2. Электрокоагуляционный метод

Электрокоагуляция как метод превращения примесей в грубодисперсное состояние основывается на множестве физико-химических процессов, протекающих в жидкости под воздействием электрического тока:

• электростатическая (поляризационная) коагуляция - диполь-дипольное взаимодействие коллоидных частиц за счет дальнодействующих сил притяжения, возникающих при наложении электрического поля;

• электрохимическая коагуляция - взаимодействие частиц при изменении их заряда или толщины двойного электрического слоя за счет изменения физико-химических свойств раствора (рН и Eh) в межэлектродном объёме или приэлектродных слоях;

• электролитическая коагуляция - взаимодействие частиц при введении потенциалообразующих ионов металлов за счет электрохимического растворения электродов;

• гидродинамическая коагуляция - слипание частиц за счет увеличения числа их столкновений при перемешивании жидкости в электролизере (перемешивание жидкости может осуществляться как продуктами электрохимических реакций, так и за счет конструктивных приемов);

• концентрационная коагуляция - увеличение числа столкновений частиц, приводящих к их слипанию, за счет повышения локальных концентраций частиц в межэлектродном объёме при их транспорте, осаждении на электродах и т.п.

Электрокоагуляционный метод применяют в основном для очистки хромсодержащих сточных вод.

В результате электролитического растворения стальных анодов при рН>2 образуются ионы Fe²⁺ по следующей схеме:

1. Fe + ОН^- = FeОН⁺(адс) + е^- ;

2. FeOH⁺(адc) + ОН^- = Fе(ОН)₂(адс);

3. Fе(ОН)₂(адc) ^- = Fе(ОН)₂(водн);

4. Fе(ОН)₂(водн) = FeOH⁺ + ОН^-;

5. FeOH⁺ = Fe²⁺ + ОН^-.

В настоящее время существуют две основные концепции теоретического обоснования механизма коагуляции, обусловленной введением положительных многозарядных ионов железа, гидролизующихся в воде с образованием гидроксидов и других промежуточных соединений:

специфическая сорбция многозарядных ионов (Al³⁺, Fe³⁺, Fe²⁺ и др.) на частицы с последующим изменением заряда её поверхности, что приводит к коагуляции;

образование малорастворимых соединений ионов металла с компонентами раствора, которые взаимодействуют с коллоидными частицами, имеющими противоположный заряд поверхности.

Одновременно этими процессами ионы Fe²⁺, а также гидроксид железа (II), способствуют химическому восстановлению Сг⁶⁺ до Сг³⁺ по реакциям:

при рН< 5,5 Cr₂O₇^2- +6Fe²⁺ +14H⁺ = 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

при pH> 5,5 Cr₂O₇^2- +3Fe(OH)₂ +4H₂O = Cr(OH)₃ + 3Fe(OH)₃ + 2OH^-

Некоторое количество Сг0₄^2- и Сг₂0₇^2- -ионов восстанавливается до ионов Сг³⁺ в результате катодных электрохимических процессов:

катод Cr₂O₇^2- +14H⁺ + 6e^- = 2Cr³⁺ + 7H₂O

Cr₂O₇^2- +4H₂O + 3e^- = 2Cr(OH)₃ + 5OH^-

При электрохимической обработке сточных вод происходит их подщелачивание, что способствует коагуляции гидроксидов железа (II) и (III) и хрома (III), а также гидроксидов других тяжелых металлов, ионы которых могут содержаться в сточных водах.

Гидроксиды металлов образуют хлопья, на которых происходит адсорбция других примесей, содержащихся в сточных водах. Прирост величины рН может составлять 1-4 единицы.

На рис. 1.2. представлена принципиальная схема электрокоагуляционной очистки.

При необходимости осуществляют доочистку от ионов тяжелых металлов обработкой щелочными реагентами с последующей фильтрацией на песчаных и пенополистирольных фильтрах.