2.3 Электрохимическая очистка Выбор материала электродов
Природа материалов электродов и их подготовка оказывают большое влияние на направление и ход реакции при очистке воды от загрязнений. При выборе электродного материала необходимо соблюдение следующих условий:
- обеспечение устойчивости электрода в процессе обработки и его длительной эксплуатации;
- продукты разрушения электродов не должны быть токсичными;
- обеспечение высокой электропроводности и механической прочности;
- доступность и невысокая стоимость материала.
Электроды изготавливают в виде пластин, однако чаще их изготавливают в виде проволочной сетки из меди или нержавеющей стали.
Электролизеры
Устройства в которых те или иные процессы электрохимическоговоздействия на водные растворы, имеют общее название – электролизеры. Общая принципиальная схема таких устройств представлена на рисунке 21. Вода поступает в емкость 2, в которую погружены 2 электрода 3, 4, соединенные с источником тока 5. Под действием электрического поля положительно заряженные ионы мигрируют к отрицательному электроду (катоду), а отрицательно заряженные ионы к положительно заряженному электроду (аноду). На электродах происходит переход электронов. Катод отдает электроды в раствор, и в приэлектронном пространстве происходят процессы, связанные с присоединением электронов к реагирующим частицам – восстановление. В прианодном пространстве протекают процессы переноса электронов от реагирующих частиц к электроду – окисление.
1 – внешняя цепь; 2 –емкость; 3 – анод; 4 – катод; 5 –источник питания.
В зависимости от природы процессов, протекающих в таких аппаратах и обеспечивающих извлечение или обезвреживание загрязняющих компонентов, электролизеры разделяют на следующие типы: электрофлотаторы, электрокоагуляторы, электролизеры для проведения реакций окисления и восстановления и электродиализаторы.
Электрофлотационные установки (эфу)
В данных 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. На аноде процесс окисления сопровождается выделением кислорода. Размер пузырьков газа определяется природой и формой электродов. А также условиями проведение электролиза. Принципиально электролиз позволяет получить заранее заданное распределение пузырьков газа по размерам. Электролитическое диспергирование газа обеспечивает так же получение наиболее высокодисперсной газовой фазы, что позволяет использовать электрофлотаторы для очистки воды от устойчивых коллоидных загрязнителей.
Электрофлотационные установки разделяют по направлению движения воды и флотирующих газов в них на противоточные и прямоточные, с горизонтальным или вертикальным расположением электродов рис 22.
а – с противоточным движением воды и газов: 1 – механизм для удаления пены; 2,5 – перфорированные трубы для подачи и вывода воды; 3 – сборник пены; 4 – электроды.
б – с горизонтально направленным потоком воды: 1,3 - приемная и выпускная камеры; 2 – рабочие камеры.
в – смешанное направление потоков в многокамерном аппарате: 1 – приемная и выпускная камеры; 2 – рабочие камеры; 3 – анод; 4 – катод; 5 – токоподводящие шины; 6 – сепаратор.
ЭФУ имеют одну или несколько камер. Многокамерный электрофлотатор состоит обычно из успокоителя, электродных камер и флотоотстойника.
При горизонтальном расположении электродов во флотационной камере на них могут оседать твердые частицы. Которые нарушают нормальную работу аппарата. Имеются конструкции позволяющие избавится от этого недостатка. На рисунке 23 представлен электрофлотатор. В котором аноды выполнены в форме трехгранных призм, расположенных в шахматном порядке на дне аппарата. Катоды представляют собой отдельные проволочные сетки, изогнутые под углом и расположенные над анодами параллельно граням.
1 – корпус; 2 – наклонный желоб; 3 – трубопровод теплоносителя; 4 – выпускная камера; 5 – выпускной штуцер; 6 – катод; 7 – приемная камера; 8 – анод.
Недостатком предложенных конструкций является вероятность образования в процессе электролиза взрывоопасной смеси газов – 2/3 водорода и 1/3 кислорода. Именно по этому предлагается такая конструкция аппарата в котором анодное пространство отделено от катодного диафрагмой.