Электрохимические методы очистки сточных вод

 

Электрохимические методы применяют для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей. Их использование дает возможность достаточно полно извлекать из сточных вод ценные продукты без использования химических реагентов. Основным недостатком этих методов является большой расход электроэнергии.

Очистка сточных вод электрохимическими методами основана на использовании процессов, протекающих на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока.

Очистка сточных вод электрохимическими методами осуществляться как периодически, так и непрерывно.

 

Электролиз

 

Очистка сточных вод осуществляется за счет окисления вредных примесей на аноде или их восстановления на катоде. Общая схема электролизеров представлена на рисунке. Вода поступает в емкость, в которую погружены два электрода, соединенные с источником тока. Под действием электрического поля положительно заряженные ионы мигрируют к отрицательному электроду – катоду, а отрицательно заряженные ионы – к положительному электроду – аноду. На электродах происходит переход электронов. Катод отдает электроны в раствор, и в приэлектродном пространстве происходят процессы, связанные с присоединением электронов к реагирующим частицам, – восстановление. В прианодном пространстве протекают процессы переноса электронов от реагирующих частиц к электроду – окисление.

 

Схема электролизера:

1 – внешняя цепь; 2 – емкость; 3 – анод; 4 – катод; 5 – источник питания

 

Электролизеры нашли широкое применение при очистке стоков гальванических производств, которые содержат разнообразные ионы металлов. Кроме того, эти методом можно удалять и различные органические загрязнители: амины, спирты, нитросоединения, азокрасители, альдегиды, и т.д. – которые полностью распадаются с образованием диоксида углерода, воды и аммиака или других нетоксичных соединений.

В качестве анодов используют различные электролитически нерастворимые материалы: графит, диоксиды свинца, марганца, которые наносятся на титановую основу.

Катоды изготавливаются из молибдена, сплава вольфрама с железом или никелем, нержавеющей стали.

Для увеличения интенсивности процессов электроизвлечения металлов, особенно из сильно разбавленных растворов, используют объемные электроды. При использовании таких электродов очищаемый раствор проходит через каналы в теле объемного электрода.

 

Электрокоагуляция

Электрокоагуляцию применяют для очистки сточных вод от высокоустойчивых загрязнений, то есть каких-то тонкодиспергированных примесей, например масел и нефтепродуктов, органических взвесей.

При электрокоагуляции электролиз проводят с использованием растворимых стальных или алюминиевых анодов. Под действием тока происходит их электролитическое растворение и переход в сточную воду катионов металлов. Эти катионы превращаются в гидроксиды или основные соли металлов, которые обладают коагулирующей способностью.

Процессу коагуляции способствуют наличие электрического поля, а также электрохимические реакции в межэлектродном пространстве, приводящие к снижению устойчивости дисперсной системы.

Наибольшее влияние на эффективность очистки оказывает количество пропущенного через раствор электрического тока. При пропускании относительно небольшого количества тока (порядка 40 Кл/л) в растворе образуются мелкие, медленно оседающие хлопья (анод-алюминиевая пластина). При увеличении количества пропущенного тока (80 Кл/л) начинается активное хлопьеобразование. Дальнейшее увеличение количества пропущенного тока (до 160 Кл/л) приводит к резкому улучшению процесса коагуляции и осветления воды.

При электрокоагуляции сточных вод могут идти и другие электрохимические и физико-химические процессы: элетрофорез, катодное восстановление растворенных в воде органических и неорганических веществ, химические реакции между ионами железа и алюминия и содержащимися в воде ионами с образованием нерастворимых солей. Этим объясняется, что эффект очистки воды методом электрокоагуляции выше, чем при ее обработке одинаковыми, в пересчете на металл, дозами коагулянтов в виде солей.

Электрокоагулятор обычно представляет собой корпус прямоугольной или цилиндрической формы, в который помещают электроды. Загрязненная вода может подаваться в нижнюю часть, а очищенная отводится из верхней части аппарата.

Достоинства электрокоагуляции:

– компактность установок;

– отсутствие необходимости в реагентах;

– простота обслуживания;

– экономичность.

К недостаткам можно отнести повышенный расход металла и электроэнергии из-за образования окисной пленки на поверхности электродов и их загрязнении примесями сточных вод.

 

Электрофлотация

 

Электрофлотация широко применяется для очистки сточных вод, содержащих ПАВ и нефтепродукты.

Электрофлотация отличается от обычного вида флотации тем, что пузырьки тонкодиспергированного газа образуются в процессе электролиза обрабатываемой воды.

На катоде происходит разряд молекул воды с образованием водорода:

2Н₂О + 2 е ^– → Н₂ + 2ОН^–.

На аноде процесс окисления сопровождается выделением кислорода:

2Н₂О → О₂ + 4Н⁺ + 2 е ^–.

Пузырьки газа возникают на поверхности электрода, растут и при достижении определенного диаметра отрываются от поверхности.

Электрофлотация гидрофобных загрязнений протекает с применением электрохимически нерастворимых анодов, например угольных, графитовых. При использовании растворимых электродов (алюминиевых, железных) происходит образование хлопьев коагулянтов (при переходе ионов в раствор) и пузырьков газа. Это способствует более эффективной флотации.

Электрофлотация имеет следующие преимущества:

– высокая степень дисперсности газовых пузырьков и относительная чистота их поверхности. Дисперсность пузырьков газа варьируется изменением плотности тока на электродах или изменением диаметра, формы и материала электрода. При этом оптимальные параметры ведения процесса определяются экспериментально;

– возможность флотации раздельно пузырьками водорода или кислорода для проведения окисления. Для этого применяют диафрагму;

– простота изготовления электрофлотационного аппарата и легкость его обслуживания;

– высокая степень очистки за достаточно короткое время (эффективность очистки от нефтепродуктов достигает 90%) (обычно процесс длится от нескольких минут до 30–40 минут);

– возможность утилизации извлекаемых компонентов.