Эффективные методы очистки технических вод машиностроительного производства

--PAGE_BREAK--2. Процесс обеззараживания воды на основе гипохлорита натрия

2.1.Общие сведения о процессе электролитического получения
гипохлорита натрия


     При электролизе на электродах при пропускании электрического тока через растворы или расплавы электролитов протекают окислительно-восстановительные реакции.
   Электрохимический способ получения гипохлорита натрия (NaClO) основан на получении хлора путем электролиза водного раствора хлорида натрия (NaCl) и его взаимодействии со щелочью в одном и том же аппарате – электролизере.

     В данном случае, когда  в качестве  электролита используется раствор поваренной соли, сущность процесса заключается в следующем:

На анодеидет разряд ионов хлора (процесс окисления):
2Cl — =Cl2 + 2e-



      Выделяющийся хлор  растворяется в электролите (NaCl)  с образованием хлорноватистой и соляной кислот:
Cl2 + H2O = HClO +HCl
      На катоде происходит разряд молекул воды (процесс восстановления):
H2O + e- = OH — + H+
     Атомы водорода после рекомбинации выделяются из раствора в виде газа, оставшиеся же в растворе ионы  OH—  образуют возле катода с ионами Na+щелочь.

      Вследствие перемешивания анолита с католитом происходит взаимодействие хлорноватистой кислоты со щелочью с образованием гипохлорита натрия:
HClO + NaOH  =  NaClO + H2O
     Если  все количество щелочи, образующееся на катоде, будет поступать к аноду, то процесс электролиза протекает только с образованием раствора гипохлорита натрия.

     Получающийся гипохлорит натрия в значительной степени диссоциирует с образованием ионов ClO-, которые способны к дальнейшему анодному окислению с образованием хлорат-иона СlO3-:
6СlO-+6OH — -6e-=6H2O +4Cl — +2ClO3- + 1,5O2

      

Концентрация ионов СlO- существенно влияет на дальнейший ход  электролиза. Ионы ClO- разряжаются при значительно меньших потенциалах анода, чем ионы Сl-, поэтому уже при незначительных концентрациях гипохлорита натрия на аноде начинается совместный разряд ионов Сl — и СlO-.

Образование хлората может протекать и химическим путем по реакции:
2HClО+ClO- = ClO3-+2Cl- + 2H+
     Получаемый раствор гипохлорита натрия достаточно стоек и может длительное время храниться без значительного разложения при соблюдении следующих факторов, влияющих на его стойкость:

     1. низкая температура ( не более 200С)

     2. исключение воздействия света

     3. отсутствие ионов тяжелых металлов

     4. значение водородного показателя рН не менее 10
      Разряд ионов Сl — приводит к образованию гипохлорита натрия с постепенно увеличивающейся концентрацией, а разряд ионов СlO — уменьшает его концентрацию. При достаточной длительности электролиза скорости этих двух процессов становятся одинаковыми (v1=v2) и дальнейший рост концентрации образующегося гипохлорита натрия прекратится.

      Поэтому задачей получения гипохлорита натрия является осуществление процесса электролиза в таких условиях, при которых равновесная концентрация гипохлорита натрия наступала бы как можно позднее. Очевидно, что этим условиям   будут благоприятствовать все факторы, облегчающие разряд ионов Сl — и затруд­няющие разряд ионов CIО-.
2.2.Факторы, влияющие на электролиз хлорида натрия


 Наиболее существенное значение для ведения электролиза на оптимальном уровне имеют следующие факторы:

1.                            концентрация растворов хлоридов

2.                            температурный режим

3.                            анодная плотность тока

4.                            характер движения жидкости

5.                            способ разложения электродов
     1. Чем выше концентрация хлоридов, тем меньше перенапряжение выделения хлора и тем больше сдвигается его равновесный потенциал в электро­отрицательную сторону. Следовательно, увеличение концентрации NaCI облегчает выделение хлора. Однако чем выше концентрация раствора NaCI, тем больше расход поваренной соли на 1 кг гипохлорита натрия, поэтому в практических условиях концентрацию раствора хлористого натрия выби­рают в зависимости от требуемой концентрации гипохлорита натрия. Чем меньше раствор должен содержать гипохлорита, тем меньше может быть исходная концентрация NaCI .
    2. Процесс окисления гипохлорита с последующим образованием хлоратов замедляется при понижении температуры раствора, поэтому электролиз це­лесообразно вести при низких температурах в интервале 20—25°С.
    3. Выход гипохлорита по току увеличивается с возрастанием анодной плот­ности тока, так как в этих условиях затрудняется доступ ионов СlO — каноду. При очень малых плотностях тока, отвечающих интервалу потенциалов +0,8—1,33 В, на аноде будет выделяться кислород, затем при достижении равновесного потенциала выделения хлора начнется совместное выделение кислорода и хлора, причем с ростом плотности тока выход хлора по току будет быстро возрастать. При плотностях тока около 1000 А/м2 на выделе­ние кислорода будет расходоваться всего несколько процентов тока.
     4. Весьма существенное значение имеет характер движения электролита. Если прианодный слой электролита не нарушается, то в нем находится преимущественно слабо диссоциированная хлорноватистая кислота, а обра­зование гипохлорита натрия происходит на некотором расстоянии от анода. В этом случае ионы СlO — могут поступать к аноду из глубины раствора только благодаря диффузии и электропереносу, поэтому при отсутствии пе­ремешивания прианодного слоя в растворе может накапливаться гипохлорит натрия более высокой концентрации, чем это соответствует началу раз­ряда ионов СlO-, Из сказанного следует, что необходимо избегать механического перемешивания раствора.

    

             5.Для проведения процесса электролитического получения гипохлорита натрия с минимальными энергетическими затратами большое значение имеет выбор материала анода. Аноды работают в условиях непосредственного соприкосновения с химически активными веществами, поэтому основным требованием к материалу анода является их химическая устойчивость. От стойкости электродных материалов и их удельного износа зависят продолжительность эксплуатации, затраты на ремонт и обслуживание электролизеров. Материал анода должен способствовать разряду ионов Сl-, т. е. перенапряжение хлора на нем должно быть наименьшим.
2.3.Характеристика катодов и анодов установки электролиза

 хлорида натрия


     С конца 60-х годов началось широкое внедрение в хлорную промышленность и постепенная замена графитовых электродов на титановые аноды из диоксидов рутения и титана. За рубежом они нашли применение под названием DSA (dimensionallystableanodes).  В отечественной практике они применяются под названием ОРТА (оксидные рутениево-титановые аноды). ОРТА являются официально зарегистрированным товарным знаком.

      Малоизнашиваемые аноды типа ОРТА обладают рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с графитовыми электродами:

        Они обладают более высокими селективными и электрокаталитическими свойствами (перенапряжение выделения хлора на ОРТА значительно ниже) по отношению к основному процессу – выделению хлора на аноде. Это позволяет при всех прочих равных условиях ведения электролиза осуществлять процесс при более низком значении напряжения на ванне и интенсифицировать его, используя более высокие анодные плотности тока (вплоть до 10 кА/м2 на ртутных электролизерах, что недостижимо на графите). Тем самым увеличивается выход конечного продукта с единицы поверхности анода, что обеспечивает возможность выполнять конструкции электролизеров меньших габаритов при аналогичной производительности.

      Коррозионная стойкость ОРТА значительно выше, чем у графитов анодов – время  непрерывной эксплуатации металлоксидных анодов (без существенной потери своих электрофизических характеристик)  в диафрагменных хлорных электролизерах составляет ~ 5-6 лет, в электролизерах с ртутным катодом ~ 1,5 и более лет, в хлоратных и гипохлоритных электролизерах ~ 1 год. Графитовые аноды в хлорных электролизерах имеют срок пробега не более 6 месяцев; в хлоратных и гипохлоритных электролизерах не более 3-4 месяцев. При этом ОРТА, имея достаточно хорошие технико-эксплуатационные характеристики, позволяют проводить процесс электролитического получения ГПХН при минерализации хлорида в питающем растворе до 20-25 г/л. Это обстоятельство дает возможность проводить электролиз до более глубокой степени конверсии поваренной соли и снижает ее удельный расход в пересчете на конечный продукт.   

      Аноды типа ОРТА и их модификации (термин «dimensionallystableanodes» дословно означает «размерно стабильные аноды» или, что более принято на практике – «аноды неменяющихся размеров») в процессе длительной эксплуатации не меняют своей формы и в первую очередь межэлектродного расстояния по отношению к противоэлектроду (катоду), что несвойственно графиту. Титановую подложку анодов по мере срабатывания активного покрытия можно подвергать многократной регенерации и повторному нанесению активного покрытия, что в условиях и относительной дороговизны титана является немаловажным положительным фактором.

     К недостаткам ОРТА можно отнести их сравнительно высокую стоимость. Для сохранения их коррозионной стойкости следует предусматривать меры, предотвращающие повышение анодного потенциала. ОРТА нельзя рекомендовать для использования в установках с периодическим изменением полярности электродов, поскольку в результате восстановления окислов образуется металлический рутений, который не стоек в условиях анодной поляризации. Однако, несмотря на указанные недостатки окисно-рутениевых анодов, из всех новых разработанных МИА они нашли наиболее широкое   применение на практике.

       Что касается катодного материала, то в промышленности используются, в основном, сталь, графит и титан. Важными их свойствами являются стойкость при анодной поляризации, низкий потенциал выделения хлора и высокая электропроводность.

   Процесс электролиза растворов хлоридов сопровождается образованием на катодах отложений солей жесткости. Первоначально появляются тонкая пленка и отдельные кристаллы, количество которых со временем увеличи­вается, и вся поверхность катода постепенно покрывается осадком. Толщина осадка непрерывно возрастает, в связи с чем межэлектродное пространство забивается отложениями, снижается сила тока через электролизер и умень­шается производительность установки.

   Рядом исследователей было установлено, что скорость образования осадков и структура солевой пленки зависят от плотности тока, времени поляризации, химического состава раствора, состояния поверхности электродов.

  С увеличением плотности тока и времени поляризации обрастание като­да происходит интенсивнее. Скорость налипания отложений снижаетсяприприменении электродов с более гладкой поверхностью. Наилучшие результа­ты достигаются при использовании полированных катодов.

  Из перечисленных факторов наибольшее влияние на образование отложений на катодах оказывает химический состав воды и главным образом общая жесткость. С увеличением жесткости скорость образования катодных отложений возрастает. Механизм образования отложений, по-видимому, сле­дующий. В прикатодном пространстве первичным продуктом является ще­лочь, получающаяся в результате разложения воды. При наличии в раство­ре ионов Са 2+и Mg2+   происходит образование соответствующих гидроокисей, а в присутствии ионов СО3- карбонатов.

  Существует несколько технических приемов, применение которых предотвращает рост осадков на катодах:

  — создание высокой линейной скорости движения жидкости относительно электродов; механическая очистка поверхностикатодов;

  — растворение отложений кислотой;

— «скалывание» осадков с катодов методом временной перемены полярно­сти электродов.

При создании высокой линейной скорости движения жидкости относи­тельно электродов отложения отрываются от поверхности катода и выно­сятся потоком. Скорость движения жидкости должна составлять не менее 1,5—2 м/с. Техническое осуществление данного способа возможно при при­менении специального насосного оборудования или электролизеров специ­альной конструкции, благодаря чему в межэлектродном пространстве созда­ются требуемые линейные скорости.

 Электролит насосом под давлением снизу вверх вводится в элект­ролизер и по магистрали поступает в сепаратор. Сепаратор оборудован уст­ройством для удаления водорода, конусообразным дном для сбора отложе­ний, штуцером  для подвода электролита и штуцером  с клапаном для отвода готового продукта.

Электролит непрерывно с заданной скоростью циркулирует по замкну­тому объему до достижения требуемой концентрации по активному хлору. Катодные отложения выносятся из электролизера, собираются в конусной части сепаратора, откуда периодически удаляются. Новая порция электро­лита добавляется в количестве, равном отведенному готовому продукту.

Впускная камера обеспечивает равномерное распределениеэлектролита по сечению электролизера. В электролизной части аппаратавертикально по­очередно расположены анодные  и катодные  пластины.

В разделительной секции смонтированы устройства, сужающиеся в верх­ней части. Ширина зазора в этих устройствах меньше, чем расстояние между

электродами.

Ячейка снабжена патрубком для подвода электролита, крышкой с гид­равлическим затвором и отверстием для удаления водорода, штуцером для отвода получаемого гипохлорита натрия и патрубком с пробкой для перио­дического удаления отложений солей жесткости.

Электролит движется снизу вверх со скоростью, затрудняющей образо­вание катодных отложений. Продукты электролиза взаимодействуют не в электролитической ячейке, а в разделительной камере.

В случае применения механической очистки снятие отложений осуществ­ляется вручную или с помощью специальных механизмов. При ручной очист­ке требуются полная  разборка установки и выполнение обслуживающим персоналом трудоемких работ.

Типичная конструкция электролизера  состоит из ряда биполярно включенных дисков, закрепленных поочередно на валу, по­крытом изоляционным материалом. Электролизер за­крывается крышкой и стягивается болтами. Для снятия отложений солей жесткости в электролизер введены скребковые механизмы. Удаление отло­жений с поверхности электродов осуществляется при повороте вала.

Технически более простой операцией является растворение отложений кислотой, в связи с чем этот метод нашел довольно широкое применение в практике. Сущность метода заключается в том, что периодически по мере обрастания катодов солями   жесткости через установку пропускают 3— 5%-ный раствор соляной или азотной кислоты, который и растворяет отло­жения. Кислота на промывку подается с помощью так называемого замк­нутого кислотного контура, состо­ящегоиз насоса небольшой подачи, бачка с кислотой, соединительных  магистралей и запорной арматуры. Все оборудование вы­полняется из антикоррозионного материала. При проведении кислотной промывки закрывают задвижки  и   прекращают поступление электролита в электролизер. Открывают спускной вентиль, воздухоотделитель и сливают рассол из установки. Включают насос и в установку подают раствор кислоты, который сливается в сборный бачок по возвратной магистрали. Промывку осуществ­ляют до полного растворения отложений, после чего электролизер снова  включают в работу.

Периодичностьпромывки и ее длительность зависят от интенсивности обрастания катодов.

Одним из наиболее предпочтительных методов снятия отложений является способ «скалывания» осадков, который осуществляется путем про­ведения временной перемены полярности электродов. В этом случае исклю­чается необходимость применения ручного труда и реагентов и, кроме того, возможна автоматизация процесса. Однако этот метод применим только для ограниченного числа материалов, способных попеременно работать как в качестве анода, так и катода. К числу таких электродов относятся, например платиновые, магнетитовые, из платинированного титана.
2.5.Виды электролитических ванн установки электролиза

хлорида натрия


    В практике электрохимического производства хлорпродуктов нашли применение разнообразные конструкции электролитических ванн. На основании общих признаков  они могут быть разделе­ны на две группы: монополярные и биполярные. Схема включения электро­дов в электрическую цепь для ванн каждой из этих групп является общей.

Монополярные ванны  имеют ряд параллельно расположенных электродов,  одна половина которых соединена с положительной шиной це­пи — аноды, другая — с отрицательной шиной — катоды. При таком соеди­нении каждый электрод имеет только одну полярность, т. е. является или анодом, или катодом. Сила тока на ванне пропорциональна плотности тока и поверхности всех электродов одной какой-либо полярности, напряжение на ванне определяется разностью потенциалов на одной паре электродов (ка­тоде и аноде), поэтому для работы монополярных ванн требуется большая токовая нагрузка при низком напряжении.

Биполярные ванны, так же как и монополярные, имеют ряд расположенных параллельно друг другу электродов, но включенных в электрическую цепь последовательно. Ток подводят только к крайним элект­родам — аноду  и катоду. Промежуточные электроды  включены в элект­рическую цепь через проводники второго рода — электролит.
    продолжение
--PAGE_BREAK--При наложении напряжения на крайние токоподводящие элементы промежуточные электроды поляризуются. На одной их стороне, обращенной к аноду, концентрируются отрицательные заряды, на другой — положительные.
Таким образом, крайние электроды  и  являются монополярными, а все промежуточные — биполярными электродами, т. е. одной стороной они работают как катоды, а другой — как аноды.

Сила тока на биполярной ванне зависит только от плотности тока и пло­щади поверхности одного монополярного электрода (анода или катода) ине зависит от числа биполярных электродов. Напряжение на ванне, наоборот, за­висит от разности потенциалов между соседними электродами и прямо про­порционально числу пар анодов и катодов. Современные электролизеры в основном относятся к биполярному типу.

Количество продукта Gт, кг, которое теоретически должно выделиться на аноде при электролизе, может быть определено, согласно закону Фарадея, по формуле:

GT= AInt/ 1000

А – электрохимический эквивалент, г/(Ач)

I – полный ток через электролизер

n — число работающих анодов

t – продолжительность работы электролизера


2.7.Побочные процессы и основные показатели электролиза
хлорида натрия


  Важно отметить, что на электродах параллельно с основными процессами образования целевых продуктов происходят другие побочные электродные процессы. В связи с этим количество выделившегося продукта всегда меньше теоретического. К таким процессам относятся:   ■реакция  образования по химическому механизму хлората, протекающая в объеме: 2HClO + ClO- = ClO3- +2Cl- + 2H+


■ реакция электрохимическое окисление гипохлорита до хлората:

6ClO- — 6 e- = ClO3- + 1,5O2 + 5Cl-

■ химическая реакция разложения гипохлорита, которая особенно активируется в присутствии загрязнений электролита, особенно железа, меди, никеля:
2СlO — = O2 + 2Cl-



восстановление гипохлорита и хлората на катоде:

ClO — + H2O + 2e- = Cl — + 2OH-

ClO3 — + 3H2O + 6e- = Cl- + 6OH-



По количеству реально полученного продукта можно подсчитать, какая часть тока израсходована полезно. Эта часть тока, выраженная в долях единицы, называется коэффициентом использования тока, а выраженная в процентах— выходом по току.

Если теоретически рассчитанное количество продукта электролиза обозначить GT, а  практически полученное количество G, то коэффициент использования тока ŋ = G/GT, а выход по току равен G/GT 100% .

Значение  ŋявляется основным показателем процесса электролиза. Чем выше его значение, тем эффективнее течение электролиза и ниже энергети­ческие затраты на получение единицы готового продукта. При более высоких значениях   ŋ можно уменьшить требуемую  площадь рабочей поверхности электродов для достижения заданной производительности, применить более компактные установки и снизить расходы на их изготовление.

На изменение коэффициента использования тока    ŋвлияет ряд факторов:

-         величина напряжения на разрядный промежуток

-           исходная концентрация электролита

-          степень использования раствора хлоридов
     Величина выхода хлора по току сказывается в первую очередь на изменении затрат электроэнергии W, кВт-ч/кг, при получении  гипохлорита натрия, которые могут быть подсчитаны по формуле:
W = I *U* t/G

 или

W = U/ A*ŋ*n

где U—напряжение на токоподводящих электродах, В.

Можно указать один  из возможных способов регулирования производительности электролизера. Повышая напряжение на токоподводящих электродах, а следовательно, повышая и силу тока, можно увеличить в определенных пределах производительность установки без существенного отклонения энергетических затрат от минимальных при сохранении  максимально возможного значения выхода хлора по току.

Межэлектродное расстояние δ существенно не влияет на изменение ве­личины ŋ и другие параметры работы электролизера. Изменение величины δ при сохранении площади рабочей поверхности электродов сказывается толь­ко на производительности установки. При увеличении межэлектродного рас­стояния происходит пропорциональное снижение плотности тока i и соот­ветственно снижение общего выхода гипохлорита натрия. С точностью, при­емлемой для инженерных расчетов, зависимость междуδ и i может быть выражена соотношением:

δ2/δ1 = i1/i2
Для создания малогабаритных и высокопроизводительных установок наи­более целесообразно предусматривать минимально возможные межэлектродные расстояния, равные 3—6 мм, что позволяет вести процесс электроли­за при больших плотностях тока.

Технико-экономические показатели работы электролизера определяются не только затратами электроэнергии, но и достигаемой степенью использо­вания исходного раствора. Особенно большое значение это имеет в случае применения в качестве электролита растворов поваренной соли, поскольку затраты на соль являются одной из главных статей расхода при производ­стве гипохлорита натрия. Под степенью использования соли (процентом раз­ложения) λ, %, понимают отношение концентрации активного хлора в раст­воре гипохлорита натрия, полученного в результате электролиза, к концент-рации NaCI, вводимой в установку:

λ = (ССlакт /CNaCl)*100

ССl акт – концентрация активного хлора в гипохлорите натрия

CNaCl– концентрация NaCl  в электролите, г/л.

 Затраты на соль зависят от достигаемой степени полезного использова­ния исходного продукта. По мере увеличения концентрации активного хло­ра и растворе расход соли на получение единицы готового продукта снижа­ется. Так, при электролизе раствора с концентрацией 100 г/л NaCI и дости­жении содержания активного хлора на выходе из электролизера 5 г/л рас­ход соли составляет 20 г на 1 г готового продукта (5% — разложение). При содержании же хлора в  растворе 10 г/л затраты на соль уменьшаются и составляют всего 10 r/л (10%-ное разложение). Таким образом, для снижения расходов на соль предпочтительно ведение процесса электролиза при глубо­ком разложении NaCl. Однако увеличение степени использования поваренной соли приводит к росту энергетических затрат, поэтому должен быть ка­кой-то оптимальный режим эксплуатации установки, при котором суммар­ные затраты на соль и электроэнергию будут минимальны.

В случае использования природных электролитов основной статьей рас­хода являются затраты электроэнергии на подачу рассола, его транспорти­рование к объекту применения и производство гипохлорита натрия. Опти­мальная степень использования растворов определяется в каждом конкрет­ном случае в зависимости от исходной минерализации и требуемой концент­рации активного хлора. В энергетическом отношении наиболее предпочти­тельно получение гипохлоритов небольшой концентрации.

Расчет электролизной установки в общих чертах сводится к следующе­му. Для заданной по активному хлору производительности электролизера по закону Фарадея с учетом коэффициента использования тока, значение которого зависит от типа применяемых электродных материалов, концентра­ции хлоридов в электролите, вида рассола и требуемой степени использова­ния раствора, определяют необходимую токовую нагрузку:

I*n =G / Aŋt

В соответствии с выходными параметрами стандартных выпрямительных агрегатов,  серийно выпускаемых  электротехнической  промышленностью и предполагаемых для комплектования с данным электролизером, выбирают допустимую величину полного тока и напряжения. Соответствие номиналов выпрямительных агрегатов и параметров режима работы электролизера до­стигается правильным выбором числа разрядных промежутков.

Площадь рабочей поверхности электродов S определяется из соотношения

S= I/I((??? чего то не хватает))
2.7. Механизм обеззараживающего действия гипохлорита натрия
       Метод обеззараживания гипохлоритом натрия  наиболее часто используется для обезвреживания циансодержащих стоков различных объемов и концентраций, а также от таких органических и неорганических соединений, как гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и т.д. Необходимо отметить, что сточные воды, содержащие цианиды, образуются при нанесении медных, цинковых и кадмиевых покрытий из цианистых электролитов. Кроме того, циансодержащие стоки образуются при термической закалке стальных изделий в расплавах цианистых солей, а на металлургических предприятиях цианиды попадают  в сточные воды из доменных газов ( при их промывке и  охлаждении). Концентраиця простых цианидов (KCN,NaCN) в промывных водах обычно не превышает 200 мг/л. В этих водах также содержатся в небольших количествах комплексные цианиды меди, цинка, кадмия, железа и других веществ.

При введении гипохлорита натрия  в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты по реакции:
NaCIO + H2O= НCIO + NaOH
HCIO=CIO — + H+

      Очистка сточных вод основана на окислении токсичных примесей  в менее токсичные (приблизительно в 1000 раз) цианат-ионы с их последующим гидролизом в нейтральной среде до NH4+ и CO32-  по следующим реакциям:

При pH = 9-10

CN — + 2OH- + NaClO = CNO- + Cl — + NaOH

ПрирН= 7

CNO — + 2H2O = NH4+ + CO32-

  Гипохлориты  окисляют в сточных водах соединения аммония, аммиак и органические вещества, содержащие аминогруппы до моно- и хлораминов, а также до треххлористого азота по следующим реакциям:

NH3 + HCIO = NH2CI + H2O

NH2CI + HCIO = NHCI2 + H2O

NHCI2 + HCIO= NCI3 + H2O




2.8. Характеристика гипохлорита натрия по технологическим и санитарно-гигиеническим показателям

2.8.1.Санитарно-гигиенические показатели


 Если сравнить процессы, происходящие при введении в обрабатываемую воду гипохлорита натрия:
NaCIO + H2O= НCIO + NaOH
HCIO=CIO — + H+

ихлора:

CI2 + H2O = HCIO + HCI

HCIO = CIO- + H+

то видно, что в обоих случаях образуются одни и те же бактерицидные агенты — HClO и СlО. Взаимное соотношение недиссоциированной хлорноватистой кислоты и гипохлоритного иона зависит от рН воды.

Очевидно, что основные особенности, присущие хлорированию воды жидким хлором, должны сохраняться и при применении электролитического гипохлорита натрия. Так, при прочих равных условиях независимо от вида используемого хлорреагента требуемая степень обеззараживания достигается при одной и той же дозе по активному хлору. Величина свободного остаточного хлора, равная 0,3—0,5 мг/л для питьевой воды и 1,5— 2 мг/л для сточной жидкости, как в случае применения жидкого хлора, так и при использовании гипохлоритов является гарантированным показателем бактериальной надежности обрабатываемой воды.

 Эффективность обеззараживания гипохлоритом натрия существенно зависит от активной реакции среды, степени очистки воды, ее инициальной зараженности.

Для полного подавления жизнедеятельности кишечной палочки, находящейся в воде с рН = 5,2 в концентрации 12000 клеток в1 л, требуется доза бактерицидного продукта по активному хлору, равная 0,4 мг/л, при повышении же реакции среды до рН==8,3 летальную дозу следует почти удвоить.

При содержании в воде повышенного количества взвешенных частиц требуются большие дозы реагента. Особенно это необходимо при обеззараживании сточной жидкости. Для сточной жидкости с БПК5=3—10 мг/л снижение кишечных палочек до 10 в 1 мл достигается при введении активного хлора в количестве 1—1,5 мг/л; при БПК5 = 12 — 28 мг/л доза по­вышается до 2—2,5 мг/л, а при БПК5=30— 70 мг/л доза увеличивается до 3,5—4 мг/л.(БПК – биологическое потребление кислорода).

     Повышенное содержание в сточной воде нитритов и аминокислот также требует увеличения доз  гипохлорита натрия.

     По бактерицидному действию электролитический гипохлорит натрия при обеззараживании воды с высокой инициальной зараженностью не только не уступает хлору, но и нередко превосходит его. Например, при применении гипохлорита натрия полное обеззараживание наступает при дозе по активному хлору 0,8 мг/л, тогда как при такой же дозе в случае обычного хлорирования бактерицидный эффект был неполным и  составлял 97-98 %. Это объясняется, по-видимому, тем, что в природных электролитах имеются соединения йода, брома и др., которые при электролизе образуют сильные окислители, способствующие течению процесса обеззараживания.

      Изучение влияния гипохлорита натрия на бактериальные клетки (кишечную палочку) по установлению уровня снижения активности ферментов показало, что механизм действия электролитического гипохлорита натрия и жидкого хлора аналогичен.

     Применение электролитического гипохлорита натрия позволяет улучшить органолептические показатели обрабатываемой воды. Так, снижение цветности наиболее интенсивно идет при времени контакта 30 мин. Дальнейшее увеличение времени контакта значительного снижения цветности не дает.

     В процессах очистки воды (коагулирование, стабилизация, обеззараживание), связанных с использованием тех или иных реагентов, в обрабатываемую воду вместе с химическими продуктами вносится и некоторое количество различных солей, что может сказываться на изменении солевого состава обрабатываемой воды, ее рН, жесткости и стабильности.

     При обеззараживании гипохлоритом натрия вместе с одним граммом активного хлора в  воду будет вводиться от 8-10 до 40-50 мг/л солей. Количество вводимых солей зависит от типа исходного раствора хлоридов, концентрации активного хлора в готовом продукте и требуемой дозы на обеззараживание. Наибольшее увеличение солесодержания воды может наблюдаться при использовании гипохлорита натрия, получаемого из подземных минерализованных или морских  вод.

     В природных электролитах возможно также содержание таких микрокомпонентов, как йод, бром, медь, цинк, свинец и другие. Содержание их незначительно – около 10-6-10-8. При концентрации активного хлора в электролитическом гипохлорите 1-5 г/л и дозе хлора на обеззараживание 1-5 мг/л количество вводимых микрокомпонентов уменьшается в тысячи раз и будет составлять всего 10-9-10-11 мг/л, т.е. значительно ниже максимально допустимого для питьевой воды уровня.

      Растворы гипохлорита натрия во времени распадаются и несколько теряют свою активность. Это объясняется тем, что гипохлориты в водном растворе гидролизуются с образованием хлорноватистой кислоты:

 

ClO- + H2O = HClO +  OH-,

которая нестойкая и разлагается по трем направлениям:
хлоратный распад: 3HCIO= HCIO3+ 2HCI
кислородный распад: 2HCIO= 2HCl+ O2
хлорный распад ( в присутствии хлоридов):

HClO + NaCl + H2O = NaOH + H2O + Cl2



     Образование значительного количества HCl уменьшает рН раствора, что и приводит к быстрому распаду гипохлоритов. Скорости разложения раствора гипохлорита натрия способствуют повышение температуры, солнечный свет, концентрация гипохлорит-иона в растворе и контакт с окружающим воздухом.

       Наибольшее влияние на скорость разложения оказывает концентрация гипохлорит-иона. Так, если раствор с содержанием активного хлора 0,6-0,8 г/л  в течение первых трех суток теряет свою активность на 4-5%, то за это же время раствор с содержанием хлора 10-12 г/л распадается на 10-12%. При этом наиболее интенсивно процесс распада происходит в течение первых 2-3 суток, а в последующие сутки он уменьшается. В связи с этим наиболее целесообразным является применение гипохлорита натрия сразу же после его получения. При необходимости использования гипохлорита натрия спустя некоторое время после получения его следует разбавлять.

     Общепринятые при хлорировании методики химического контроля за качеством обрабатываемой воды приемлемы и при применении электролитического гипохлорита натрия.

      Поскольку дезинфекция воды является заключительной фазой в технологии ее очистки, предельно допустимые концентрации  тех или иных элементов не могут превышать регламентированных норм. Нормированный химический состав питьевой воды и «Правила охраны поверхностных под от загрязнения сточными водами» показывают, что наибольший допустимый диапазон колебаний содержания в воде присущ ионам Cl-, SO42-, солям жесткости, а также водородным ионам. Изменение содержания остальных многочисленных элементов воды незначительно.
     Из результатов бактериологических анализов, полученных после обработки сточных вод был сделан вывод, что число кишечных палочек Е Coli непосредственно на выходе из электролизера снижается на два порядка по сравнению с первоначальной обсемененностью воды, не прошедшей через установку (что составляет 25%). Последующие 15- и 30-минутный контакты воды с продуктами электролиза приводили к дальнейшему снижению числа  кишечных палочек. Увеличение времени контакта до 1 ч существенного влияния на снижение коли­чества кишечных палочек не оказывало. По-видимому, отсутствие после­дующего действия продуктов электролиза связано с уменьшением количе­ства свободного хлора вследствие его связывания с органическими вещест­вами, присутствующими в сточной жидкости, и образованием органических хлораминов, бактерицидное действие которых менее выражено, чем у свободного хлора.
Таблица 2.1.

Влияние прямого электролиза и хлорреагентов на качество загрязненной воды



Показатели
Значения показателей
исходной

воды
обработанной воды
прямым электролизом

хлорной водой

Цветность, град

38

34

34

Щелочность, мг- экв/л

2,1

2,2

2,1

Жесткость, мг-кв/л

3

3

3

Окисляемость, мг/л

12,7

11,6

11,8

рН

7,9

8,1

7,8

Хлориды, мг/л

17

17

17

Coli индекс

104 — 4*104

3

3

Остаточный хлор, мг/л

_

0,3-0,5

0,3-0,5

Время контакта, мин

_

30

30
    продолжение
--PAGE_BREAK--


Анализ результатов показывает, что при обеззараживании воды прямым электролизом, так же как и при хлорировании, основным критерием бактериальной надежности является величина остаточного хлора и для полного взаимодействия продуктов электролиза с водой требуется время контакта не менее 30 мин. Следовательно, независимо от исходной зараженности и качества воды режимные параметры необходимо подбирать таким образом, чтобы величина остаточного хлора на выходе из электролизера соответствовала требованиям санитарных органов. По колебаниям величины остаточного хлора можно оценивать эффективность работы уста­новки и регулировать токовую нагрузку.

Для сравнения была обработана проба загрязненной  воды как прямым электролизом, так и хлорной водой. В результате электролитической обработки несколько увеличилось зна­чение рН воды, снизились ее цветность и окисляемость. Изменение указан­ных показателей вполне закономерно. Увеличение рН воды происходит в результате образования в прикатодном пространстве щелочи;  снижение цветности и как следствие окисляемости—при взаимодействии органических веществ с окислителями, в частности с электролитическим гипохлоритионом.

При обеззараживании сточной жидкости прямым электролизом значение БПК5 и оптической плотности, характеризующей наличие в воде растворимых органических загрязнений, практически не изменяется. Качество воды, оцениваемой по ХПК и окисляемости, улучшается в среднем на 5,8 и 8 % соответственно. Снижение в обработанной воде воде перманганатной и бихроматной окисляемости, очевидно, связано с наличием остаточного хлора и хлораминов. Действуя как окислители, они снижают количество потребляемого KMnO4  и K2Cr2O7.

Результаты санитарно-бактериологических исследований, подтверждающие, что основным критерием бактериальной надежности воды остается величина остаточного хлора, а также данные технологических опытов позво­ляют считать, что, несмотря на возможность образования в процессе электролиза различных соединений и окислителей, основное влияние на эффект обработки воды оказывает, по-видимому, активный хлор. Следовательно, с целью создания экономичного метода обеззараживания воды процессее прямого электролиза необходимо проводить при условиях, обеспечивающих максимально возможный выход хлора по току.
Таблица 2.2

Влияние прямого электролиза на качество очищенной сточной жидкости.



Показатели

Значение показателей на этапе обработки

Процент снижения показателей

до электролиза

после электролиза

БПК5, мг/л

1,46

1,46

0

ХПК, мг/л

27,9

26,3

5,8

Окисляемость, мг/л

5,14

4,73

8

Оптическая плотность

(250 см)

0,13

0,13

0


2.9.Схемы конструкции электролизных установок и принципы их действия


      Возможные технологические схемы процесса получения растворов гипохлорита натрия зависит от вида исходного раствора хлоридов, требуемой концентрации активного хлора в готовом продукте, территориального расположения объекта, на котором производится гипохлорит натрия, стоимости электроэнергии и соли.

     Наиболее простой схемой электролизной установки с минимальными возможными капитальными затратами является схема, при которой в качестве рассолов используют природные электролиты – подземные минерализованные и морские воды. В этом случае, как показывают расчеты, эксплуатационные расходы определяются в основном затратами электроэнергии, поэтому с целью снижения энергетических затрат процесс целесообразно вести в направлении получения слабоконцентрированных растворов гипохлорита натрия с содержанием активного хлора 0,2-1 г/л. При реализации такой схемы на практике электролит без какой-либо предварительной обработки с заданным расходом подается на электролизную установку, а затем в бак накопитель гипохлорита натрия или прямо в обрабатываемые системы.

     В определенных условиях при работе электролизеров на морской воде по санитарно-гигиеническим соображениям требуется применение растворов гипохлоритов с более высоким содержанием активного хлора (до 3-3,5 г/л). Однако очевидно, что применение таких установок ограничено районами, расположенными в прибрежных зонах, и подземные минеральные воды могут использоваться только в тех случаях, когда вблизи очистных сооружений находятся пробуренные скважины многоцелевого назначения. В связи с вышесказанным, наибольшее распространение нашли установки, работающие на растворах поваренной соли.

     Технологические схемы электролизных установок, работающих на растворах поваренной соли, могут быть как проточные, так и с системой рециркуляции.

  Основное отличие режимных параметров проточных электролизёров от параметров электролизёров периодического действия заключается в том, что в первом случае процесс электролиза можно полагать стационарным, не зависящим от времени. При этом, если расход рассола, подаваемого на электролиз, и токовая нагрузка на электролизёр остаются постоянными, то сохраняется неизменной и концентрация раствора гипохлорита натрия, отводимого из электролизёра.

     В электролизёрах периодического действия концентрация гипохлорита натрия зависит от времени, прошедшего с начала электролиза.

     При использовании проточных электролизёров появляется возможность сократить затраты на обслуживание установок, т. к. здесь значительно легче управлять процессом.

     При применении проточных электролизёров наиболее сложной задачей в обслуживании является обеспечение непрерывной подачи раствора поваренной соли на электролизёры.

      В случае применения электролизёров периодического действия обслуживающий персонал должен значительно больше затрачивать времени на организацию процесса в связи с тем, что он вынужден несколько раз в сутки заполнять электролизёры раствором и сливать из них гипохлорит натрия.

      Эта причина по-видимому обуславливает преимущественное применение электролизёров проточного типа за рубежом.

      В зависимости от вида используемого сырья электролизные установки можно разделить на установки для прямого электролиза, для электролиза искусственно приготовленного раствора, для электролиза природных рассолов. В первом случае гипохлорит натрия получают из хлоридов, содержащихся в небольших концентрациях в обрабатываемой воде, а в двух последних для этой цели используют более концентрированные растворы поваренной соли.


 

Рис.2.1. Технологическая схема проточного электролизера
1 – проточный трубчатый электролизер

2 – блок питания

3 – емкость приготовления концентрированного раствора соли

4 – мешалка

5 – шаровой вентиль

6 – регулировочные клапаны

7 – насос дозатор соляного раствора

8 – сепаратор

9 – емкость раствора гипохлорита натрия

10 – реле протока жидкости

11 – манометр

12 – вентилятор

13 – реле протока воздуха

      Расход поваренной соли у прямоточных установок, как правило, несколько больше, чем у рециркуляционных. Однако их оформление и условия эксплуатации значительно проще. Поэтому такие аппараты зачастую используют на объектах небольшой пропускной способности, когда некоторый перерасход соли оправдан простой их конструкции и обслуживания.

      В последние годы прямоточные схемы находят распространение и на очистных сооружениях  и со значительной суточной потребностью в активном хлоре. В этих схемах используются электролизеры с окисно-металлическими анодами, способными эффективно работать даже при концентрации раствора поваренной соли всего 12-25 мг/л. При столь невысоком содержании хлоридов в исходном электролите экономически оправданная степень разложения соли достигается без применения каких-либо дополнительных устройств в виде рециркуляционных насосов, систем охлаждения и т.п.
Таблица 3

Размеры помещений в зависимости от типа установки



Показатель             

Значения показателей при типовом номере электролизера

1

1,5

2

5

10

15

20

25

30

Производительность по активному хлору, кг/ч

1,2

1,5

2

5

10

15

20

25

30

Размеры здания h*l, м

2*2

2*2,5

2*2,5

2,5*3,5

3*5

4*7

5*7,5

6*6

6*6,5

   
       Технологическая схема электролизера циклического действия более сложная по сравнению со схемой проточного электролизера. Поэтому она применяется, как правило, в тех случаях, когда требуется наиболее полное использование поваренной соли, а также при необходимости получения растворов гипохлоритов с  повышенным содержанием активного хлора.

      Концентрированный раствор поваренной соли из емкости мокрого хранения насосом подается в емкость рабочего раствора, где происходит разбавление соли водопроводной водой до рабочей концентрации, а затем – в электролизер. В процессе электролиза происходит нагрев электролита, поэтому необходима постоянная вентиляция.







Рис.2.2.Технологическая схема электролизера циклического действия
1 – электролизная емкость

2 – насос перекачивающий

3 – трубчатый электролизер

4 – блок питания ( выпрямитель)

5 – шаровые вентили

6 – емкость мокрого хранения соли

7 – емкость рабочего раствора соли

8 – узел кислотной промывки

9 — емкость раствора гипохлорита натрия

10 – дозирующее устройство

11 – вентиляционная установка
Таблица 2.4.

Основные технико-экономические показатели трубчатых электролизеров “ХлорЭл”



№

Наименование показат

Модификация трубчатого электролизера ХлорЭл

РГ001/800

РГ001/1150

РГ 001/1500

РГ 001/2000

1

Режим работы

Прот-непр

Прот-непр

Прот-непр

Прот-непр

2

Рабочая концентрация

Раствора NaCl, г/дм3

20+/- 2

20+/- 2

20+/-2

40+/-4

3

Удельный расход эл.эн

на электролиз, кВт-ч/кг

6,5

6,5

6,5

4,2

4

Материал анода

ОРТА

ОРТА

ОРТА

ОРТА

5

Материал катода

титан

титан

титан

титан

6

Удельный расход NaCl,

кг/кга.х.

3,3

3,3

3,3

5,0

7

Рабочая плотность тока,

А/дм2

100

100

100

100

8

Ресурс работы

анодного покрытия, ч

2000

2000

2000

2000

9

Ресурс работы

 электродов, не менее,

 лет

10

10

10

10

10

Производительность

по

активному хлору, г/ч

800

1150

1500

2000
    продолжение
--PAGE_BREAK--


          

Достоинства электролитического гипохлорита натрия как эффективного бактерицидного агента, простота и надежность электролизных установок, а также заинтересованность потребителей в применении безопасного электрохимического метода обеззараживания воды привели к созданию огромного числа самых разнообразных по своей конструкции электролизеров.

      Лучшимизарубежнымиобразцамиустановокявляются«Sanilec» (Diamond shamrock corporation), «Pepcon» (Pacific engineering and Production company of Nevada)

       Так, например, фирмой « DiamondShamrockCorporation» разработан ряд электролизеров. Наибольшее распространение поличила установка «Saniles», которая может работать при сипользовании как растворов поваренной соли, так и морской воды.

      Установка «Saniles», работающая на поваренной соли, состоит из электролизера, выпрямителя, системы автоматической полачи рассола, емкостей для хранения рассола и гипохлорита натрия, умягчитеоя воды и элементов автоматического контроля за показателями работы.

      Электролизер выполнен в виде корпуса прямоугольного сечения с расположенным в нем электродным пакетом. Аноды – малоизнашивающиеся стабильные электроды с активным покрытием из окислов драгоценного металла, катоды – титановые. Вся аппаратура изготовлена из таких коррозионно-устойчивых материалов, как титан, нержавеющая сталь, фторопласт и т.п.

      Установка работает следующим образом. В растворном баке приготовляется концентрированный раствор поваренной соли, который насосом подается в смеситель, где разбавляется водой до 3%-ного содержания NaCl, а затем в -  электролизер. Полученный гипохлорит натрия поступает в газоопределитель, собирается в емкости-хранилище и оттуда дозируется в обрабатываемую воду. Концентрация активного хлора в готовом продукте в среднем составляет в г/л. При необходимости она может быть несколько увеличена.

      Вода, поступающая на растворение и разбавление соли, предварительно проходит через умягчитель. В процессе работы установки контролируется расход электролита, его концентрация, температура и другие технологические параметры. При отклонении параметров от заданных или создании аварийной ситуации установка автоматически отключается.

     На получение  1 кг активного хлора расходуется 3,5 кг соли, 5,5 кВт-ч энергии и 125 литров воды.

      Установки «Saniles» могут работать и при использовании морской воды. Морская воды предварительно перед подачей в электролизер должна пройти фильтрацию. Концентрация активного хлора в готовом продукте в зависимости от исходного солесодержания воды и режимных параметров составляет 0,2-2,35 г/л. Катодные отложения удаляются периодически путем кислотной промывки. По данным фирмы, частота промывки – 1 раз в 6 месяцев. Время, необходимое на проведение всей операции, с учетом установки электролизера и пуска его в эксплуатацию, составляет 4-6 часов. Установки выпускаются производительностью от 60 до 1000 кг активного хлора в сутки.

     Электролизеры «Pepcon» также могут работать при использовании как растворов соли ( концентрацией 15-20 г/л), так и морской воды. Конструкция электролитической ячейки состоит из анодного графитового стержня с активным покрытием из PbO2 на специальных фиксаторах, установленных внутри металлической трубы, являющейся катодом. При использовании морской воды катод выполняется из титана, а растворов поваренной соли – из нержавеющей стали. Токоподводы расположены снаружи трубы, рассол протекает в узкий зазор между электродами.

     Отдельные ячейки (в количестве до 10) можно компоновать в параллельные блоки с образованием так называемых модулей. Набор модулей позволяет получить требуемую производительность.

     Каждая ячейка рассчитана на токовую нагрузку до 500 А при напряжении 6-7 В и способна в сутки производить до 9 кг активного хлора – при использовании растворов поваренной соли и до 11 кг – при использовании морской воды. Регулируя токовую нагрузку и напряжение, можно получить растворы с содержанием активного хлора от 0,2 до 8 г/л.

      Получение концентрированных растворов гипохлорита натрия возможно только при применении системы рециркуляции и теплообменных устройств. Для получения 1 кг активного хлора затрачивается 3-3,5 кг соли и 6-6,8 кВт-ч электроэнергии. По данным фирмы при использовании рассола с содержанием взвешенных веществ до 500 мг/л предварительной очистки не требуется.

      Образующиеся отложения солей жесткости удаляются путем кислотной промывки или при применении системы рециркуляции в результате использования повышенных скоростей протекания электролита.

     Установка «Chloropac» состоит из ряда ячеек, выполненных по принципу «труба в трубе». Внутренний цилиндр работает как «плавающий биполь», наружный состоит из двух половинок – анодной и катодной, разделенных диэлектриком.

      Производительность каждой ячейки составляет 5 кг активного хлора в сутки. Ячейки монтируются в группы (модули) производительностью до 60 кг активного хлора в сутки. Размеры такого модуля составляют 1,8*2,1*4,8 м. На производство 1 кг активного хлора расходуется 6,2 кВт*ч электроэнергии.

 

      Возможные технологические схемы процесса получения гипохлорита натрия зависят от требуемой концентрации активного хлора в готовом продукте, территориального расположения объекта, на котором производится гипохлорита натрия, стоимости электроэнергии и соли.
       Далее приведена технологическая схема комплекса по электрохимическому производству гипохлорита натрия производительностью по активному хлору от 10 до 1080 кг/сут ((рис.2.3??)):

     Производство раствора гипохлорита натрия осуществляется по непрерывной схеме. Для предотвращения значительного снижения выхода активного хлора по току применяется каскад электролитических ячеек, расположенных в одной электролизной ванне, что позволяет получить концентрацию по активному хлору от 5 до 10 г/л.

     Комплекс по производству гипохлорита автоматизирован и управляется с пульта управления, а также имеется возможность работы электролизной установки в ручном режиме.

.


Рис.2.3. Технологическая схема комплекса по электрохимическому производству гипохлорита натрия

обозначение

наименование

обозначение

наименование

БМХС

Бак мокрого хранения

соли
БП
Бачок

подпиточный

ФС

Фильтр солевой

КЭ

Клапан

электромагнитный

Р1, Р2

Водяной редуктор

ДУ

Датчик уровня

Км

воздуходувка

РС

Ротаметр солевой

ЭС

Эжектор солевой

РГ

Ротаметр

гипохлоритный

ЭГ

Эжектор

гипохлоритный

РБ

Расходный бак
    продолжение
--PAGE_BREAK--


      Возможные технологические схемы процесса получения гипохлорита натрия зависят от требуемой концентрации активного хлора в готовом продукте, территориального расположения объекта, на котором производится гипохлорит натрия, стоимости электроэнергии и соли.

Таблица2.5.

Технические данные

Производ

Cl2 гр/ час

80

240

480

800

1280

1600

Поток соля-

ного р-ра

NaCl л/ час

0,75

2,25

4,5

7,5

12

15

Расход соли

кг/час

0,23

0,7

1,4

2,33

3,72

4,65

Расход

воды

лит/час

10,75

32,25

64,5

107,5

172

215

Расход

воды

лит/кг Cl2

134,4

134,4

134,4

134,4

134,4

134,4

Расход

мощности,

АС, кВт

0,55

1,64

3,07

5,12

7,72

9,11

Расход

Энергии,

КВт/час

АС/кг, Cl2

6,8

6,8

6,4

6,4

6

5,7


Виды электролизов для получения гипохлорита:

Новые разработки для обеззараживания и очистки воды

Установки АКВАХЛОР: принципиально новая техника и прогрессивная технология обеззараживания и очистки воды

В.М.Бахир, Ю.Г.Задорожний, О.П.Битюцков.

ОАО НПО «ЭКРАН» МЗ РФ

Семейство установок АКВАХЛОР является эффективной, экономичной и безопасной для человека и окружающей среды альтернативой жидкого хлора, используемого для обеззараживания и очистки питьевой воды, воды плавательных бассейнов, промышленных и бытовых сточных вод.

В установках типа АКВАХЛОР впервые решены вопросы рационального сочетания положительных свойств известных оксидантов – хлора, диоксида хлора и озона и устранены отрицательные моменты, присущие каждому из названных реагентов в отдельности, т.е., исключено образование побочных продуктов хлорирования.

Принцип работы установок АКВАХЛОР (см. рис.1) состоит в электрохимическом синтезе влажной смеси оксидантов — хлора, диоксида хлора, озона в виде газов из водного раствора хлорида натрия концентрацией 200 – 250 г/л в анодных камерах диафрагменных модульных электрохимических элементов ПЭМ-7, конструкция и принцип работы которых запатентованы в 52 странах. Элементы ПЭМ-7 работают при перепаде давления на диафрагме от 0,8 до 1 кгс/см2, что обеспечивает электродиффузионный отбор ионов натрия через керамическую диафрагму и практически полное разделение раствора хлорида натрия за один цикл обработки на газообразные оксиданты (хлор, диоксид хлора, озон) и раствор гидроксида натрия концентрацией 120 – 150 г/л. Полученные газообразные оксиданты вместе с микрокапельками воды, содержащими гидропероксидные оксиданты – синглетный кислород, пероксид и супероксид водорода, поступают в эжекторый смеситель установки, где растворяются в обрабатываемой воде из расчета приблизительно 1 грамм оксидантов на 1 литр воды. В катодных камерах электрохимических элементов ПЭМ-7 образуется водород в количестве 1,4 граммов водорода на 100 г газообразных оксидантов. Для получения 1 грамма оксидантов в установках АКВАХЛОР расходуется не более 2 г хлорида натрия и около 2 Вт-ч электроэнергии.

Установки АКВАХЛОР компактны и занимают места не больше, чем баллоны или контейнеры с жидким хлором, хранящиеся на станциях водоподготовки при эквивалентной производительности по хлору (рис.2,3). Установки АКВАХЛОР экономичны и потребляют электроэнергию и поваренную соль в количестве близком к теоретически возможному, т.е. в намного меньше, чем любые известные в мире системы для электрохимического получения хлора.

Безопасность установок АКВАХЛОР обеспечивается тем, что они вырабатывают хлор именно в том количестве, которое требуется в данный момент времени для обработки воды, могут мгновенно отключаться и так же мгновенно включаться.
Для работы установки АКВАХЛОР необходимо иметь техническую поваренную соль в количестве 2 кг на 1 кг производимых оксидантов и электроэнергию из расчета 2 кВт-ч на 1 кг оксидантов.

Серийно, в соответствии с ТУ 3614-702-05834388-02 РФ, производятся модульные установки АКВАХЛОР–100 и АКВАХЛОР–500, производительностью 100 и 500 грамм газообразных оксидантов в час, которые возможно объединять в единую систему для увеличения производительности по оксидантам. Количество модулей в одной системе не лимитировано.

Установка АКВАХЛОР-500 (далее — установка А-500) производит 500 грамм оксидантов в час в виде водного раствора с концентрацией около 1000 мг/л в количестве около 500 литров в час. Электрическая мощность установки А-500 равна 1800 Вт, питание от сети переменного тока 220 вольт, 50 Гц. Расход поваренной соли составляет 1000 г/ч, в виде исходного раствора концентрацией 200 — 250 г/л — около 5 литров в час.

Установка А-500 состоит из трех блоков: блока электрохимического (БЭ), блока подачи солевого раствора (БПС) и блока питания (БП), общий вес которых не превышает 100 кг.

Конструкцией установки А-500 предусмотрена эксплуатация в трех различных режимах.

Режим 1. Установка производит около 500 л/ч раствора оксидантов с концентрацией 1000 мг/л и рН = 2 — 3, а также приблизительно 5 л/ч католита с концентрацией гидроксида натрия 150 — 170 г/л.

При работе в данном режиме обеспечивается получение высокоэффективного раствора оксидантов, являющегося с технологической точки зрения аналогом хлорной воды, образующейся в хлораторе при использовании жидкого хлора, а также раствора гидроксида натрия, который можно использовать для регулирования рН воды, или как моющее средство (необходимо разбавление).

Раствор оксидантов при работе в режиме 1 рекомендуется вводить непосредственно в основной поток обрабатываемой воды, учитывая при этом, что для обеспечения оптимальных значений гидродинамических параметров работы встроенного эжекторного насоса установки А-500, давление на выходе раствора оксидантов из установки А-500 не должно превышать 0,5 кгс/см2. Если давление воды в точке ввода превышает 0,5 кгс/см2, требуется использование герметичной (с абсорбционным поглотителем газообразного хлора) накопительной емкости и химически стойкого дозировочного насоса для ввода раствора оксидантов в обрабатываемую воду. Кроме того, требуется система автоматического управления уровнем раствора оксидантов в накопительной емкости.

Режим 2. Установка А-500 производит около 500 л/ч раствора оксидантов с концентрацией 1000 мг/л и рН в диапазоне 5 — 7, а также 1 — 3 л/ч католита с концентрацией гидроксида натрия 150 — 170 г/л. Отсутствие запаха хлора или весьма слабо выраженный запах хлора у раствора оксидантов (в отличие от раствора с низким значением рН, имеющего отчетливо выраженный запах хлора) позволяет накапливать и сохранять его в емкостях различного объема (от 1000 литров и более до 10 — 20 литров). Все функциональные свойства раствора оксидантов с рН = 5 — 7 полностью соответствуют свойствам раствора оксидантов с низким значением рН. Условия непосредственного ввода раствора оксидантов с рН = 5 — 7 непосредственно в поток обрабатываемой воды являются полностью идентичными изложенным в описании режима 1.

Режим 3. Установка А-500 производит 500 грамм в час газообразной смеси оксидантов, которая напрямую, минуя встроенный эжекторный насос установки, подается в эжекторный смеситель хлораторной станции. Одновременно, установка производит около 5 литров в час католита с содержанием гидроксида натрия 150 — 170 г/л. Вода в установку подается только для охлаждения циркулирующего через теплообменник католита и после выхода из установки может быть направлена в резервуар чистой воды.

При работе в режиме 3 отсутствует необходимость использования промежуточной накопительной емкости для раствора оксидантов, дозирующего насоса для ввода этого раствора в обрабатываемую воду. Регулировка количества вводимых в воду оксидантов осуществляется изменением силы тока, протекающего через электрохимический реактор установки.

Воду в установку А-500 можно подавать из водопроводной линии питьевой воды. Отбор раствора оксидантов из накопительной емкости (рекомендуемый объем емкости 200 — 1000 л) производится с помощью дозировочного плунжерного насоса. Накопительная емкость в случае работы в автоматическом режиме может быть оборудована датчиками уровня (нижний и верхний), связанными с блоком автоматики управления работой установки. При работе в ручном режиме датчики уровня на накопительной емкости раствора оксидантов не используются. Установку периодически включают и поддерживают необходимый объем раствора оксидантов в емкости. Отбор оксидантов осуществляют либо постоянно, либо периодически. Контроль за уровнем оксидантов в питьевой воде производится стандартными существующими методами.

Приготовление исходного солевого раствора целесообразно осуществлять в отдельной емкости растворением необходимой массы соли с расчетным количеством воды методом гидроразмыва. Эатем приготовленный солевой раствор перекачивают в вышерасположенную емкость где производится осаждение солей жесткости. Для этого следует на каждый кубический метр приготовленного раствора внести 2 — 3 литра католита и 200 — 300 грамм карбоната натрия или гидрокарбоната натрия (пищевой соды) и после осаждения солей жесткости (через 8 — 10 часов) перелить приготовленный раствор в емкость для исходного раствора. Эта емкость должна быть установлена на возвышении 40 — 50 сантиметров от пола, чтобы приемный патрубок насоса блока подачи солевого раствора находился под заливом.

В комплект установки входят шланги для подключения к линии подачи воды, для подачи солевого раствора от емкости к блоку подачи солевого раствора, соответствующие фитинги и фильтры.



Рис. 4. Реактор установки АКВАХЛОР-500 из 16 элементов ПЭМ-7

Главной частью установок АКВАХЛОР, предназначенных для получения смеси оксидантов из раствора хлорида натрия, является электрохимический реактор (рис.4).

Реактор установки АКВАХЛОР состоит из патентованных электрохимических элементов ПЭМ-7, каждый из которых представляет собой миниатюрный диафрагменный электролизер с коаксиально установленными электродами и диафрагмой. Внешний электрод элемента ПЭМ-7 является катодом и изготовлен из титановой трубы диаметром 40 мм и длиной 35 см. Внутренний электрод (анод) изготовлен из титановой трубы диаметром 16 мм и длиной 29 см. На поверхность анода по оригинальной технологии нанесено покрытие из оксидов рутения и иридия (ИРО). Покрытие ИРО анода в сравнении с известными электродами ОРТА при прочих равных условиях работы имеет ресурс работы в 800 – 1500 раз больший. Аноды в реакторах установки АКВАХЛОР эксплуатируются при весьма благоприятных для оксидных покрытий условиях: рН среды в анодной камере всегда меньше 2,5. Опыт непрерывной, в течение пяти лет, эксплуатации анодов в установке АКВАХЛОР показал полное отсутствие признаков износа покрытия ИРО. Важным является, что изношенное анодное покрытие легко заменить на новое, поскольку сам анод в процессе работы не подвержен электрохимическому износу: рабочее напряжение на элементе ПЭМ-7 недостаточно для побоя защитной оксидной пленки. Стоимость восстановления покрытия намного меньше стоимости собственно элемента ПЭМ-7.

Керамическая диафрагма в элементе ПЭМ-7 изготовлена из смеси оксидов циркония, алюминия и иттрия, обладает исключительной стойкостью к действию кислот, щелочей, окислителей, восстановителей, выдерживает давление на разрыв до 5 атм, имеет неограниченный ресурс работы. Очистка диафрагм в процессе работы установки АКВАХЛОР не требуется, если для питания установок используется умягченный солевой раствор. При использовании солевого раствора с солями жесткости необходима периодическая очистка диафрагмы 3 %-ным раствором соляной кислоты. Очистка производится путем промывки реактора установки АКВАХЛОР без какой-либо его разборки в течение 15 – 30 минут.

В отличие от всех известных процессов производства хлора из раствора хлорида натрия (диафрагменный электролиз, электролиз с ионообменной мембраной, электролиз с ртутным катодом), в элементе ПЭМ-7 установок АКВАХЛОР процесс разложения раствора хлорида натрия на конечные продукты – газообразную смесь оксидантов, раствор гидроксида натрия концентрацией 120 – 150 г/л (в зависимости от концентрации исходного солевого раствора) и водород происходит за один цикл, т.е. без какого-либо возврата анодных или катодных продуктов на повторную обработку в реактор и без добавления воды в катодную камеру (рис.5). Иными словами, в элементах ПЭМ-7 реализована технология разложения, заключающаяся в том, что весь поступающий в анодную камеру раствор соли концентрацией 200 – 250 г/л полностью, за один цикл, разлагается на влажный газ (хлор, диоксид хлора, озон), а в катодной камере без какой-либо дополнительной добавки воды также за один цикл образуется раствор гидроксида натрия концентрацией 120 – 150 г/л (приблизительно, в объеме поступающего солевого раствора) и газообразный влажный водород.

Главная технологическая особенность установки АКВАХЛОР состоит в том, что синтез оксидантов в анодной камере реактора протекает под давлением, значительно превышающем давление в катодной камере (перепад около 1 кгс/см2). Суперпозиция и взаимовлияние градиентов давления, напряженности электрического поля, концентрации электролитов и плотности тока в поровом пространстве керамической диафрагмы обеспечивают селективное удаление ионов натрия вместе с избытком воды из анодной камеры через диафрагму в катодную камеру, сохранение всех ионов хлора в анодной камере и полное отсутствие возможности проникновения гидроксил-анионов из катодной камеры в анодную.

Установка АКВАХЛОР может быть легко адаптирована к источнику постоянного тока необходимой мощности с практически любыми выходными параметрами по току и напряжению, поскольку конструкцией реактора обеспечена возможность изменения электрической схемы подключения элементов ПЭМ-7. При последовательном соединении элементов ПЭМ-7 реактор установки превращается в биполярный электролизер оргинальной конструкции, так как составляющие его электрохимические ячейки (элементы ПЭМ-7) пространственно и гальванически отделены друг от друга. При параллельном соединении элементов ПЭМ-7 реактор становится разновидностью монополярного электролизера (рис.6). Также возможно смешанное (последовательно-параллельное) соединение элементов ПЭМ-7 в реакторе установки АКВАХЛОР.

Напряжение на единичном элементе ПЭМ-7 в процессе работы может быть в пределах от 2,8 до 4,5 вольта при силе тока от 20 до 35 ампер и минерализации исходного солевого раствора от 200 до 250 — 300 г/л. Степень разложения соли при всех режимах работы составляет 99,3 – 99,8 %. В связи с этим, реальный удельный расход соли на производство оксидантов в установке АКВАХЛОР приблизительно равен 1,7 грамм на 1 грамм оксидантов.

При силе тока 23 – 24 ампера элемент ПЭМ-7 вырабатывает 30 г/ч оксидантов (в пересчете на молекулярный хлор), напряжение на нем близко к 2,8 – 2,9 В, а удельный расход электроэнергии — около 2 кВт на 1 кг оксидантов (хлора). В этом режиме доля молекулярного хлора в выделяющемся газе составляет 98 — 99 %.

Для того, чтобы увеличить долю диоксида хлора и озона в смеси синтезируемых оксидантов до 3 – 7 %, установки АКВАХЛОР эксплуатируют в более форсированном режиме, т.е. при силе тока более 25 ампер на единичном элементе ПЭМ-7 и напряжении более 3 вольт. Удельный расход энергии, соответственно, составляет 2,5 — 3,0 и может достигать 4,0 кВт-ч/кг при соответственно возрастающей производительности единичного элемента ПЭМ-3 до 40 и более грамм оксидантов в час. Однако, удельное потребление соли остается прежним – около 1,7 г/г во всех режимах. Другим путем увеличения содержания диоксида хлора и озона в составе смеси оксидантов является подщелачивание исходного солевого раствора до рН = 9,5 – 10,5.

Трехлетний опыт эксплуатации установок АКВАХЛОР в различных условиях (климатических, технических, технологических) в России и за рубежом показал их высокую эффективность, экономичность, практически полное отсутствие побочных продуктов хлорирования даже при обработке раствором оксидантов сточных вод с высоким содержанием органических соединений. Дальнейшее совершенствование технологии обеззараживания воды с применением установок АКВАХЛОР происходит по пути оптимизации гидравлических схем и систем автоматизации при одновременном подключении большого количества модулей А-500. В настоящее время наибольшее количество одновременно используемых модулей А-500 составляет 16, общая их производительность по оксидантам равна 8 кг/ч и применяются они для обеззараживания питьевой воды, для которой велик риск заражения вирусными инфекциями.

Установки АКВАХЛОР имеют сертификат соответствия РФ, а производимый ими раствор оксидантов – санитарно-эпидемиологическое заключение Госсанэпиднадзора РФ. Кроме того, установка АКВАХЛОР-500 имеет сертификат соответствия стандартам Германии (TUV).

 
    продолжение
--PAGE_BREAK--
Переносные установки


С-5-30 — производительность 30 г. активного хлора  в час

С-5-120 — производительность 120 г. активного хлора в час  

С-5-400 — производительность 400 г. активного хлора в час

Эти переносные автономные мини-генераторы предназначены для получения на месте потребления дезинфицирующего раствора гипохлорита натрия с фиксированной концентрацией активного хлора (8 г/л) путем электролиза 4% раствора поваренной соли. Для целей отбеливания применяется 0,1% раствор гипохлорита. Себестоимость 1 литра рабочего раствора не превышает 20 копеек.
Стационарные установки



С-5-400Б — установка для обеззараживания воды в бассейнах, производительность 400 г. активного хлора в час.

ХлорЭл-2000 — установка для обеззараживания питьевой воды на станциях водоподготовки и обеззараживания сточных и оборотных вод. Производительность до 100 кг. активного хлора в сутки до70 тыс. кубометров воды в сутки.



ЭЛП —   установки электролиза минерализованных грунтовых вод для обеззараживания питьевой воды на станциях водоподготовки и обеззараживания сточных и оборотных вод. Производительность свыше 100 кг. активного хлора в сутки  более 100 тыс. кубометров воды в сутки.

 

 
 3. Расчет экономической эффективности очистки технической воды:
3.1 Определение затрат труда

3.1.1. Определим оплату труда обслуживающего персонала в год

Сп = Тм*aз*nм, где

Тм – 167 часов –норма времент в месяц

aз – тарифная ставка персонала

Nм – 12 –число месяцев в году

3.1.2 Определим зарплату аппаратчика IV разряда за год

Сап =Tм*aз*nм = 167*11,89*12 = 23827,56 руб.

Аз – тарифная ставка аппаратчика IV разряда

С учетом премии 65% aз = 11,89 руб.

3.1.3 Определим зарплату машиниста IV разряда за год

Смаш =Tм*aз*nм = 167*11,43*12 = 22905,72 руб.

aз – тарифная ставка машиниста IV разряда

С учетом премии 65% aз = 11,43 руб.

В штате три аппаратчика и три машиниста, следовательно:

Зарплата трех аппаратчиков за год составляет:

Сап = 3*23827,56 = 71482,68 руб.

Зарплата трех машинистов составляет:

Смаш = 3*22905,72 = 68717,16 руб.

Итого зарплата персонала за год составляет:

Сп = Сап + Смаш = 71482,68 + 68717,16 = 140499,94 рубля
3.2 Затраты на электроэнергию за год

№

Потребитель электроэнергии

Мощность

кВт

Кол-во

Потребление электроэнергии в час, кВт-ч

Стоимость

1 кВт-ч

электроэнергии

1.

Агрегат электронасосный для химически активных и нейтральных жидкостей

Х45/54-Т-СД

Электродвигатель

АД-71-2

22 кВт


2


44 кВт-ч


0,375

2.

Вентилятор радиальный из титановых сплавов №5

В-ЦЧ-70-5К-01

Электродвигатель

4А90L4X

2,2 кВт


1


2,2 кВт-ч


0,375

3.

Электролизер

РГ-001-1500

Расход энергии

установкой

6 кВт



1



6 кВт-ч



0,375

4.

Итого:

         --

4

52,2 кВт-ч

0,375



3.2.1 Определим расход электроэнергии:

Сгод.эл. = Эч*nд*nч*Сэл. = 52,2*300*24*0,375=140940 руб.

Где Эч – 52,2 кВт-ч – потребление электроэнергии  в час

nд = 300 дней работы в году

nч = 24 часа – число часов в сутки

Сэл. = 0,375 – стоимость 1 кВт-ч электроэнергии
         3.3 Материальные затраты:

3.3.1 Приобретение поваренной соли NaCl

Соль = Кчас*nд*24*СNaCl = 0,0045*300*24*3100 = 100440 рублей

       Кчас – 0,0045 тонн – расход соли в час

       nд – 300 дней работы в год

24 – число часов в сутки

СNaCl– 3100 руб. за 1 тонну соли
3.3.2 Стоимость очищенной технической воды в количестве 900000 м3 в год составляет:

Со.в. = Ст.в.*aв. = 1,44*1,18*900000 = 1529280 рублей

Где

Ст.в. – стоимость очищенной технической воды = 1,44 руб.

НДС = 18%
Итого сумма затрат на материалы:
См = Ссоль + Со.в. = 100440 + 1529280 = 16297820 рублей
3.4 Амортизационные отчисления


3.4.1 Определяем амортизационные отчисления на агрегат электронасосный

Х45/54-Е-СД

Сагр.= Сбал.агр.*nа. = 15300*0,193 = 2952,9 руб.
3.4.2 Определяем амортизационные отчисления на вентилятор В-ЦЧ-70-5К-01

Свен= Сб.в.*nв. = 5250*0,22 = 1155 руб.
3.4.3        Определяем амортизационные отчисления на электролизер РГ-001-1500

         Сэл.= Сэл.б.*nэл. = 2300000*0,2 = 460000 руб.
Итого на амортизационные отчисления :
Сам. = Сагр. + Свен. + Сэл. = 2952,9+1155+460000 = 464107,9 рублей

 
3.5          Определяем затраты с учетом накладных расходов 12 % и сметной прибыли 8%

    

         Собщ.затр. = (Сп+Сгод.эл.+См.+Сам.)*(100+12+8)/100 =

(140499,94+140940+1629720+464107,9)*1,2 = 2850321,4 руб.
3.5.1 Стоимость воды из городского водопровода для потребления

    5,95 руб. за 1 м3 без НДС

    с НДС = 5,95*1,18 = 7,021 руб, где НДС =18%
Свод.гор. = 7,021*Qпотр. = 7,021*900000 = 6318900 руб.
3.5.2 Экономический эффект от применения гипохлорита натрия при очистке технической воды на предприятии.
Сэк.эф. = Свод.гор.-Собщ.затр. = 6318900-2850321,4 = 3468578,6 руб.
Экономический эффект составляет: 3468578,6 руб.
4. Охрана труда и техника безопасности

     Охрана труда является социально-технической наукой, которая выявляет и изучает всевозможные опасности и профессиональные вредности, а также разра­батывает методы их предотвращения или ослабления с целью устранения.   Основная задача по организации охраны труда и технике безопасности сводится к предупреждению несчастных случаев, заболеваний, травматизма и т. д. Основная цель ОТ и ТБ – предупредить возникновение этих опасностей.

     Возможные опасности на предприятиях и других рабочих местах: травматизм, проффесиональные заболевания, общие заболевания. Основные причины влияющие на травматизм и заболевания: технические причины связанные с неисправностью технических средств в т. ч. отсутствие заземления оборудования, работа без предохранительных устройств, незнание или нарушение правил по технике безопасности, непредвиденная остановка оборудования, отсутствие основных выходов.

     В данном помещении установлена автоматическая пожарная сигнализация с необходимыми пожарными датчиками. В средствах для тушения пожара имеются огнетушители углекислотные. На светильниках и лампах усановлено защитное сплошное стекло, электрическая сеть опробована на сопротивлении изоляции, разработана и вывешена на видном месте  инструкция о мерах пожарной безопасности.

     Установлен электрический контур заземления, который имеет следующую конструкцию. По стене помещения, где стоят технические средства закрепляется железная полоса, к которой через розетку (третий контакт) подключаются технические средства в т. ч. ЭВМ. Полоса выводится наружу здания и по стене опускается в грунт, где к ней привариваются уголки. Размеры полосы, уголков, их количесво и глубина заземления выбирается из расчета, что общее сопротивелние заземляющего устройтва не должно быть более 4 Ом. Для соединения уголков необходима полоса. Ее размеры (ширина, длина, глубина заложения) берутся в соответствии с выбранной длиной заземления.

 
    продолжение
--PAGE_BREAK--Расчет сопротивления заземляющщих устройств


Основнные показатели и способ расчета

Показатель

Индекс

Значение

1.Количество точек подключения
N
8

2.Удеельное сопротивление грунта

P

10

3. Длина уголка

t

1,85

4.Ширина уголка

b

0,09

5.Глубина заложения уголка

h

1,95

6.Ширина соединительной полосы

bi

0,05

7.Длина полосы

ti

6,2

8.Глубина залжения

hi

0,75

9.Число заземлителей

-

10

10.Коэфициент экранирования уголков и полосы

hэн

0,42

11.Коэфициент экранирования уголков

hэкр

0,56

12.Сопротивление заземляющего устройства

Rтр

20,19

13.Сопротивление соединительной полосы

Rн

1,96

14.Результирующее сопротивление

Rрез

3,72



     Для защиты от резких скачков напряжения установлены стабилизаторы и трансформаторы, а также сетевые фильтры.

     Температура помещения составляет 20-23 грдуса зимой и 20-25 градусов летом. Для проветривания воздуха помещения установелн кондиционер. Для нашей торговой прощади установлен один кондиционер с учетом: количества ЭВМ, площади рабочего помещения, суммарной мощности оборудования, суммарной мощности светильников, количества одновременно работающих людей, максимального перепада температуры воздуха и приточного воздуха, поступления тепла от оборудования, поступления тепла от людей, поступления тепла от осветительных приборов, общего избытка тепла в помещении.

     Относительная влажность воздуха составляет 65% +/ — 5%. Влажная уборка производится 2-3 раза в день.
     Обязанности руководителя перед персоналом по ОТ и ТБ:
     -организовать проведение мероприятий, инструктажа по ОТ и ТБ в процессе принятия персонала на работу;

     -организовать общий и вводный инструктаж непосредственно на рабочем месте с дальнейшей проверкой знаний, которая проводится 1 раз в пол года.

     -организовать контроль за состоянием ОТ и ТБ путем периодического контроля (1 раз в месяц);

      -создать комиссию по расследованию несчастных случаев и их причин, если они возникают.
Заключение

Защита водных ресурсов от истощения и  загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства — одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются  мероприятия по охране окружающей Среды, в частности по очистке производственных сточных вод.

Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные)  циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.

Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90% расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными  являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой технических сточных вод.

На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4% национального дохода ориентировочно, на примере США, относительные затраты составляют (в %): охрана атмосферы 35,2%, охрана водоемов — 48,0, ликвидация твердых отходов — 15,0, снижение шума -0,7, прочие 1,1. Как видно из примера, большая часть затрат — затраты на охрану водоемов, Расходы, связанные с получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целей отходов производства различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов — это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.
ЛИТЕРАТУРА И ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Хотунцев Ю.Л. «Человек, технологии, окружающая среда» Москва:

          Устойчивый мир, 2001 г.

2. Алферова А.А., Нечаев А.П. «Замкнутые системы водного хозяйства промышленных

предприятий, комплексов и районов» Москва: Стройиздат, 1987 г.

3. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. «Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде» Ленинград: Химия, 1987 г.

4. «Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков» Под редакцией Соколова В.Н. Москва: Стройиздат, 1992 г.

5. Демина Т.А. «Экология, природопользование, охрана окружающей среды.»   Москва, Аспект пресс, 1995.

6. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. — М.: Химия, 1996. – 345 с.

 7. Петров К.М. Общая экология: Взаимодействие общества и природы: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., стер. – СПб: Химия, 1998. – 352 с., ил.

 8. Сергеев Е. М., Кофф. Г. Л. «Рациональное использование и охрана окружающей среды городов.» -М.: Высшая школа, 1995г

 9. Алферова А.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов М.: Стройиздат 1997

 10. Проблемы развития безотходных производств Б.Н. Ласкорин, Б.В. Громов, А.П. Цыганков, В.Н. Сенин М.: Стройиздат 1995

11.  Кафаров В.В. Принципы создания безотходных химических производств М.: Химия 1994

12.  Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде  Л.:  Химия 1996.

 13. Абрамович С.Ф. Раппорт Я.Д. Тенденции развития водоснабжения городов за рубежом. Обзор М.: ВНИИИС 1993

 14. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод М.: Стройиздат 1989

 15. Жуков А.И. Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод М.: Стройиздат.

 16. Евилович А.З. Утилизация осадков сточных вод М.: Стройиздат 1996

 17. А.Г. Банников, А.К. Рустамов, А.А Вакулин Охрана природы М.: Агропромиздат 1989

 18. П.И. Капинос, Н.А. Панесенко Охрана природы Киев: “Выща школа” 1994

 19. Охрана окружающей природной Среды Под редакцией Г.В. Дуганова Киев: “Выща     школа” 1995

 20. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Под редакцией О.А. Юшманова М.: Агропромиздат 1988

 21. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения Под редакцией И.К. Гавич М.: Агропромиздат 1989

 22. Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков Под редакцией В.Н. Соколова М.: Стройиздат 1999

 23. Всемирная сеть Интернет.



Организационно-
экономический раздел




--PAGE_BREAK--2.3. Определение трудоемкости конструкторской подготовки


производства


Количество оригинальных деталей — 40 штук из них:

15 деталей Iгруппы сложности и группы новизны А

20 деталей IIгруппы сложности и группы новизны А

5 деталей IIгруппы сложности и группы новизны В

 [рабочий день]


Наименование работы

Шифр работы

Трудоемкость (нормо-час)

Длительность раб. дня (час)

Количество человек(gij)

Время работы (tij)

Разработка технического

задания

1-2

1030,5

8,2

2

63

Разработка чертежа общего

вида

2-3

5-6

1207,5

8,2

3

49

Разработка принципиальных

схем

3-4

375,5

8,2

2

23

Проведение тех. расчетов

3-5

172,5

8,2

2

11

Составление ведомости

покупных деталей

6-8

36

8,2

1

5

Составление ведомости

согласования применения

прибора

6-9

13,25

8,2

1

2

Разработка трудоемких и

металлоемких деталей

6-7

17

8,2

2

2

Технологический контроль

7-10

6,10

8,2

1

1

Нормо-контроль чертежей

10-11

4,5

8,2

1

1

Сверка копии с оригиналом

8-12

9-12

11-12

17-20

2,25

8,2






Разработка сборочных

чертежей

12-13

751,5

8,2

2

46

Разработка чертежей деталей

12-14

19,9

8,2

2

2

Составление спецификации

15-18

16-19

25

8,2

1

3

Конструкторский и

технологический контроль

13-15

14-16

24,6

8,2

1

2

Составление ведомостей

спецификаций

18-20

19-20

20

8,2

1

3

Разработка технических

условий

на проведение испытания

20-21

47,5

8,2

2

3


t (ij) — продолжительность выполнения любой работы ij

t PH(ij) — раннее начало любой работы ij

t PH(ij) = Tp(i)

tPO(ij) – раннее окончание любой работы ij

tPO(ij) = Tp(i)+ t(ij)

Tp(j) – ранний срок свершения всех событий

Tp(j) = max{Tp(i)  + t (ij)}

tпн(ij) – поздний срок начала любой работы ij

tпн(ij)= Tp(j) — t (ij)

tпо(ij) – поздний срок окончания любой работы ij

tпо(ij) = Tp(j)

Tп(j) – поздний срок свершения каждого события

Tп(j) = min{ Tп(j) — t(ij)}

R(j)– резерв времени

R(j)= Tп(j) — Tp(j)

Rп(ij) – полный резерв времени работы ij

Rп(ij) = Tп(j) — tPO(ij)

Rч(ij) – частный разерв работы ij

Rч(ij) = Tp(j) – tPO(ij)



--PAGE_BREAK--Организационно-
экономический раздел



--PAGE_BREAK--1.4.4. Капитальные вложения в производственные площади.
1.4.4.1 Площадь, занимаемая единицей оборудования.

S= Sпл * x
Sпл– площадь занимаемая станком

x– коэффициент учитывающий дополнительную площадь от 6 до 10 м2 → x=2,5
S= 6,9 * 2,5 = 17,25 м2
1.4.4.2 Площадь, занимаемая оборудованием.
Кпл = S* nоб * Спл
Sпл– площадь занимаемая станком

Спл – цена площади на предприятии

nоб– количество оборудования
а) базовый вариант:

Кпл1 = S* nоб1 * Спл = 17,25 * 3 * 10000 = 517500 руб
б) проектный вариант:

Кпл2 = S* nоб2 * Спл  = 17,25 * 2 * 10000 = 345000 руб
в) Высвобожденные капиталовложения в производственные площади:

Δ Кпл = Кпл1 — Кпл2 = 517500 – 345000 = 172500 руб.
1.4.5. Расходы на амортизацию оборудования
Aа= ao* KBo

аа – годовая норма амортизационных отчислений на оборудование.

Ko– стоимость оборудования.
а) базовый вариант

Aа1= ao* Ko1= 0.12 * 1200000 = 144000 руб.
б) проектный вариант

Aа2= ao* Ko2= 0.12 * 800000 = 48000 руб.
в) Экономия на амортизации оборудования:

ΔAа= Aа1— Aа2= 144000 – 48000 = 96000руб.
1.4.5. Сводная таблица капитальных вложений.

Капитальные вложения

Вариант

Базовый

Проектный

Общие капитальные вложения руб:



В основное оборудование

В контрольные устройства

В производственные площади

В инвентарь

Расходы на амортизацию оборудования

Затраты на эксплуатацию и доставку нового оборудования

1200000

25500

517500

2160

144000

800000

18248

345000

800

48000
20072,8

Всего:

1889160

1232120,8

Высвобожденные капитальные вложения руб:

В основное оборудование

В контрольные устройства

В производственные площади

В инвентарь

Расходы на амортизацию оборудования

Затраты на эксплуатацию и доставку нового оборудования



400000

7252

172500

1360

96000
-20072,8

Всего:



657039,2

Дополнительные капитальные вложения. Руб. Δ К = Кб — Кп

1889160 – 1232120,8 = 657039,2


1.5. Расчет себестоимости измерения

1.5.1. Определение себестоимости заработной платы контроллера.
Ск = р * Чк * k* Фд
р – количество контроллеров.

Чк – часовая тарифная ставка контроллера.

K– коэффициент, учитывающий дополнительную затрату, премии, исчисления на социальное страхование.

Фд – годовой фонд работы контроллера.
а) базовый вариант:

Ск1 = р1 * Чк1 * k* Фд = 4 * 25 * 1840 * 1,4 = 257600 руб.
б) проектный вариант:

Ск2 = р2 * Чк2 * k* Фд =  3 * 30 * 1840 * 1,4 = 231840 руб.
Экономия на заработной плате контроллеров:

ΔСк = 257600 – 231840 = 25760 руб
1.5.1. Определение единого социального налога контроллера.
N= Ск * 35,6%
а) базовый вариант:

N1= Ск1 * 35,6% = 257600 * 35,6% = 91705,6 руб.
б) проектный вариант:

N2= Ск2 * 35,6% = 231840 * 35,6% =  82535,04 руб.
Экономия на едином социальном налоге контроллера:

ΔN= N1— N2= 91705,6  – 82535,04 = 9170,56 руб.

1.5.2. Определение амортизационных расходов на инвентарь.


a1– годовая норма амортизационных отчислений на инвентарь.

kp– капитальные вложения в инвентарь.
а) базовый вариант

CK1= 13* 2160 / 100 = 280.8 руб
б) проектный вариант

CK1= 13* 800 / 100 = 104 руб
в) Экономия на амортизационных отчислениях на инвентарь:

ΔC= CK1— CK2= 280.8 – 104 = 176.8 руб
1.5.3.  Расходы на электроэнергии при
контрольной операции программы
годового выпуска.


A– годовая программа выпуска

tшт– штучное время контрольной операции

nоб— количество оборудования

цэ – цена электроэнергии Квт/час
а) базовый вариант

 руб.

б) проектный вариант

 руб.
в) Экономия на электроэнергии:

ΔC= CЭ1– CЭ2= 43320 – 22213.3 = 21106.7 руб.
1.5.4. Амортизационные отчисления на контрольные устройства.


а – годовая норма амортизационных расходов.

Ц – стоимость контрольного устройства.
а) базовый вариант

 руб.
б) проектный вариант

  руб.
в) Экономия на амортизационные отчисления на контрольные устройства:
∆A= A1– A2= 1317.5 – 1414.22 = - 96,72 руб.
1.5.5.1. Расходы на ремонт и содержание оборудования:

Po = 1.4 * Ro * Цp* (no(б)– no(п))
1.4 – коэффициент, учитывающий стоимость ремонта и содержания электрической части оборудования.

R0  – группа ремонтной сложности оборудования

Цр – годовая стоимость ремонта и содержания единицы ремонтной сложности оборудования.

а) базовый вариант

Po1= 1.4 * Ro* Цp* noб1 = 1.4 * 11 * 1855 * 3  = 85701 руб.
б) проектный вариант

Po2= 1.4 * Ro* Цp* noб2= 1.4 * 11 * 1855 * 2 = 57134 руб.
в) Экономия на амортизации оборудования:

ΔPo= Po2— Po2 = 85701 – 57134 = 28567 руб.



1.5.5.2. Расходы на двигательную энергию:

Pдв= Nэ* Фоб * Квр * Км * Цэ * (no(б)– no(п))
Nэ– нормальная мощность всех электродвигателей станка, кВт.

Фоб – действительный годовой фонд времени работы оборудования.

Квр – коэффициент использования электродвигателей оборудования по времени.[92% – 90%]

Км – коэффициент использования электродвигателей оборудования по мощности.[70% -70 %]

Цэ – стоимость кВт/ч.
а) базовый вариант

Pдв1= Nэ* Фоб * Квр1 * Км1 * Цэ * no(б1)=

7.5 * 4015 * 0.92 * 0.70 * 2 * 3  = 116354,7 руб.
б) проектный вариант

Pдв1= Nэ* Фоб * Квр2 * Км2 * Цэ * (no(б)– no(п)) =

7.5 * 4015 * 0.92 * 0.7 * 2 * (3 — 2) = 75883,5 руб.
в) экономия на двигательной энергии:

ΔPдв= Pдв1—  Pдв2= 116354,7 – 75883,5 = 40471,2 руб.
1.5.6. Экономия на эксплуатации высвобождаемых производственных площадей:
Эпл = (as+ bs) * ΔКпл / 100
as– годовая норма амортизационных отчислений на производственные площади.
bs– годовая норма затрат на текущий ремонт и содержание производственных площадей.
а) базовый вариант

Эпл1 = (as+ bs) * Кпл1 / 100 = (12,5 + 10,8) * 517500 / 100 = 120577,5 руб.
б) проектный вариант

Эпл2 = (as+ bs) * Кпл2 / 100 = (12,5 + 10,8) * 345000/ 100 = 80385 руб.
в) экономия на двигательной энергии:

ΔЭпл = Эпл1 + Эпл2  = 120577.5+ 80385 = 40192.5 руб
Общая экономия
Эобщ = Эк + Эр + Ээ + Эа +  Эппл + ∆Po+ ∆Pдв 

Эобщ = 25760 + 176,8 + 21106.7  + 96000 + 40192 + 28567+ 40471,2  =
Результаты расчета экономической эффективности.



Наименование показателей.

Обозначение

Единица измерения

Базовый вариант

Проектный вариант

Экономия

Капитальные вложения

В основное оборудование

Ко

руб.

1200000

800000

400000

В контрольные устройства

Коб

руб.

25500

18248

7252

В производственные площади

Кр

руб.

517500

345000

172500

В инвентарь

Кпл

руб.

2160

800

1660

Расходы на амортизацию оборудования

Ао

руб.

144000

48000

96000

Затраты на эксплуатацию и доставку нового оборудования

Кэдн

руб.



20072,8

-20072,8

ИТОГО:





1889160

1232120,8

657039,2

Себестоимость

Заработная плата контроллера:

Ск

руб.

257600

231840

25760

Единый социальный налог

N

руб.

91705,6

82535,04

9170,56

Амортизационные расходы на инвентарь:

Ср

руб.

280,8

104

176,8

Расход на электричество:

Сэ

руб.

43320

22213,3

21106,7

Амортизационные отчисления на контрольное устройство:

Ао

руб.

1317,5

1414.22

- 96,72

Расходы на ремонт и содержание оборудования

Po

руб.

85701



57134

28567

Расходы на двигательную энергию

Pдв

руб.

116354,7



75883,5

40471,2

Экономия на эксплуатации высвобожденных производственных площадей:

Спл

руб.

120577,5

80385

40192,5

ИТОГО:





716857,1

551509,06

165348,04



Капитальные вложения
∆K= K1 – K2 = 1889160-1232120,8= 657039,2
Себестоимость
∆C= C1– C2= 716857,1 — 551509,06 =165348,04
    продолжение
--PAGE_BREAK--