3.3. Электродиализ
Электродиализом называют процесс переноса ионов через мембрану под действием приложенного к ней электрического поля. Для очистки сточных вод методом электродиализа используют электpохимически активные ионитовые мембраны.
Метод электродиализа можно использовать как для удаления малоконцентpиpованных сточных вод минеральных солей ( в том числе и солей тяжелых металлов ) c целью повторного использования обессоленной воды в производстве и для пеpеpаботки высококонцентpиpованных сточных вод (отpаботанных технологических pаствоpов) с целью pегенеpации из них ценных пpодуктов.
Пpоцесс удаления солей из сточных вод осуществляется в многокамеpных аппаpатах (электpодиализатоpах), в котоpых плоские мембpаны pасположены паpаллельно. Обессоливаемая вода поступает в многокамеpный аппаpат. Пpи пpопускании чеpез такой аппаpат постоянного электpического тока, катионы pаствоpенных солей в четных камеpах будут двигаться к катоду I и пpоходить чеpез катионовую мембpану, отделяющую четные камеpы от нечетных. Анионы будут двигаться к аноду II и пpоходить нечетную камеpу чеpез анионитовую мембpану. Из нечетных камеp ни аниониты, ни катиониты в соседние камеpы не пpоникают, так как на пути движения они встpечают пpепятствия в виде непpоницаемых для катионов анионитовых мембpан со стоpоны анода. В pезультате соли пеpеносятся током из четных камеp к нечетным, вода в четных камеpах опpесняется, а в нечетных pассольных камеpах накапливаются соли. Электpодиализный метод можно пpимененять для очистки pазличных сточных вод, в частности, стоков, обpазующихся пpи электpохимической и химической обpаботке металлов.
К достоинствам метода можно отнести – возможность очистки воды гальванических производств до уровня ПДК, 60% возврат воды округовой оборот, возможность утилизации ценных компонентов.
Недостатки метода: необходимость предварительной очистки сточных вод от масел, ПАВ, органики, солей жесткости; значительный расход электроэнергии, дефицитность и дороговизна мембран, сложность эксплуатации, отсутствие селективности.
3.4 Электрофлотация
При электрофлотации электролитически полученные газовые пузырьки, всплывая в объеме жидкости, взаимодействуют с частицами загрязнений, в результате чего происходит их взаимное слипание, обусловленное уменьшением поверхностной энергии флотируемой частицы и пузырька газа на границе раздела фаз "жидкость-газ". Плотность образующихся агрегатов меньше плотности воды, что обуславливает их транспорт на поверхность жидкости и накопление там флотошлама, который периодически удаляется из аппарата. Основную роль в процессе электрофлотации выполняют пузырьки водорода, выделяющегося на катоде. Размер и интенсивность образования пузырьков водорода зависят от состава и температуры обрабатываемой жидкости, поверхностного натяжения на границе раздела фаз "электрод-раствор", материала электродов, их формы и шероховатости, плотности тока. Изменяя перечисленные параметры, можно регулировать размер и интенсивность выделения
Физико-химические процессы, имеющие место в электрофлотационных аппаратах очистки воды, включают в себя электролитическую генерацию газовых пузырьков, адгезию газовых пузырьков и частиц загрязнений, транспортирование образовавшихся агрегатов "пузырек газа-частица загрязнения" на поверхность обрабатываемой жидкости.
Важной и часто определяющей стадией электрофлотационного процесса является адгезия газовых пузырьков и частиц загрязнений, которая происходит на молекулярном уровне. Сближение пузырька и частицы осуществляется под действием внешних гидродинамических сил, а когда расстояние между ними уменьшается до 106 мм, начинают действовать молекулярные силы. При этом акт прилипания частицы к пузырьку сопровождается резким уменьшением поверхностной энергии пограничных слоев и возникновением сил, стремящихся уменьшить поверхность смачивания.
Процесс флотации протекает тем успешнее, чем больше общая поверхность газовых пузырьков и чем больше площадь контакта их с флотируемыми частицами. В системах с одинаковой степенью газонаполнения жидкости суммарная поверхность более мелких пузырьков будет больше, а расстояние между частицами и пузырьками меньше, что повышает вероятность их столкновения
Безреагентный электрохимический модуль предназначен для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов после электрокорректора pH, где за счет электролиза воды выделяется водород и происходит подщелачивание среды до pH гидратообразования тяжелых металлов. В анодной камере, отделенной от катодной мембраной, происходит накапливание анионов S042-, С1- и других, за счет чего происходит обессоливание воды. В электрофлотационной камере происходит электрофлотация гидроксидов металлов в виде флотошлама. Установка работает в непрерывном режиме и обеспечивает извлечение ионов металла в виде гидроксида, доведение pH до оптимальных значений, получение анолита для переработки флотошлама. Флотошлам удаляется из электрофлотатора пеносборным устройством. При локальной очистке сточных вод возможно повторное использование извлеченного гидроксида металла на корректировку и приготовление электролита основной ванны или для переработки. С помощью модуля очищают сточные воды с начальной концентрацией ионов тяжелых металлов не более 300 мг/л до конечной концентрации не более 1,0 мг/л. При более глубокой очистке используя 2 модуля можно очищать до уровня ПДК (до 0,01 мг/л для цветных металлов).
Рис. 3.2. Принципиальная схема электрофлотационной очистки сточных вод гальванического производства от тяжелых металлов
Недостатки метода: необходимость разбавления концентрированных растворов, незначительное снижение солесодержания очищаемых стоков, аноды из дефицитных материалов.