Электрокатализ

Степень окисления органических загрязнений значительно увеличивается при вводе в обрабатываемую воду поваренной соли, при электролизе которой образуется активный хлор, обладающий высоким окислительным потенциалом. Для снижения затрат и повышения эффективности очистки используют катализаторы восстановления активного хлора - активированный уголь, гидроксиды и оксиды металлов переменной валентности.

Процесс электрохимической деструкции с каталитическим окислением органических

примесей осуществляют двумя методами: введением в электродное пространство вместе с потоком жидкости подвижного или гранулированного неподвижного катализатора и введением катализатора в поток после электролиза в специальном реакторе.

Преимуществом первой схемы является возможность многократного использования хло-

рид-иона в том же реакторе, поскольку атомарный кислород немедленно вступает в реакцию окисления из-за своей термодинамической неустойчивости, а хлорид-ион опять разряжается на аноде и образует активный хлор. Концентрация хлорид-ионов в растворе остается почти неизменной, хотя они непрерывно участвуют в окислительно-восстановительных процессах, благодаря чему увеличивается общий выход активного хлора. Используя подвижные катализаторы, в поток жидкости обычно вводят металлы переменной валентности в виде легкорастворяющихся солей или гидроксидов. Таким же образом используются порошкообразные активированные угли.

Для очистки различных категорий сточных вод расход катализаторов по активному ве-

ществу достигает 40 кг/м3, поэтому если катализаторы не возвращать повторно в цикл

очистки, то себестоимость обработки жидкости будет высокая. Снизить себестоимость можно созданием дополнительных узлов улавливания и регенерации катализаторов, что, в свою очередь, усложняет технологическую схему.

Размещение гранулированных катализаторов, активированных углей или материалов, со-

держащих оксиды металлов переменной валентности, в межэлектродном пространстве

несколько упрощает технологическую схему очистки. Следует также отметить, что в межэлектродном пространстве гранулы катализатора работают как биполярные микроэлектроды, вследствие чего катализаторы разрушаются и уносятся вместе с потоком очищенной жидкости. Возможно забивание пор между гранулами и уменьшение пропускной способности электролизера.

Основным недостатком этого метода является разрушение активного слоя анодных пла-

стин, выполненных с применением неблагородных металлов. Для электролиза рекомендуются аноды на титановой основе с покрытиями из оксидов кобальта и марганца, магнетита и других металлов.

По второму варианту катализ осуществляется в отдельном реакторе. В этом случае элек-

тролизер может служить для минерализации легкоокисляемых органических загрязнений и получения активного хлора в необходимом количестве. Катализ в отдельном реакторе можно проводить как с растворенным, так и с гранулированным катализатором. Растворенные и мелкодиспергированные катализаторы также требуют улавливания и возврата. Процесс технологически проще выполняется с гранулированными катализаторами. Известны два основных варианта контакта гранулированной загрузки с потоком жидкости — в виде насыпных устройств и в виде взвешенного слоя.

Данные химической технологии свидетельствуют, что наиболее эффективным является

контакт во взвешенном слое катализатора. В реакторе с гранулированной загрузкой окислению подвергается оставшаяся трудноокисляемая органика и обеспечивается дехлорирование очищенной воды, поэтому оптимальное сочетание электролиза и последующего катализа может обеспечить высокую эффективность очистки при минимальных затратах электроэнергии. Такая технологическая схема является наиболее перспективной.

Электрокаталитическая очистка сточных вод является новой и еще мало исследованной,

особенно в области использования недорогих и доступных катализаторов, в том числе отходов промышленности, содержащих оксиды металлов переменной валентности.

Однако растущее в последнее время количество публикаций по данному вопросу, позво-

ляющих оценить состояние исследований в этой области, дает основание для определенного оптимизма. Так, например, исследован метод электрокаталитической очистки сточных вод от красителей, поверхностно-активных и текстильно-вспомогательных веществ, при котором в качестве катализатора рекомендуется использовать гранулированный активированный пиролюзит — отход термического производства диоксида марганца.

Для реализации этого метода очистки разработан комбинированный аппарат (рис.), ко-

торый имеет два блока электродов 6 с нерастворимыми анодами и камеру доочистки 4 с гранулированной каталитической загрузкой 8. Вода подается в аппарат с двух сторон через штуцеры 7, последовательно проходит по электролитическим ячейкам и переливается через верхнюю кромку катодных пластин в камеру 4. Если в процессе электролиза возможно образование над электродами слоя пены, как, например, при электрофлотации поверхностно-активных веществ, то эта пена наклонными козырьками крышки 1 вытесняется также в камеру 4. Местная вытяжная вентиляция 3, предназначенная для обеспечения взрывобезопасности, используется для интенсификации пеногашения за счет создания направленной струи воздуха над слоем пены из щелевого впускного канала 2.

Рис..Комбинированный аппарат для электрокаталитической очистки сточных вод.

Струя поступающего воздуха изменяет направление движения пенного слоя, прижимает

его к стенке камеры, по которой стекает очищенная вода из электродного блока. Потоки воздуха и воды, двигаясь параллельно друг другу, создают местное разрежение, что ускоряет дегазацию пены, которая быстро гасится на поверхности гранулированной загрузки. Поступающие в камеру доочистки потоки воды вместе с пеной распределяются сетчатым устройством 5 по поверхности загрузки 8.

При прохождении воды и пеноконденсата через загрузку происходит восстановление ак-тивного хлора, при котором образующийся атомарный кислород окисляет находящиеся в жидкости остаточные органические загрязнения. Очищенная вода собирается в пространстве между ложным днищем 9 и дном камеры 4 и отводится через патрубок 10.

Список использованных источников информации: