24. Очистка сточных вод электрокоагуляцией

Электрокоагуляцию применяют преимущественно в системах локальной очистки сточных вод, загрязненных тонкодисперсными и коллоидными примесями, от масел, нефтепродуктов, некоторых полимеров, соединений хрома и других тяжелых металлов. Она находит применение в процессах осветления, обесцвечивания, обеззараживания и умягчения воды в системах водоподготовки. Электрокоагуляция применима главным образом для очистки нейтральных и слабощелочных вод.

Как правило, электрокоагулятор служит только для образования гидроксидов металлов и агрегации частиц; процесс разделения фаз проводят в других аппаратах – отстойниках, гидроциклонах и др.

В качестве примера рассмотрем электрокоагуляционную установку для очистки сточных вод, содержащих соединения хрома.

Суть электродных процессов при электрокоагуляции сводится к генерация в процессе анодного растворения металла коагулянта – гидроксида соответствующего металла; подщелачивание воды в процессе электролиза; получение на катоде газообразного водорода.

Соединения хрома присутствуют в сточных водах в виде бихромат-ионов ( ) и хромат-ионов ( ), которые восстанавливаются в электрокоагуляторе катионами двухвалентного железа, образующегося в результате растворения стальных анодов по реакции:

Fe – 2e^- ↔ Fe²⁺. (5.18)

Восстановление Сr⁶⁺ двухвалентным железом протекает с достаточно высокой скоростью в кислой, нейтральной и щелочной средах в соответствии со следующими уравнениями:

+ 6Fe²⁺ + 14H⁺ → 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O, (5.19)

+ 3Fe(OH)₂ + 4H₂O → Cr(OH)₃↓ + 3Fe(OH)₃↓ + 2OH^-. (5.20)

Оптимальные величины рН электрокоагуляционной очистки хромосодержащих сточных вод составляют 3-6.

Схема установки для проведения процесса электрокоагуляции представлена на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Схема электрокоагуляционной установки: 1 – усреднитель; 2 – бак для приготовления раствора; 3 – источник постоянного тока (выпрямитель); 4 – электрокоагулятор; 5 – отстойник; 6 – аппарат для обезвоживания осадка.

Основные конструктивные параметры электрокоагулятора рассчитывают следующим образом. Полезный объем ванны V_п (м³) электрокоагулятора (объем сточных вод, постоянно находящихся в аппарате) равен:

V_п = Qτ. (5.24)

Расход железа на процесс (G_Fe , г/ч):

; (5.25)

рабочая поверхность анодов (S, м²) и их общее число (n_a) определяют из соотношений:

S = I/i, n_a = S/S₁; (5.27)

общее число электродов (катодов и анодов) составляет:

n_э = 2n_a +1; (5.28)

общий объем ванны электролизера (V_эл , м³) равен:

V_эл = V_п + V_э; (5.29)

где Q – расход сточных вод, м³/ч; τ – время процесса, ч; d – удельный расход железа на удаление определенного загрязнения, г/г; с – исходная концентрация иона металла, загрязняющего воду, г/м³; K – коэффициент использования материала электродов в зависимости от толщины электродных пластин, принимаемый равным 0,6-0,8; Q – общее количество электричества, которое необходимо пропустить через объем V_п, м³, стоков для их очистки от Cr⁶⁺, Кл; 11120 – теоретическое количество электричества, необходимое для восстановления 1 г Cr⁶⁺, Кл; i – оптимальная плотность тока, А/м²; S₁ – площадь одного анода, м²; V_э – объем всех электродов, м³.

Эффективность электрокоагуляционной очистки от хрома составляет 90-95 %.