3. Гальванокоагуляционный метод

В основе принципа гальванокоагуляции лежат те же физико- химические процессы, которые составляют сущность злектрокоагуляции.

Рис. 2. Принципиальная схема электрокоагуляционной очистки:

1-накопитель хромсодержащих стоков, 2-насос, 3- электрокоагулятор,

4-выпрямитель, 5-дозатор раствора хлорида натрия

Отличие данного метода от электрокоагуляции заключается в способе введения в обрабатываемый сток ионов железа, а также в отсутствии электростатической (поляризационной) коагуляции, возникающей при наложении электрического поля.

При гальванокоагуляционной очистке очищаемую воду пропускают через железные стружки, смешанные с коксом в соотношении 4 : 1 или с медной стружкой в соотношении 2,5 : 1. В результате контакта железо-кокс или железо-медь образуется гальванопара, в которой железо является анодом. За счет разности электрохимических потенциалов железо переходит в раствор без наложения тока от внешнего источника:

Fe - 2е = Fe²⁺

В качестве катодных реакций могут протекать реакции выделения водорода, контактного осаждения более благородных, чем железо, металлов и др.

Процесс гальванокоагуляции проводят в проточных вращающихся аппаратах барабанного типа. При вращении барабана стружечная загрузка попеременно то погружается в протекающий сквозь него сток, то оказывается на воздухе, в результате обеспечивается окисление кислородом воздуха двухвалентного железа до трехвалентного по реакциям:

4Fe²⁺ + O₂ + 2H₂O = 4Fe³⁺ + 4OH^-,

Fe³⁺ + 3H₂O = Fe(OH)₃ + 3H⁺,

или суммарно

4Fe²⁺ + O₂ + 10H₂O = 4Fe(OH)₃ + 8H⁺,

В процессе осаждения гидроксида железа (III) происходит уплотнение осадка амфотерного Fе(ОН)з в гематит α-Fе₂0з.

В свою очередь соединения железа (III) при контакте с железной стружкой восстанавливается до соединений железа (II).Таким образом, в обрабатываемой сточной воде образуются соединения железа (II) и (III), причем соединения железа (II) способствуют восстановлению хрома (VI) до хрома (III), а соединения железа (III) в виде гидроксидных соединений трехвалентного железа (лепидокрокита и гетита) и оксидных (магнетита Fез0₄ и гематита Fе₂0з ) участвуют в сорбции и коагуляции загрязнений а также в процессах ферритообразования.

Вращение барабана обеспечивает постоянное обновление поверхности железной стружки за счет трения.

На рис.3 представлена принципиальная схема гальванокоагуляционной очистки.

Очистка сточных вод обеспечивается одновременным действием нескольких механизмов, основными из которых являются:

• восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного;

• контактное осаждение металлов на поверхности железной

• стружки;

• коагуляция грубодисперсных примесей;

• образование соединений включения (клатратов);

• образование ферритов;

• сорбция органических веществ на свежеобразовавшихся кристаллообразных соединениях железа.

Рис. 3. Принципиальная схема гальванокоагуляционной очистки:

1-накопитель хромовых стоков, 2-насос, 3-гальваноковгулятор, 4-ловитель скрапа, 5-отстойник, 6-механический фильтр, 7-фильтр с плавающей загрузкой, 8-пресс-фильтр.

Тяжелые цветные металлы извлекаются в виде ферритов. Наиболее эффективное извлечение меди, цинка, хрома (VI) и хрома (III) из сернокислых растворов наблюдается при рН исходных стоков 2,5-2,7, причем медь и хром (III) эффективно извлекаются в широком диапазоне исходных концентраций от 50 до 250 мг/л; хром (VI) - до 200 мг/л. Никель наиболее эффективно извлекается при рН 3,5-3,7, Цинк и никель хорошо извлекаются лишь при низких концентрациях: до 50 мг/л - цинк и до 100 мг/л - никель. Конечная концентрация ионов тяжелых металлов - 1,0 - 0,1 мг/л.

При гальванокоагуляционной очистке расход железа составляет 0,2-1,0кг на 1 м³ очищаемых стоков в зависимости от рН обрабатываемой воды. В результате очистки образуется 0,4-1,5кг железистого отхода на 1 м³ очищаемых сточных вод.