Электрокоагулятор для очистки нефтьсодержащих сточных вод

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Казанский национальный исследовательский технический университет

им. А.Н.Туполева

Кафедра общей химии и экологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

«Процессы и аппараты защиты окружающей среды»

на тему:

Электрокоагулятор для очистки нефтьсодержащих сточных вод

 

 

Выполнила студентка:

группы 3412

Габдуллина Л.А.

Научный руководитель:

доцент, к.х.н.

Мальцева С.А.

Рецензент:

 

 

 

 

Казань 2014

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

Глава 1. Актуальность проблемы очистки сточных вод………………………..4

1. Методы очистки сточных вод нефтеперерабатывающего предприятия…..4

Глава 2. Конструктивные особенности современных электрокоагуляционных установок (анализ научно-технической литературы)………………………...7

Глава 3. Общие сведения о процессе электрокоагуляции……………………9

Глава 4. Описание конструкции электрокоагулятора………………………...14

Глава 5. Расчет и проектирование электрокоагулятора………………………19

5.1 Чертеж электрокоагулятора………………………………………………22

Выводы………………………………………………………………………….25

Список использованной литературы…………………………………………..25

Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Сточные воды предприятий нефтепереработки и нефтехимии высокотоксичны и при существующих объемах водоотведения представляют собой серьезную экологическую опасность. Очистка этих стоков до параметров, предусмотренных действующими в настоящее время нормативными требованиями, традиционными способами практически невозможна. Кроме того, в некоторых случаях высокая загрязненность воды, использующейся в технологических процессах, приводит к значительным экономическим потерям, часто необратимым.

Это создает предпосылки для более высокой эффективности работы биологических очистных сооружений на предприятиях, что зачастую не соответствует действительности, так как изношено инженерное оборудование. В связи с этим является необходимым реконструкция некоторых узлов на станциях биологической очистки.

При использовании в технологических процессах вода загрязняется различными органическими и неорганическими веществами, т. е. образуются сточные воды. Сточная вода – это вода, бывшая в бытовом, производственном или сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшая через какую-либо загрязненную территорию. Жидкие производственные отходы называют промышленными сточными водами или промышленными стоками. Эти стоки содержат в своем составе токсичные и ядовитые вещества, загрязняющие водоемы.

Одним из эффективных путей, направленных на уменьшение промышленных сточных вод в водоемы, является создание замкнутых систем водоснабжения, под которыми понимаются системы, в которых вода используется в производстве многократно без очистки или после соответствующей обработки, исключающей образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем.

Промышленные сточные воды, поступающие в замкнутые системы водоснабжения или сбрасываемые в водоемы, должны быть подвергнуты очистке механическими, химическими, физико-химическими, биологическими и термическими методами до необходимого качества. Разработка и выбор высокоэффективных методов очистки промышленных стоков является сложной инженерной задачей.

 

Цель работы:  изучить области применения и принципа действия электрокоагулятора, расчет электрокоагулятора.

 

Задачи:

1. Анализ литературы и  выбор прототипа устройства;

2. Разработка электрокоагулятора  очистки от нефтьсодержащих сточных вод.

 

 

Глава 1. Актуальность проблемы очистки сточных вод

 

Проблема очистки промышленных вод в настоящее время является актуальной. Сложность и неоднозначность данной проблемы обусловлена большим разнообразием промышленных технологий. Выбор технологической схемы очистки стоков зависит от многих факторов: типа производства, исходного сырья, требований к качеству и объемов очищаемых сточных вод. Выбор очистных сооружений предусматривает комплексную оценку производственных условий: наличие имеющегося очистного оборудования, наличие производственных площадей для модернизации имеющегося и размещения нового оборудования, входящие и требуемые на выходе концентрации загрязняющих веществ и многое другое. Грамотное решение проблемы очистки промышленных сточных вод возможно при соблюдении технологии очистки сточных вод.

Очистка промышленных сточных вод организуется с целью использования их в системах оборотного, последовательного или замкнутого водоснабжения, обеспечения условий приема в городские системы водоотведения или сброса в водные объекты.

Вода, использованная в технологическом процессе, содержит примеси виде: взвешенных частиц размером, образующих суспензии; не растворяемых в воде капелек другой жидкости, образующих эмульсии; коллоидных систем и растворенных в воде веществ в молекулярной или ионной форме.

В соответствии с современными требованиями промышленные стоки перед сбросом в городскую канализацию, в водоёмы или на рельеф местности должны подвергаться предварительной очистке на локальных очистных сооружениях. Цель применения локальных очистных сооружений состоит в подготовке и очистке промышленных сточных вод к спуску на общезаводские или городские канализационные системы или к повторному использованию на производстве (оборотное водоснабжение).

 

1.1 Методы  очистки сточных вод нефтеперерабатывающего  предприятия

Нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы сбрасывают сточные воды, содержащие большое количество органических примесей. В стоках содержатся различные нефтепродукты, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие органических примесей заключается, главным образом, в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.

Наиболее широко распространенными загрязнителями сточных вод являются нефтепродукты - неидентифицированная группа углеводородов нефти, мазута, керосина, масел и их примесей, которые вследствие их высокой токсичности принадлежат, по данным ЮНЕСКО, к числу десяти наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. Особую опасность представляют хлор- и металл- органические соединения, относящиеся, как правило, к суперэкотоксикантам.

Нефтепродукты могут находиться в растворе в эмульгированном, растворенном виде и образовывать на поверхности плавающий слой. Для очистки сточных вод от нефтепродуктов в настоящее время применяют механические, физико-химические, химические и биологические методы. Из механических методов практическое значение имеют отстаивание, центрифугирование и фильтрование; из физико-химических - флотация, коагуляция и сорбция; из химических - хлорирование, озонирование. Биологические методы основаны на способности микроорганизмов перерабатывать некоторые органические соединения, входящие в состав нефтепродуктов, как правило, в смеси с бытовыми сточными водами.

Механическую очистку сточных вод от нефтепродуктов применяют преимущественно как предварительную. Она  является в известной степени самым дешевым методом, а поэтому всегда целесообразна, как первая стадия глубокой очистки стоков. Механическую очистку как самостоятельный метод применяют тогда, когда осветленная вода после этого способа очистки может быть использована в технологических процессах производства. Во всех других случаях механическая очистка служит первой ступенью очистки сточных вод.

В настоящее время привлекают внимание электрохимические методы глубокой доочистки осветленных стоков. Основными способами электрохимической очистки нефтесодержащих сточных вод являются электрохимическая коагуляция (электрокоагуляция) и электрохимическая флотация (электрофлотация). Электрокоагуляция основывается на процессах, происходящих при прохождении сточной воды через межэлектродное пространство электролизера. Для очистки промышленных сточных вод, содержащих высокоустойчивые загрязнения, проводят электролиз с использованием растворимых стальных или алюминиевых анодов. Под действием тока происходит растворение анода, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия, которые, встречаясь с гидроксидными группами, образуют гидроксиды металлов, выпадающие в осадок в виде хлопьев. Наступает интенсивная коагуляция.

В процессе электрофлотации очистка сточных вод от взвешенных частиц проходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. На аноде возникают пузырьки кислорода, а на катоде  водорода. Поднимаясь в сточной воде, эти пузырьки флотируют взвешенные частицы. При использовании растворимых электродов происходит образование хлопьев коагулянтов и пузырьков газа, которые взаимодействуя между собой, способствует более эффективной флотации. Аппарат для очистки сточных вод, в котором одновременно протекают процессы флотации и коагуляции взвешенных частиц при использовании постоянного электрического тока, можно назвать  электрофлотатор-электрокоагулятор.

Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой автоматизированной технологической схеме очистки, без использования химических реагентов.

Сточные воды, прошедшие механическую и физико-химическую очистку, содержат еще достаточно большое количество растворенных и тонкодиспергированных нефтепродуктов, а также других органических загрязнений и не могут быть выпущены в водоем без дальнейшей очистки. Наиболее универсален для очистки сточных вод от органических загрязнений биологический метод. Он основан на способности микроорганизмов поглощать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности. Задачей биологической очистки является превращение органических загрязнений в безвредные продукты окисления - воду, углекислый газ и другие.

Ввиду сложности состава очищаемых нефтесодержащих вод и высоких требований к степени очистки в технологических схемах очистных станций используются комбинации различных методов. Имея данные по расходам сточных вод, их подробную характеристику, в том числе и по содержанию примесей, а также требования к очищенной воде, нужно отобрать для проверки несколько методов. На основании экспериментальных исследований с учетом технико-экономических показателей выбирают оптимальную схему очистки сточных вод.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Конструктивные особенности современных электрокоагуляционных установок

 

Современная  очистка сточных вод методом электрокоагуляции сегодня все чаще применяется на предприятиях машиностроительной, а также металлургической промышленности, где отработанная жидкость характеризуется высоким уровнем содержания солей тяжелых металлов, нерастворимых осадков, технических масел. Желая узнать отличие электрокоагуляции от коагуляции, нужно обратиться к специалистам, либо использовать специализированную литературу, рассчитанную на профессионалов. Коагуляционный способ основан на объединении различных мельчайших частиц в дисперсных системах и их укрупнении в результате действия центробежных сил.

Суть процесса электрокоагуляции для очистки и обработки вод заключается в оседании коллоидных систем в силу постоянного воздействия электрического тока. В ходе процедуры присутствующие в очищаемой жидкости технические соли подвергаются электрической диссоциации, а ионы выборочно взаимодействуют с вредными примесями и выпадают в осадок в виде обычных гелей. Современная установка электрокоагуляции для очистки воды в системе обработки шламов обычно используется в металлургии, а также в горнорудном производстве. Специальная технология обогатительных предприятий предполагает использование большого количества технических жидкостей, поэтому на предприятиях широко используется их качественное очищение и последующее вторичное использование.

Существующая схема очищения воды электрокоагуляцией позволяет наглядно представить, как выглядит сам процесс, за счет чего происходит очищение жидкостей, как укрупняются молекулы. При качественном очищении коагулянтами можно не использовать реагенты, а раздельная обработка существенно уменьшает затраты, необходимые для покупки активных элементов. Качественная электрокоагуляция и коагуляция для очистки сточных вод от хрома – необходимое условие успешного функционирования многих промышленных предприятий. В качестве коагулянтов преимущественно используются сернокислое железо и сернокислый алюминий.

В настоящее время можно приобрести не только промышленные аппараты барабанного типа, но и бытовые фильтры для очистки сточных вод от тяжелых металлов методом электрокоагуляции, которые позволяют эффективно их использовать, как в индивидуальных загородных строениях, так и в учреждениях различных сфер деятельности.

Первичное очищение производится традиционным способом, а затем уже требуется высококачественная вторичная доочистка с использованием обычного активированного угля. Изучая схемы электрокоагулятора при очистке сточных вод электрокоагуляцией, необходимо тщательно изучить основу данного процесса, принципы введения в раствор специализированного коагулянта, механизм подмешивания в субстанцию сульфата натрия и дальнейшую процедуру электролиза.