6.8. Электрофорез
Электрофорез применяется для очистки воды в целях удаления различных компонентов: органических веществ, ПАВ, взвешенных частиц, масел, водорослей, оксидов железа и других загрязнений. Электрофорез рекомендуют использовать для доочистки сточных вод после биологической очистки. Электрофоретический метод основан на транспорте заряженных частиц в электрическом поле и особенно ценен для агрегативно устойчивых коллоидных загрязнений, имеющих высокое значение электрокинетического потенциала. В таких средах другие методы очистки, типа коагуляции, не дают высокого эффекта.
Электрофорез с плоско параллельными никелевыми или алюминиевыми электродами, расположенными на расстоянии 15 - 20 мм друг от друга, при напряженности поля 15 - 40 В/см приводит к образованию на аноде электрофоретического осадка, толщина которого увеличивается в направлении сверху вниз. Осадок частично отделяется от электрода за счет газовыделения и в форме крупных хлопьев собирается на дне ячейки. При высоких величинах силы тока может не происходить образование осадка на электродах. При этом в приэлектродном пространстве происходит электрохимическая и коллоидно-химическая коагуляция, но и в этом случае вклад электрофореза определяющий, так как обеспечивается транспорт частиц в локальную зону повышенной концентрации электролита. В этой зоне и протекает процесс концентрационной коагуляции нерастворимых примесей.
При создании электрического поля отрицательно заряженные взвешенные и коллоидные частицы движутся к аноду через фильтр в направлении, противоположном движению воды. При условии, что скорость электрофоретического переноса частиц больше скорости фильтрования воды, частицы загрязнений проходят через фильтр, в результате чего образуется очищенная вода. Перед мембранами в отделениях исходной воды каждой камеры происходит концентрирование частиц. Под действием потока исходной воды и сил тяжести загрязения удаляются по трубопроводам. Для иллюстрации приведем схему электрофоретического аппарата (рис. 6.6).
Многокамерный аппарат для электрофореза состоит из рамок для распределения воды, мембран и фильтров, зажатых между пластин. В пластины вмонтированы электроды: платиновый анод и графитовый катод. Вся система стянута болтами. В торцевых пластинах имеются отверстия со штуцерами для подвода и отвода воды. Камеры, образуемые рамками, отделены друг от друга мембранами, способными пропускать ионы солей и задерживать частицы. Каждая камера разделена фильтром на два отделения – исходной и очищенной воды. В качестве фильтров используют различные пористые неметаллические материалы: фильтробумагу, нитроцеллюлозу и т.д.
При электрофорезе используются невысокие напряжения, а процесс управляется путем регулирования электроповерхностных свойств дисперсных частиц, например изменением pH. Оптимальными условиями разделения фаз, согласно экспериментальным данным, является напряжение 50 - 60 В при продолжительности процесса 60 - 120 с, т.е. значительно меньшем, чем в других способах. Нормальная работа аппаратов обеспечивается при постоянстве расхода воды и ламинарном режиме ее движения вдоль мембран и фильтров. Подача воды и отвод ее должны осуществляться ближе к мембране и дальше от фильтра. Отсутствие или недостаточная промывка (продувка воды) из аппарата может привести к постепенному накоплению загрянений и снижению эффективности очистки.
Расход воды на продувку составляет не менее 15 % от общего расхода воды. За счет образования щелочного католита и кислого анолита в электродных камерах и диффузии ионов H+ и OH- через мембраны в рабочие камеры может изменяться pH очищенной воды и ее надо регулировать.
Электрофорез – перспективный метод для очистки окрашенных вод с малым солесодержанием. Так, затраты энергии при очистке воды с цветностью 150 град составляют около 0,6 кВтч/м3. Повышение солесодержания исходной воды приводит к увеличению расхода энергии на очистку.
Рис. 6.6. Схема многокамерного электрофоретического аппарата:
1 – подача исходной воды; 2 – отвод промводы и газов электродиализа; 3 – электродная камера; 4 – рабочая камера; 5 – отвод очищенной воды; 6 – заполнение и промывка электродных камер; 7 – отвод концентрированной фракции; А – анод; К – катод; М – мембрана; Ф – фильтр