Другие предметы \ Экология

Экологическая экспертиза эффективности самоочистки сточных вод от формальдегида. Оценка экологического и экономического эффекта в зависимости от используемых металлических электродов-катализаторов, страница 4

    По графической зависимости (рис.2) определён температурные интервалы кинетической области, который начинается с температуры 274 К и ниже (рис.1 кривая 1), а температурный интервал диффузионной области начинается с температуры 293,3 К и выше (кривая 2).

    Скорость кинетического процесса начиная с температуры 274 К (температурная граница протекания процесса взаимодействия – кинетическая область) будет равна:

Табл.13

Кинетическое уравнение лимитирующей стадии кинетики C/Pt

Скорость

Константа

Концентрация

Концентрация

протекания

скорости

образования продукта

образов. O2

Vk, г/л(см/с)

k*(к), см/с

CHCOH, г/л

CO2,г/л

6,40E-14

1,32E+01

2,13E-05

1,0667E-05

,

что соответствует скорости загрязнения рабочей части угольного платинированного электрода.

Температурный коэффициент диффузионной области равен:

Табл.14

Температурный коэффициент диффузионной области C/Pt

Темпер. коэф

e

Eакт(к)

R

T

gд (C/P)

2,718281828

19,98

8,314

293,3

1,310157715

При этом kд* – эффективная константа скорости диффузии равна – (lgkд*=1,58 по графику зависимость lgkд* от  1/T), kд*= 37,58 см/с, а скорость процесса в диффузионной области, начиная с температуры 293,3 К (15оС) и выше равна:

Excel. лист 3. Табл.15

Кинетическое уравнение лимитирующей стадии диффузии C/Pt

Скорость

Константа

Концетрация

Концентрация

протекания

скорости

образов. продукта

образов. O2

Vд г/л(см/с)

k(д)*,см/с

CHCOH,г/л

CO2,г/л

1,82E-13

3,76E+01

2,13E-05

1,0667E-05

,

что 9 – 10 раз больше скорости кинетической области.

Зона 3 (температурный интервал 274 –293,3 К) является переходной областью (рис.2).


Рис. 2. Зависимость lgk* от  1/T для гетерогенного процесса

    Определение количества платиновых платинированных электродов производится с учётом времени (табл. 17) и степени очистки водоёма до предельно допустимых величин (ПДК) и его производительности по выходу продукта окисления.

Табл. 16

 Определение количества C/Pt электродов

Объём сточ. вод

Объём. Водоёма

Конц.HCOH в сточ водах

nC/Pt, шт

kсм

kэф.очист

t,c

Сокисл,г/л

ПДКHCOH, г/л

Vcточ, дм3

Vвод, дм3

CHCOH,г/л

9,19E+00

2

0,55

2,30E+05

2,13E-05

2,00E-04

2,94E+05

3,10E+07

1,92E-01

10 штук

Табл. 17

Время эксплуатации угольного/Pt электрода-катализатора                                            

Время

Время

Толщина

Толщина

скорость

Скорость

эксплуатации

эксплуатации

основы, м

поверх, м

изм. конц-ии

изм. конц-ии

скорость проц

Объём. водоёма

t,c

t,час

dосн,м

dпов,м

Сокисл,г/л

Сокисл,г/л

Vk, г/л(см/с)

Vвод, дм3

2,30E+05

63,87220863

9,00E-03

4,00E-03

2,13E-05

2,13E-05

1,8238E-13

3,10E+07

3 суток

,

где  – концентрация формальдегида в сточных водах при сбросе () – результаты контрольного замера;  – концентрация окисленного формальдегида в процессе самоочистки (; данные стехиометрического расчёта);  – предельно допустимая концентрация формальдегида в воде (); – коэффициент сменности (равен 2 при смене электродов для профилактики);  – коэффициент эффективности практического выхода продукта (для C/Pt – 0,75); остаточная концентрация формальдегида (соответствует ПДКHCOH).

    Время эксплуатации одного угольного платинированного электрода-катализатора  будет равно:

То есть катализаторы необходимо менять один раз в 3 суток.

    Масса одного электрода равна:

Табл. 18

Масса одного электрода С/Pt, кг

Масса одного

Плотность

Плотность

Толщина

Толщина

Площадь

Площадь

электрода

основ С

покр Pt

основы, м

поверх, м

Pt поверх

электрода

mC/Pt, кг

r,кг/дм3

r,кг/дм3

dосн,м

dпов,м

Sпов,м2

Sосн,м2

9,04E+01

0,6

8,9

9,00E-03

4,00E-03

2,50E+00

0,25

,

где – плотность основы угольного электрода (кг/дм3);  – площадь основы угольного электрода (м2);  – толщина основы угольного электрода (м);
 – плотность покрытия угольного электрода (кг/дм3);  – площадь покрытия угольного электрода (м2);  – толщина покрытия угольного электрода (м).

    Стоимость электродов C/Pt равна

,

где – цена 1 грамма угольного платинированного материала (645 руб.).

    Расчёт экономического эффекта приведён в табл. лист 2. Microsoft. Excel.

    Экономический эффект к концу 1-го года эксплуатации водной системы при использовании угольных платинированных электродов-катализаторов составит -127 999 321,1  руб., т. е. эффект отрицательный. Экономические затраты на сооружение приспособлений водоочистки водной системы после первого года не окупятся.

    Положительный эффект в размере 34 591 905,35 руб. от внедрения данной системы водоочистки может быть получен после первого квартала 3-го года эксплуатации.

Общий вывод. Применение угольных платинированных электродов значительно выгоднее, так как при почти одинаковых технических характеристиках по эффективности очистки водоёма от формальдегида (число угольных электродов равно 10, а число Pt/Pt – 6;число смен электродов составит: 1 раз в 7 суток для платиновых платинорованных электродов; и 1 раз в 3 суток для уголных платинированных электродов. Экономический эффект при этом составит 34 591 905,35 руб. против эффекта в 19 488 083,71 руб. при внедрении платинированных платиновых электродов. Срок окупаемости вложений составит 2 года и один квартал.


[1] * Число молей пероксида равно .
Тогда его масса равна

Скачать файл