Диссертация (Комплексное оборудование и технологические процессы промышленного производства анолита и феррата), страница 13

Функционирование вновь разрабатываемыхмодулей должно быть проверено экспериментально.В КЭА должны быть предусмотрены резервные электролизные модули и емкости дляобеспечения его бесперебойной работы при проведении профилактических работ на другихмодулях (при замене электродов, чистке мембран и т. п.).Участок с установленной КЭА должен быть оснащен системой приточно-вытяжнойвентиляцией, обеспечивающей раздельный сбор и отведение образующихся в процессеэлектролиза газов (Cl2, Н2, О2).Потребная производственная площадь для размещения КЭА и его сервисных системориентировочно составляет 60 м2.1.7.4 Требования к системе контроля и управления КЭАСистема контроля параметров и управления работой КЭА должна работать вавтоматическом и полуавтоматическом режимах по разработанным и реализованным влабораторной установке КЭА алгоритмам.Общая система контроля и управления должна включать модульный контроллер дляраздельного управления модулями для производства анолита и феррата, комплект датчиков дляконтроля технологического процесса получения анолита в хлораторе и комплект датчиков дляконтроля технологического процесса получения феррата в ферраторе.АвтоматическийразработаннымииполуавтоматическийреализованнымврежимэкспериментальномработыКЭАобразцеКЭАосуществляетсяпрограммнымобеспечением.Все электрические агрегаты КЭА и САУ должны иметь заземление.1.8 Выводы1.

Выполнен анализ применяемых дезинфектантов для очистки питьевой воды и стоков,методов электролиза и существующих на рынке устройств для получения хлорсодержащегоанолитаиферратов.Проведенпатентныйпоискметодовитехническихсредствобеззараживания воды хлорсодержащими реагентами и стоков ферратами .

Наиболееперспективным реагентом для очистки воды на коммунальных водопроводах является анолит,получаемый электролизом насыщенного раствора поваренной соли в воде, а для очистки стоковна станциях по обработке технических и сточных вод является феррат (VI). Как наиболее55производительный и экономичный метод для получения анолита и ферратов выделенмембранныйэлектролизскатионообменноймембранной,обеспечивающийбольшуюединичную мощность установки и позволяющий регулировать энергопотребление процессаэлектролиза в зависимости от требуемой производительности.

Выбран рациональный типмембраны.2. На основании анализа отобранных литературных и патентных источников невыявлено известных прототипов комплексных решений по обеззараживанию воды и стоков сприменением мембранного электролиза для получения анолита, содержащего газооборазныйхлор, и ферратов.3. Выявлены области рационального применения анолита и феррата. Применениеанолита для обеззараживания воды позволит снизить стоимсоть и энергопотребеление процессапо сравнению с другими реагентами при соблюдении требований пролонгированногообеззараживающего эффекта и требований ГОСТ и СаНПиН. Применение феррата дляобеззараживания питьевой и технической воды позволит снизить уровень хлорированияподготовленной воды или даже отказаться от первичного хлорирования.

Обеззараживание(доочистка) сточных вод ферратом натрия позволит обеспечить требования ПДК кхозяйственно-бытовым стокам, сбрасываемым в реки и залив, при отсутствии в них хлора и егосоединений согласно требованиям САНПиН. Феррат перспективен для очистки промышленныхстоков, переработки жидких токсичных отходов на полигонах, очистных сооружениях длядоочистки сточных вод хозбытового назначения, для очистки природных и ливневых вод.4. В качестве прототипа разрабатываемого КЭА для испытаний в условиях водоканалавыбрана лабораторная установка производительностью до 1,56 кг хлора/сутки и до 0,6 кгферрата/сутки, собранная и испытанная при участии автора. Сформированы требования кразрабатываемому прототипу КЭА и его системе управления производительностью до 1040 г/чхлора/сутки и до 420 г/ч феррата, позволяющего обеззараживать до 300 м3/час питьевой воды(из расчета до 3,5 мг/л) и до 2100 м3/час сточных вод (из расчета до 0,2 мг/л).562.

Концептуальное решение КЭА для обеззараживания воды и стоковна водоканале и математическое моделирование его работы2.1. Принципы построения, структура и основные рабочиепараметры КЭАРазрабатываемый комплексный электролизный агрегат включает модули для полученияанолита и феррата мембранным электролизом и автоматизированную систему управленияустановкой с модульным контроллером и отдельными интерфейсными окнами для хлораторови ферратора, предусматривающую возможность их раздельного функционирования. В первоммодуле КЭА (хлораторе) мембранным электролизом производится анолит, содержащийрастворенный газообразный хлор, для обеззараживания воды с пролонгированным действиемдезинфектанта, а во втором (ферраторе) из побочного продута первого процесса – щелочиNaOH c концентрацией около 20% и железосодержащего расходуемого электрода такжемембранным электролизом вырабатывается феррат натрия для обеззараживания стоков.Конструктивно-компоновочная схема КЭА приведена на рисунке 2.1.Рисунок 2.1 – Конструктивно-компоновочная схема КЭА.На схеме представлены два хлоратора – на первичном и вторичном хлорировании.Резервный хлоратор для обеспечения бесперебойного обеззараживания воды на водоканале насхеме не показан.

Наличие резервного хлоратора обеспечивает возможность проведения ихпланового обслуживания, а при возникновении внештатной ситуации и необходимости ремонта– быстрого переключения на резервный хлоратор. Каждый хлоратор имеет свою систему57циркуляции электролита, систему подачи рабочих растворов из баков и источник питания,которые обеспечивают автономность работы каждого из хлораторов.Система автоматизированного управления КЭА обеспечивает в автоматическом режимепуск, остановку (в том числе и аварийную), поддержание выбранных режимов работы, сбор ихранение данных эксперимента. Она включает блок управления модулем для производстваанолита,блокуправлениямодулемдляпроизводстваферратовиобеспечиваетфункционирование модулей как по отдельности (контроль параметров процесса, дозированиесырья и реагентов и др.), так и их функциональное взаимодействие в составе комплексногоэлектролизного агрегата.В хлораторе происходит процесс электрохимического разложения поваренной соли сполучением дезинфицирующего агента – анолита (преимущественно молекулярного хлора),растворяемого в обеззараживаемой воде, а также водорода и раствора щелочи в качествепобочных продуктов.Корпус хлоратора состоит из катодной и анодной камер, образующих при сборке иустановкемеждунимиполупроницаемойкатионообменноймембраныоднуэлектрохимическую ячейку.

Монополяр-анод помещен в анодную камеру, а монополяр-катод вкатодную камеру, они являются соответственно положительным (анод) и отрицательным(катод) электродами. Разделительная мембрана между ячейками с анолитом и католитомобладает ионной проводимостью и обеспечивает поток ионов между двумя камерами. Вкачестве катионообменных мембран, работающих при концентрациях щелочи до 20%, могутиспользоваться сульфакатионитная мембрана марки Флемион 811 или Nafeon-424.Расположенная с одной стороны мембраны анодная камера имеет выход газообразногохлора, генерируемого в процессе реакции, и впускное и выпускное отверстия для заполнения,удаления или циркуляции анолита.

На противоположной стороне мембраны в катодной камереимеются впускные и выпускные отверстия для заполнения, удаления или циркуляции растворагидроксида натрия и выход для водорода, выделяющегося на катоде при электролизе воды.Хлоратор может работать в периодическом или проточном режиме. В последнем случае анолити католит непрерывно отводятся из электролизной ячейки, а рассол и вода подаются извнешних емкостей. Поверхность каждого электрода параллельна поверхности мембраны.В хлораторе в качестве анода используется титановый анод с активным покрытием издиоксидов рутения и титана (оксидные рутениево-титановые аноды, ОРТА, или DSA, размерностабильные аноды) со сроком службы более 5 лет в процессе эксплуатации, не меняющий своейформы и в первую очередь межэлектродного расстояния по отношению к катоду, которыйможет подвергаться многократной регенерации и повторному нанесению активного покрытия.58ОРТА позволяет использовать анодные плотности тока до 1,5 – 2 кА/м2.

Катодом служитстальной перфорированный электрод при производстве щелочи с концентрацией до 20%.Герметичность хлоратора обеспечивается стяжкой анодной и катодной камерметаллическими шпильками через резиновую уплотнительную прокладку.Для получения анолита используется насыщенный раствор соли в воде, содержащий300-330 г/л. С повышением температуры электролита увеличивается электропроводностьсолевого раствора, снижаются энергозатраты на процесс электролиза, но снижается выход потоку щелочи.

Оптимальная температура электролиза поваренной соли находится в диапазоне60-80С.При электролизе раствора поваренной соли в хлораторе с катионообменной мембранойна электродах и в объеме электролита протекают следующие основные реакции. На анодепроисходит разложение солевого раствора по реакции:NaCl - 2e → Cl2 + 2Na+(2.1)Рассол NaCl диссоциирует на ионы Na+ и Cl-. Ион Cl- окисляется на аноде ипревращается в газообразный хлор (Cl2). Ионы Na+ проникают через ионообменную мембранус водой в катодную камеру.

Созданный газообразный хлор и рассол меньшей плотностивыводится из анодной камеры.Чтобы исключить зарастание пор мембраны отложениями солей жесткости Са и Mg иполучить очень чистую щелочь, в катодное пространство подается обессоленная вода,обработанная с помощью ионообменных смол.Катодную камеру заполняют слегка разбавленной каустической содой (NaOH) и чистойводой. Вода в катодной камере ионизируется на ионы Н+ и ОН-.