4.4.1. Анодное окисление и катодное восстановление

Процессы электрохимического окисления и восстановления осуществляют в аппаратах, называемых электролизерами. Электролизеры применяются преимущественно на локальных установках для удаления из сточных вод цианидов, роданидов, соединений азота, сульфидов, фенолов, спиртов, альдегидов, кетонов, меркаптанов и ряда других компонентов.

Рис. 4.21. Схема очистки сточных вод от цианидов методом анодного окисления: 1 – подача сточной воды; 2 – резервуар-усреднитель; 3 – бак для приготовления раствора поваренной соли; 4 – бак для приготовления щелочного реагента; 5 – электролизер; 6 – емкость очищенной воды; 7 – подача воды на повторную очистку; 8 – подача воздуха; 9 – источник постоянного тока

Методом анодного окисления обрабатываются сточные воды, содержащие цианистые соединения с концентрацией 100÷1000 мг/л, при расходе до 10 м³/ч [1, 6]. Принципиальная схема электрохимической очистки цианосодержащих сточных вод показана на рис. 4.21. Раствор поваренной соли подается для увеличения электропроводности воды (при этом цианиды дополнительно окисляются образующимся на аноде хлором), а раствор щелочи – для корректировки показателя рН до величины ≥ 10.

Электролизеры представляют собой стальные резервуары прямоугольной формы, открытые или со съемной крышкой. Резервуары разделены с помощью перегородок из синтетических материалов на несколько отсеков. В перегородках выполняются несколько рядов отверстий, суммарная площадь которых составляет 20÷30 % площади находящейся в воде части перегородки.

Сточные воды в электролизере движутся горизонтально вдоль поверхности электродов. Электролизер оборудуется приемной и сборной камерами, также отделенными от рабочего пространства дырчатыми перегородками. На дно аппарата в каждом отсеке укладываются перфорированные трубы из синтетических материалов для подачи сжатого воздуха, который, барботируя через жидкость, способствует ее перемешиванию.

В ванне электролизера размещаются электроды двух типов: стальные катоды в виде пластин толщиной 1÷2 мм и графитовые аноды в виде плит или стержней. Размеры стандартных графитовых плит составляют 1000×180×50 мм. Применяются также титановые аноды с металлооксидным покрытием (диоксид рутения, магнетит и др.). Ориентировочный срок службы графитовых анодов составляет 4÷5 месяцев. При обработке медьсодержащих сточных вод целесообразно использовать медные катоды для облегчения утилизации извлекаемой в виде катодного осадка меди.

При определении габаритов электролизера необходимо учитывать объем находящейся в нем воды, а также объем, занимаемый перегородками и электродами. Расстояние между соседними электродами составляет 40÷50 мм.

Катоды и аноды подвешиваются в электролизере на токопроводах, выполненных в виде медных или латунных стержней. Концы стержней фиксируются на соответствующих шинах, укладываемых на изоляторах вдоль бортов электролизера. Сечение проводников рассчитывается на максимальную токовую нагрузку.

Корпус электролизера должен быть защищен изнутри материалами, стойкими к воздействию хлора и его кислородных соединений, оборудован вентиляционным устройством для удаления выделяющегося газообразного водорода.

При величине тока в электрической цепи свыше 3000 А и необходимости отведения больших количеств газообразных продуктов электролиза рекомендуется устанавливать несколько электролизеров с автономными источниками питания.

Электролизеры могут быть аппаратами периодического и непрерывного действия. Величина рабочего тока, А, при работе электролизеров определяется по формулам:

– для аппаратов периодического действия:

,

(4.49)

– для аппаратов непрерывного действия:

,

(4.50)

где k_y – коэффициент удельного расхода электроэнергии, (А· ч)/г; при очистке сточных вод от цианидов принимается равным 2.06;

С_вх – концентрация удаляемых примесей в сточной воде, г/м³;

V_эл – объем ванны электролизера, м³;

Т – время пребывания сточных вод в электролизере (0.25÷0.5 ч);

Q – расход сточных вод, м³/ч;

η_эл – выход электролизера по току, при обезвреживании цианидов принимаемый равным 0.6÷0.8.

При электролизе протекает множество электрохимических реакций, и выход электролизера по току характеризует ту часть используемого электричества, которая приходится на долю интересующей реакции.

Суммарная площадь поверхности анодов, м², вычисляется по формуле:

,

(4.51)

где i_ан – анодная плотность тока, А/м², зависящая от вида удаляемых примесей (при удалении цианидов – 100÷150 А/м², тринитротолуола – 200÷600 А/м²).

Общее число анодов:

,

(4.52)

где f_ан – площадь поверхности одного анода, м².

Площадь поверхности катодов принимается равной площади поверхности анодов.

Найденная величина рабочего тока является параметром, позволяющим подобрать тип выпрямителя тока (источника электропитания). Характеристики типовых выпрямительных агрегатов, используемых для электрохимической очистки воды, представлены в приложении 22.