионов зависит от их концентрации в воде, величины рН, общей минерализации воды, а также от наличия и концентрации ионов кальция, железа и т.д.

Для извлечения ионов меди, никеля и цинка используются катиониты как сильнокислотные (в водородной форме), так и слабокислотные (в натриеваой форме). Na-катионирование применяют преимущественно для извлечения данных металлов, которые затем утилизируют.

При контакте воды с Н-катионитом происходит обмен катионов растворенных в воде солей на Н+-ионы катионита по уравнению:

N[K]H + Me n+ [K]n Ме + nH+,

где [K] – радикал, или «скелет» катионита;

Ме – извлекаемый катион металла;

n – валентность металла.

По предлагаемой технологической схеме предполагается Na-катионирование ионитом марки КУ-23Na, емкость которого в условиях коллективной сорбции: E (Zn) – 90 кг/м3, E (Ni) – 80 кг/м3, E (Cu) – 70 кг/м3. Десорбция осуществляется селективно раствором серной кислоты соответственно: цинка – 0.2 Н раствором; никеля – 2 н раствором; меди –

5 Н раствором.

1) Рассчитываем поток загрязнителя по формуле (3.17):

G(Zn) = 9. 375 кг/ч;

G(Ni) = 0.305 кг/ч;

G(Cu) = 0.455 кг/ч.

2) Рассчитываем поток ионита по формуле (3.18):

Пи (Zn) = 0.104 м3/ч;

Пи (Ni) = 0.004 м3/ч;

Пи (Cu) = 0.006 м3/ч.

Далее ведем расчет по Zn, так как его количество в сточных водах наибольшее.

3) Задаем время сорбции τс = 20 ч, время десорбции τдес = 10 ч.

4) Найдем рабочий объем катионита по формуле (3.19):

Принимаем, что загрузка катионита рассчитана на 2 цикла, тогда

V кат =2*Vц4

V ц = 0.104*20 = 2.08 м3;

V кат = 2.08*2 = 4.16 м3

5) Найдем объем катионнобменной колнны по формуле (3.20):

V к.к. = 4.16 + 1.0 = 5.16 ≈ 5.2 м3

Принимаем диаметр колонны D = 1.4 м, высоту колонны Н = 3 м.

3.2.8. Расчет емкостей для десорбентов и элюатов [80]

1) Расчет емкостей для анионообменной колонны

а) Рассчитаем расходную емкость для десорбента по формуле:

V расх = V ан*К зап, (3.22)

где V расх – объем расходного бака, м 3;

V ан – рабочий объем анионита, м3;

К зап – коэффициент запаса, К зап = 1.5

V расх = 2.6*1.25 = 3.3 м3

Используем свободные емкости станции нейтрализации.

б) Рассчитаем растворную емкость.

Десорбция проводится 3 раза в неделю, раствор готовится 1 раз в неделю.

Vраст = 3*2.6*1.25 = 12 м3

в) Емкость для элюата принимаем равной расходной емкости:

Vэ = 3.3 м3

2) Расчет емкостей для катионообменных колонн.

а) Рассчитаем расходные баки по формуле (3.22):

Vрасх = 3.2*1.25 = 4 м3

Используем резервные емкости станции нейтрализации.

б) Рассчитаем растворные емкости.

Десорбция проводится 4 раза в неделю, раствор готовится раз в неделю.

Vраст = 3.2*4*1.25 = 16 м3

в) Емкости для элюатов принимаем равными расходным емкостям.

Vэ = 4 м3

Используем свободную емкость на станции нейтрализации.

3.3. Контроль за технологическим процессом

Все контрольно-измерительные приборы задействованы из существующей технологической системы:

1) Электроды стеклянные промышленные ЭСП-04-14.

Предназначены для измерения величины рН в технологических растворах. ГОСТ 16287-77.

2) Электрод вспомогательный промышленный ЭВП-08. Предназаначен для создания опорного потенциала при работе со стеклянными и другими индикаторными электродами при потенциометрических измерениях. ГОСТ 16286-72.

3) Преобразователь высокоомный промышленный повышенной точности рН-261 (рН-261И). Предназначен для измерения величины рН и рNа в технологических растворах, а также для использования в системах непрерывного контроля и автоматического регулирования технологических процессов. ГОСТ 16454-70.