3.3 Phương pháp và thơng số thí nghiệm
Bảng 3.7 Các thông số điện cực ban đầu. Nội dung vật Nội dung vật
liệu điện cực
Giá trị thơng số thí nghiệm
Cách lấy thơng số Ghi
chú Loại diện cực TiTan Như phần 1.7 đã đề cập
Bản cực - 2 bản cực âm titan - 1 bản cực dương titan có phủ lớp PbO2.
1 cực dương 2 cực âm, số bản cực sẽ liên quan đến mật độ dịng điện, vì vậy có thể chọn theo cơng thức i= I/S với mật độ dòng điện cho trước và điều chỉnh I.
Kích thước mỗi bản cực
10x10 cm Kích thước đủ để bản cực ngập trong nước.
Diện tích bản cực
145cm2
Bản cực dẹp dạng lưới.
Lổ trống hình thoi: Đường chéo d1=0,2cm, d2=0,8cm. Diện tích St=1/2(0,2x0,8) = 0,08 cm2. Số lổ trống: 343. Diện tích lổ trống = 0,08x343 = 27,44 cm2 Diện tích phản ứng S= (Diện tích phủ bì - Diện tích lổ trống) x 2 mặt S = (10x10 - 27,44) x2 = 145 cm2
Để đạt được những thông số với độ điện phân tối ưu nhất. Với điện cực là Titan, ta cần thực hiện những thí nghiệm để xác định các thơng số sau đây: mật độ dịng điện, khoảng cách giữa các cực, thể tích của bể chứa, lưu lượng dịng chảy.
Đối với các thí nghiệm để xác định ta sẽ thực hiện với cùng một loại nước được lấy cùng cùng địa điểm để đảm bảo tính khách quan cho số liệu của mình. Bởi vậy, nước thí nghiệm được thu ở những địa điểm khác nhau sẽ không giống nhau về thành phần và nồng độ các chất. Khi đó, điều kiện vận hành của các thí nghiệm trong cùng một nghiệm thức sẽ khác nhau và kết quả đạt được sẽ khơng đồng nhất nhau.
Thể tích nước cần xử lý cũng chính là thể tích nước của tháp giải nhiệt của hệ thống là 65l. Nước sẽ được bơm chìm vận chuyển từ bể của tháp giải nhiệt đến bể phản ứng điện phân. Lưu lượng thí nghiệm sẽ được điều chỉnh thơng qua van bi.
Bảng 3.8 Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 232-1999 về chất lượng nước cấp cho hệ thống tuần hoàn nước lạnh và nước cấp giải nhiệt .
Bảng 3.9 Thông số nước đầu vào bộ điện phân ban đầu. . .
Hiệu quả xử lý được tính theo phương trình sau:
(%) inout in CC R C − = (3.4) Trong đó: R: tỷ lệ phần trăm độ cứng sau xử lý (%) in C : nồng độ ban đầu (ppm) out C : nồng độ sau xử lý (ppm)
Sau mỗi lần điện phân, nhóm sẽ thực hiện lấy điện cực cân lại. Và sẽ đem điệc cực đó làm sạch để điện cực có thể thực hiện thí nghiệm q trình điện phân tiếp theo mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng phản ứng của thí nghiệm.
3.3.1 Thí nghiệm định hướng chọn mật độ dòng điện
Để thực hiện thí nghiệm ta xin chia ra làm 6 mốc mật độ dòng điện là: 20 A/m2, 40 A/m2, 60 A/m2, 80 A/m2, 90 A/m2, 100 A/m2. Sau mỗi thí nghiệm, điện năng tiêu thụ sẽ được thống kê.
Các thông số yêu cầu của nước Giá trị
Độ PH 7,6
Độ cứng cacbonat 240mg/l
Thông số nước đầu vào Giá trị
Tổng độ cứng (mg/) 280
TDS (mg/l) 405
Đối với các thơng số cịn lại, ta quyết định chọn như sau: cường độ dịng điện được xác định dựa vào cơng thức liên quan giữa mật độ dòng điện và cường độ dịng điện, khoảng cách giữa các điện cực 2cm.
Vì vậy với thí nghiệm này ta thực hiện 6 thí nghiệm với mốc mật dộ dịng điện khác nhau đã chọn. Mục đích của thí nghiệm là chọn được một thơng số mật độ dòng điện đạt kết quả tối ưu nhất trong điện phân.
Trong quá trình vận hành, ta sẽ theo dõi quá trình điện phân và mỗi 5 phút sẽ ghi các thông số cần thiết trong 100 phút. Sau đó phân tích thơng số và chọn ra mật độ dòng điện tối ưu nhất dựa trên các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật đề ra. Và kết quả này sẽ dùng để thưc hiện thí nghiệm tiếp theo.
3.3.2 Thí nghiệm định hướng chọn khoảng cách giữa các điện cực
Thí nghiệm này ta thực hiện với 3 thí nghiệm tương ứng với 3 khoảng cách lần lượt là 1cm; 2cm; 3cm. Đối với các thơng số cịn lại, ta quyết định chọn như sau: mật độ dịng điện là 90A/m2 (theo thí nghiệm 2.3.1 thí nghiệm đinh hướng chọn mật độ dịng điện). Sau mỗi thí nghiệm, điện năng tiêu thụ sẽ được thống kê.
Vì vậy với thí nghiệm này ta thực hiện 3 thí nghiệm với 3 khoảng cách khác nhau đã chọn. Mục đích của thí nghiệm là chọn được một khoảng cách giữa các điện cực tối ưu nhất trong điện phân.
Trong quá trình vận hành, ta sẽ theo dõi quá trình điện phân và mỗi 5 phút sẽ ghi các thông số cần thiết trong 100 phút. Sau đó phân tích thơng số và chọn ra khoảng cách giữa các điện cực tối ưu nhất dựa trên các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật đề ra. Và kết quả này sẽ dùng để thực hiện thí nghiệm tiếp theo.
3.3.3 Thí nghiệm định hướng chọn thể tích bể phản ứng
Ta sẽ thực hiện 4 thí nghiệm với bước nhảy là 0,5l (tức là bắt đầu 1l và kết thúc ở 2,5l). Đối với các thơng số cịn lại ta lựa chọn như sau: mật độ dịng điện là 90A/m2
(theo thí nghiệm 2.3.1 thí nghiệm định hướng chọn mật độ dòng điện) và khoảng cách sẽ 2cm (theo thí nghiệm 2.3.2 thí nghiệm đinh hướng chọn khoảng cách giữa các điện cực). Sau mỗi thí nghiệm, điện năng tiêu thụ sẽ được thống kê.
Vì vậy với thí nghiệm chọn thể tích bể phản ứng ta thực hiện 4 thí nghiệm với 4 thơng số thể tích khác nhau như đã đề cập. Mục đích của thí nghiệm là chọn được thể tích bể phản ứng thích hợp cho thí nghiệm.
Trong q trình vận hành, ta sẽ theo dõi quá trình điện phân và mỗi 5 phút sẽ ghi các thông số cần thiết trong 100 phút. Sau đó phân tích thơng số và chọn ra thể tích tối ưu nhất dựa trên các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật đề ra. Và kết quả này sẽ dùng để thưc hiện thí nghiệm tiếp theo.
Từ 3 kết quả thí nghiệm định hướng trên ta sẽ chọn những thông số tối ưu nhất để thực hiện việc đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng dịng chảy đến q trình điện phân xử lý nước cứng.
3.3.4 Thí nghiệm đánh giá sự ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy đến hiệu suất của bộ điện phân
Bảng 3.10 Các thơng số đầu vào trong thí nghiệm đánh giá lưu lượng
Thơng số Giá trị Tham khảo
Mật độ dòng điện cực
dương 90A/m
2 Được chọn từ thí nghiệm 3.3.1
Khoảng cách 2cm Dựa vào thí nghiệm 3.3.2
Thời gian thí nghiệm Mỗi ngày chạy 8 giờ liên tục
Thể tích bể nước 2l Dựa vào thí nghiệm 3.3.3
Lưu lượng xử lý 1 l/phút 2 l/phút 3 l/phút 4 l/phút 5 l/phút 6 l/phút
Để thực hiện thí nghiệm này, ta sẽ thực hiện 6 thí nghiệm với bước nhảy là 1l/phút (tức là bắt đầu 1l/phút và kết thúc ở 6 l/phút). Đối với các thơng số cịn lại ta lựa chọn như sau: mật độ dịng điện, thể tích bể chứa nước và khoảng cách sẽ lấy từ thí nghiệm
Vì vậy với thí nghiệm đánh giá lưu lượng dịng chảy này ta thực hiện 6 thí nghiệm với 6 thơng số thể tích khác nhau như đã đề cập. Mục đích của thí nghiệm là đánh giá sự ảnh hưởng của lưu lượng đến điện phân xử lý nước cứng.
Trong quá trình vận hành, ta sẽ theo dõi quá trình điện phân trong suốt 8 giờ và mỗi 30 phút sẽ ghi các thơng số cần thiết. Sau đó phân tích thơng số xử lý dữ liệu để có thể chọn ra và đánh giá được lưu lượng ảnh hưởng đến quá trình điện phân dựa trên các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật đề ra. Và kết quả này sẽ dùng để vẽ đồ thị và là kết quả chính của bài.
Chương 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN
Dựa vào cơ sở lí luận ở chương 2 và các thơng số thực nghiệm đo được cho các thí nghiệm. Các kết quả thí nghiệm và xử lí trên phần mềm Excel 2013 và các đồ thị được vẽ bằng phần mềm Origin 8.0.
4.1 Kết quả thí nghiệm định hướng chọn mật độ dịng điện
Biểu đồ 4.1 Ảnh hưởng của MĐDĐ đến sự sụt giảm tổng độ cứng của nước theo thời gian
Theo lý thuyết với sự gia tăng của MĐDĐ, các phản ứng điện phân diễn ra càng mạnh mẽ. Lượng OH- sinh ra ở cathode và ion H+ sinh ra ở anode cũng tăng lên. Tăng MĐDĐ làm cho linh độ tăng theo làm cho tốc độ vận chuyển ion giữa 2 bản cực cũng diễn ra nhanh chóng hơn, lượng ion Canxi gây ra độ cứng cũng được dịch chuyển nhanh đến cực âm phản ứng với CO32- đang được sinh ra mãnh liệt tại cathode làm cho lượng kết tủa sinh ra ở đây tăng lên vì thế hiệu quả loại bỏ độ cứng tăng lên.
Độ cứng sau xử lý của các MĐDĐ 20 A/m2, 40 A/m2, 60 A/m2, 80 A/m2, 90 A/m2, 100 A/m2 đạt được lần lượt là 90 mg/l; 57 mg/l; 55 mg/l; 51 mg/l; 33 mg/l; 21 mg/l. Hai MĐDĐ đạt được độ cứng sau xử lý thấp nhất là 90 A/m2 và 100 A/m2.