Глава 5. Электрохимичесая очистка производственных сточных вод

Электрохимические методы очистки основаны на электролизе производственных сточных вод. Химические превращения при электролизе могут быть весьма различными в зависимости от вида электролита, а также матириала электродов и присутствия различных веществ в растворе. Основу электролиза составляют два процесса: анодное окисление и катодное восстановление.

Электрохимическую обработку целесообразно применять при очистке концентрированных органических и неорганических загрязнений и небольших расходах производственных сточных вод. Применение электрохимических методов очистки не требует предварительного разбавления сточных вод, не вызывает увеличения их солевого состава, позволяет утилизировать ценные примеси из сточных вод, упрощает технологическую схему очистки и эксплуатацию сооружений, облегчает их автоматизацию и сокращает площади, занимаемые под очистные сооружения, по сравнению с методами реагентной обработки. Основными недостатками электрохимического метода очистки сточных вол являются значительные энергетические затраты и расход металла, необходимость очистки поверхности электродов и межэлектродного пространства от механических примесей.

Опыт применения локальных установок по электрохимическому окислению имеется на предприятиях машиностроительной, приборостроительной, химической. Нефтехимической, целлюлозо-бумажной и других отраслей промышленности, сточные воды которых содержат фенолы, цианиды, нитросоединения, сульфиды, амины, кетоны, альдегиды, спирты, азокрасители толуол и др.

Из числа электрохимических методов очистки производственных сточных вод наибольшее распространение получили: электрохимическая деструкция органических загрязнений (анодное окисление и катодное восстановление), электрофлотация, электрокоагуляция, электродиализ и гальванокоагуляция.

23. Электрофлотационные установки очистки сточных вод

В электрофлотационных установках для проведения процесса флотации используют газообразные продукты – водород и кислород, выделяющиеся на электродах при электролизе обрабатываемой воды. На катоде происходит разряд молекул воды с образованием водорода:

2Н₂О + 2e^- → Н₂ + 2ОН^-. (5.11)

На аноде процесс окисления сопровождается выделением кислорода:

2Н₂О → О₂ + 4Н⁺ + 2e^-. (5.12)

Электроды выполняют в виде пластин, однако чаще их изготавливают в виде проволочной сетки из меди или нержавеющей стали. Оптимального распределения по размерам газовых пузырьков, а также газонаполнения достигают варьированием плотности тока на электродах.

В многокамерных электрофлотаторах, в одной из камер катодное пространство отделено от анодного ионообменной мембраной, водный поток направляется раздельно в анодную и катодную части камер (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Электрофлотатор с электрокорректором рН: 1 – анодная камера электрокорректора рН; 2 – катодная камера электрокорректора рН; 3 – анионообменная мембрана; 4 – анод; 5 – приемник пены; 6 –пеносборник; 7 – камера электрофлотационной доочистки; 8 – гидрозатвор; 9 – катод.

Исходный раствор направляется в катодное пространство первой камеры, после чего поступает во вторую – основную флотационную камеру. В катодном пространстве вследствие протекания реакции (5.11) происходит смещение равновесия в реакции диссоциации воды и изменение рН воды вплоть до значений, соответствующих образованию нерастворимых гидроксидов тяжелых металлов, присутствующих в качестве загрязняющих компонентов. Таким образом, обеспечивается электрохимическая коррекция рН вместо реагентной обработки, поэтому первую камеру называют электрокорректором рН. Для полного осаждения металлов из растворов в виде гидроксидов металлов необходимо в катодной камере поддерживать значения рН на некотором определенном уровне.

Однако катодная камера выполняет помимо указанной и другие функции:

• газонасыщение раствора, необходимое для осуществления флотационного процесса;

• обессоливание раствора вследствие миграции анионов в анодную камеру;

• образования гидроксидов катионов металлов.

Наиболее важной функцией является все же изменение кислотности обрабатываемого раствора в катодном пространстве, поэтому необходимая токовая нагрузка в корректоре рН должна определяться исходя из функции:

Q = F(C_Me + K), (5.13)

где Q – удельный расход электричества, А·ч/л; C_Me – концентрация ионов металлов (г-экв/л); K – константа, зависящая от содержания других примесей в растворе; F – число Фарадея (26,8 А·ч).

Эффект обессоливания за счет удаления анионов в анодную камеру может быть определен из выражения:

С_ан = t_ан(С_Me + K), (5.14)

где С_ан – изменение концентрации анионов в растворе при переносе их через анионообменную мембрану; t_ан – селективность анионообменной мембраны, доли единицы (t_ан = 0,8÷0,9); С_Me и K – то же, что и в выражении (5.13).

Изменение кислотности анионита может быть определено из выражения:

[H⁺] = (Q )/F, (5.15)

где Q – удельный расход электричества, А·ч/л; – выход по току реакции образования кислорода на аноде; F – число Фарадея (26,8 А·ч).