Электрохимические процессы Процессы и оборудование, применяемые для очистки сточных вод

Электрохимические процессы широко применяются для очистки сточных вод и выделения металлов из растворов. Устройства, в которых проводят процессы электрохимического воздействия на водные растворы называют электролизерами. В зависимости от природы процессов в таких аппаратах, их разделяют на электрофлотаторы, электрокоагуляторы, собственно электролизеры и электродиализаторы.

Электрофлотация

Для проведения процесса электрофлотации используют водород и кислород, выделяющиеся при электролизе воды. На катоде происходит восстановление воды с образованием водорода:

2Н₂О + 2ē → Н₂ + 2НО^-,

а на аноде процесс окисления сопровождается выделением кислорода:

2Н₂О - 2ē → О₂ + 4Н⁺ .

Электролиз обеспечивает получение высокодисперсной газовой фазы, что позволяет использовать электрофлотаторы для очистки воды от устойчивых коллоидных загрязнителей.

Электрофлотационные установки разделяют по направлению движения воды и флотирующих газов в них на противоточные и прямоточные с горизонтальным или вертикальным расположением электродов.. Многокамерный электрофлотатор состоит обычно из успокоителя, электродных камер и флотоотстойника. Сточная вода поступает в приемную камеру, отделенную от основной части перегородкой. Электродный блок представляет собой набор катодов и анодов. Проходя через электродное пространство, вода насыщается газообразными продуктами реакции, что приводит к всплыванию частиц. Электроды выполняют в виде проволочных сеток из меди или нержавеющей стали. Размер пузырьков газа, зависит от величины краевого угла смачивания и кривизны поверхности электродов, поэтому, изменяя диаметр проволоки, удается регулировать дисперсность газовой фазы. Оптимального распределения по размерам газовых пузырьков, а также газонаполнения достигают варьированием плотности тока на электродах.

В одной из конструкций аноды выполнены в форме трехгранных призм, расположенных в шахматном порядке на дне аппарата. Катоды представляют собой отдельные проволочные сетки, изогнутые под углом и расположенные над анодами параллельно граням.

Очищаемая вода поступает в приемную емкость , откуда переливается во флотационную камеру и насыщается пузырьками газа. Пузырьки флотируют загрязняющие компоненты на поверхность, где частицы скапливаются в виде пены и удаляются по наклонному желобу. Внутри желоба проходит трубопровод с горячей водой. Пенообразная масса в результате нагрева частиц дегазируется и образовавшаяся суспензия, содержащая тонкую фракцию, переливается в нижнюю емкость и удаляется из аппарата. Песковая часть твердой фазы. опускается вниз и выводится через штуцер.

Электрокоагуляция.

Электрокоагуляция – процесс очистки сточных вод путем захвата примесей труднорастворимыми гидроксидами железа, алюминия или магния, образующимися при анодном окислении соответствующего металла. Последние после подщелачивания раствора флотируются выделяющимся на катоде газообразным водородом.

Электрокоагулятор обычно представляет собой корпус, в который помещают электродную систему. Обрабатываемая вода протекает между электродами. В зависимости от характера движения обрабатываемой воды электрокоагуляторы бывают однопоточные и многопоточные, с горизонтальным и вертикальным движением воды.

Электрокоагуляторы снабжают вытяжным вентиляционным устройством для удаления газов, механическими устройствами для удаления флотируемых продуктов с поверхности очищаемой воды и осадка из нижней части аппарата, а также устройствами для очистки поверхности электродов и межэлектродного пространства.

Подключение электродов к источнику питания может быть параллельным или последовательным. Во втором случае ток подводится только к двум крайним электродам. Промежуточные электроды работают как биполярные.

Обычно электрокоагулятор служит только для образования гидроксидов металлов и агрегации частиц. Процесс разделения фаз проводят в других аппаратах: отстойниках, гидроциклонах и др. Есть конструкции, в которых эти процессы совмещены и протекают в одной камере. Процессы, протекающие в электрокоагуляторах на электродах и в объеме раствора, определяются природой материала электродов и примесей, содержащих в воде, а также величиной рН раствора.

При наложении электрического поля металлический анод растворяется, а на катоде выделяется водород. Зависимость силы тока от потенциала, определяемая экспериментально, имеет сложный вид, и в области определенных потенциалов происходит характерное снижение скорости процесса (пассивация электрода). Это явление необходимо учитывать при рассмотрении процессов электрокоагуляции. Для нормального протекания процесса коагуляции необходимо, чтобы образовавшиеся в результате электродной реакции ионы металла подверглись гидролизу.

Электрокоагуляцию применяют преимущественно в системах локальной очистки нейтральных и слабощелочных сточных вод, загрязненных тонкодисперсными и коллоидными примесями, от масел, нефтепродуктов, некоторых полимеров, соединений хрома и других тяжелых металле. Обрабатываемая вода проходит сначала предварительную грубую очистку в механических фильтрах или гидроциклонах Основной процесс электрокоагуляционной очистки происходит в аппарате, который является флотатором-отстойником. Часть скоагулированных примесей флотируется, другая осаждается в нижней части аппарата. Флотируемые продукты из верхней части аппарата, а также осадок из нижней части отводятся в сборник, а осветленная вода после фильтрации поступает в оборот. Нефтепродукты из сборника выводятся на последующую переработку.