РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ ЕЛЕКТРООБРОБКИ ВОДОГІННОЇ ВОДИ ТА СТІЧНИХ ВОД ПТАХІВНИЧОГО КОМПЛЕКСУ У ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЧНІЙ УСТАНОВЦІ
2.1. Методика експериментальних досліджень обробки водогінної води та модельного розчину стічних вод птахівничого комплексу у електротехнологічній установці
Для визначення енергоефективних діапазонів зміни технологічних параметрів (густини анодного струму, швидкості потоку води у міжелектродному просторі, активної реакції води) та дослідження робочих характеристик електродів проводили порівняльні експериментальні дослідження електрокоагуляції водогінної води та модельного розчину стічних вод птахівничого комплексу.
Згідно з рекомендаціями академіка Л.А. Кульського [29] для очистки стічних вод птахофабрики у якості матеріалу електродів доцільно взяти сталь, оскільки при електрокоагуляції з використанням стальних електродів у воду переходять іони двовалентного заліза, що, з'єднуючись з гідроксильними іонами, утворюють ефективний коагулянт - гідрат заліза Fe(OH)2. У присутності кисню повітря гідрати Fe(OH)2 окислюються до гідратів Fe(OH)3. Дані гідрати сорбують на всій своїй поверхні забруднювачі. Розчинення електротехнологічним шляхом 1 г заліза еквівалентно введенням у воду для очистки 2,904 г. FeCl3 і Fe2 (SO4)3 .
Також сталь дешевша порівняно з алюмінієм, що підвищить ресурсозбереження електрокоагуляційної очистки.
Модельний розчин стічних вод птахівничого комплексу створювався згідно з дослідженнями "Вимірювальної лабораторії якості поверхневих, підземних та стічних вод і об'єктів сільськогосподарського виробництва" Національного аграрного університету (табл. 2.1). Для імітації дисперсної домішки (завислих частинок) у розчин додатково вводили роздрібнену глину із валовим хімічним складом (%): Si2 - 79; Fe2O3 - 3,2; Al2O3 - 5,73; Ca - 10; Mg - 1,2; Na2O - 0,87 (Si2 : R2O3 - 12). З метою збільшення електропровідності розчину концентрацію іонів хлору доводили до 0,2-0,5 г/л, додаючи хлориди натрію і (або) амонію (іони амонію в кількості до 90 мг/л з'являлися й у річковій воді після скидання очищених стічних вод птахофабрики).
Таблиця 2.1
Іонний склад модельного розчину стічних вод птахівничого комплексу
рНКонцентрація іонів, мг/л6 ?7SO42-Ca2+Mg2+Cl-NO3-NH4+PO43-Fe2+F-646883720,20,420,12
Водогінна вода відбиралася у лютому 2006 року в місті Києві, в районі парку Національного технічного університету "КПІ".
Електрокоагуляційний процес проводили в лабораторній проточній бездіафрагменній електротехнологічній установці прямокутної форми (матеріал - оргскло, внутрішні розміри - 230 мм х 37 мм х 47 мм) з робочою ємністю 100 мл. Вхідний і вихідний патрубки, що встановлювалися в торці електрокоагулятора, були розділені перегородкою так, щоб вода обтікала її біля протилежного від патрубків торця. Загальна довжина шляху, котрий протікала вода у двох камерах, становила L = 460 мм. Тривалість обробки одного об'єму води (?) залежала від контрольованої швидкості її протоку (V) у міжелектродному просторі. Необхідну швидкість протоку встановлювали, змінюючи висоту підйому напірного бака і діаметр вхідного шланга.
В обидві камери завантажували по два електроди - катод і анод - зі сталі марки Ст.3 (рис. 2.1.). Робочі площі катодів і анодів були рівними між собою і становили 1,15 дм2. Відстань між електродами - 7-15 мм. Перед дослідом зразки стальних електродів зачищали наждачним полотном, знежирювали віденським вапном, протравлювали у 20%-ній соляній кислоті протягом 10 хв та промивали водогінною водою.
А)
Б)
Рис. 2.1. Зовнішній вигляд експериментальної установки:
А - електрокоагулятор разом із напірним баком; Б - електродна система.
Концентрацію розчиненого заліза розраховували за формулою:
CFe = m/Vв = m/(? •Q) = 1,042 І• ?• ВТ / (v • ? •Sв),= 1,042 І• ВТ / (v •Sв) (2.1)
де: Vв - об'єм води, обробленої за годину (?);
Q - об'ємна швидкість протоки води; Q = v • Sв;
Sв - площа перетину електротехнологічної установки для протоку
води (для даного електрокоагулятора: Sв = 0,0224 дм2);
ВТ - анодний вихід по струму заліза.
Розрахунок параметрів процесу у електротехнологічній установці обраних розмірів проводився згідно з теорією електротехнологічних процесів (табл. 2.2) [34].
Таблиця 2.2
Розрахункові параметри елетрокоагуляції одного об'єму води (100 мл) при 100%-му виході заліза по струмові
V, м/годQ,
л/год?,
хвi,
А/дм2I,
Аm,
гСFe,
г/л10,22427,60,10,1150,0550,53610,22427,60,20,2300,1101,07210,22427,60,50,5760,2762,68030,6729,20,10,1150,0180,17930,6729,20,20,2300,0370,35730,6729,20,50,5760,0920,89330,6729,211,1520,1841,78751,125,520,20,2300,0220,21451,125,520,50,5760,0550,53651,125,5211,1520,1101,07271,573,940,20,2300,0160,152 Перед вмиканням струму зразки витримували у модельному розчині впродовж 5-10 хвилин, і лише потім вимірювали величину стаціонарного потенціалу.
Електрохімічні вимірювання виконувались потенціостатом ГШ-50-1-1 та самописцем ПДА-1. Анодні потенціодинамічні поляризаційні криві одержували при швидкості розгортання потенціалу 2 мВ/с; проводили також гальваностатичні вимірювання потенціалів при анодних густинах струму 0,1 - 2 А/дм.кв.
Потенціали анода вимірювали відносно насиченого хлор-срібного електрода порівнянням. За допомогою вольтметра М - 253 вимірювали різницю потенціалів між катодом та анодом рН розчинів визначали з використанням іонометра ЕВ - 74.
Початковий показник кислотності розчину дорівнював рН 7,6.
Анодний вихід за струмом заліза визначався за допомогою мідного кулонометра. Зважували зразки до та після досліду на аналітичних терезах марки ВЛП-200 із точністю 5? 10 - 5 г. За різницею маси зразків до та піс