9.2. Електродні процеси, що протікають при очищенні води

У загальному випадку при електролізі протікають окислювально-відновні процеси: на аноді – втрата електронів (окислення), на катоді – надбання електронів (відновлення).

Реакції катодного відновлення:

• виділення газоподібного водню Н₂ за рахунок розряду іонів водню Н⁺:

Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^-,

2Н⁺ + 2ê → Н₂↑.

Підіймаючись в потоці рідини, бульбашки Н₂ стикаються з нерозчинними частинками, прилипають до них і транспортують на поверхню; протікаючий процес називають електрофлотацією.

• електровідновлення металів з утворенням катодного осаду (електрокристалізація металів);

• відновлення речовин без виділення самостійної фази - процес іонної перезарядки металів і їх оксидів, при якій тільки змінюється валентність елементів;

• відновлення органічних сполук (як з утворенням осаду, так і без виділення твердої фази). Реакції йдуть в три стадії: перехід молекул органічної речовини в аніони, утворення атомарного водню, хімічне відновлення органічних речовин.

Реакції анодного окислення:

• виділення кисню (процес залежить від рН середовища)

• виділення хлору. Цей процес має важливе значення при розробці методів електрохімічної деструкції органічних сполук і синтезу «активного хлору»

• повне окислення органічних сполук з утворенням СО₂, N₂, Н₂О, NН₃

• анодне розчинення металів. При використанні залізних і алюмінієвих анодів протікає широко використовувана електролітична коагуляція. Свіжоосаджені гідроксиди мають підвищену адсорбційну активність до колоїдних і завислих часток.

Процеси, що протікають в об'ємі електроліту:

• зміна активної реакції (рН) середовища;

• зміна окислювально-відновного потенціалу (Еh) системи;

• фазово-дисперсні перетворення домішок води (формування - розчинення твердої, рідкої і газоподібної фаз);

• міграція частинок;

• теплові зміни;

• окислювально-відновні реакції.

9.3. Класифікація методів електрохімічного очищення води

Електрохімічні методи обробки води можна розділити на три групи:

ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ МЕТОДИ	I група Методи перетворення	Електрокоагуляція
		Електрохімічна деструкція
		Електрокристалізація
		Електроокислення (домішок або води)
		Електровідновлення (домішок або води)
	II група Методи розділення	Електрофлотація
		Електродіаліз
		Електроосмос
		Електрофорез
		Електрофільтрування
	III група Комбіновані методи	Електрофлотокоагулювання
		Електрокаталітична деструкція
		Комплекс електричних дій
		Електроосадження
		Електроіонообмінний метод
		Електрохімічне знезараження

Перша група методів забезпечує зміну фізико-хімічних і фазово-дисперсних характеристик забруднень з метою їх знешкодження або швидшого вилучення з води.

Перетворення домішок може протікати через ряд послідовних стадій, починаючи з електронного рівня взаємодії розчинних сполук і закінчуючи зміною яких-небудь електроповерхневих або об'ємних характеристик грубо-дисперсних речовин.

З електрохімічних методів перетворення речовин найширше розроблений і впроваджується в практику метод електрокоагуляції. Одержав розвиток метод електрохімічної деструкції для знебарвлення барвників і окислення інших органічних домішок, а також метод анодного окислення і катодного відновлення.

Друга група методів призначена для концентрації домішок в локальному об'ємі електроліту без істотної зміни фазово-дисперсних або фізико-хімічних властивостей витягуваних речовин.

Розділення домішок і води відбувається в основному за рахунок флотації бульбашками газів або силової дії електричного поля, що забезпечує транспорт заряджених частинок в рідині. Можливий також транспорт незаряджених частинок в рідині при закріпленні їх на носії, що спеціально вводиться і володіє певним зарядом. Цей напрям ширше використовується в магнітному розділенні, проте електричне розділення з допоміжним носієм має великі перспективи.

З електрохімічних методів розділення найбільшого поширення набув метод електродіалізу з метою знесолювання природних і промислових стічних вод. Розроблені і серійно освоєні апарати для електродіалізного опріснення води. Інші методи поки не вийшли із стадії лабораторних або дослідно-промислових випробувань. Освоюються промисловістю апарати електрофільтрування води з метою утримання мікроорганізмів для потреб медичної, харчової і інших галузей промисловості. Є позитивний досвід експлуатації електрофлотаційних установок для очищення ряду категорій промислових стічних вод.

Третю групу складають комбіновані методи, які припускають поєднання одного або декількох методів перетворення і розділення забруднень в одному апараті.

Найбільше розроблений і використовується на практиці метод електрофлотокоагуляції (електрокоагуляції-флотації). Достатньо перспективним методом глибокої мінералізації важкоокислюваних органічних забруднень є комбіноване електрокаталітичне очищення стічних вод, що поєднує процеси електролізу з використанням нерозчинних анодів і гетерогенного каталізу.

Комплекс електричних дій припускає використання в одному апараті методів електрокоагуляції, електрофлотації, електророзряду малої потужності, ультразвукових дій, електрознезараження води і ін. Комплексне застосування такої сукупності методів доцільно при глибокому очищенні води для автономних об'єктів. Вибір відповідної сукупності методів при комплексній електричній дії залежить від вихідної і необхідної якості очищеної води.

Електроосадження як комбінований метод включає методи розділення - електродіаліз і електроосмос, а також методи перетворення - електровідновлення, електроокислення, електрокоагуляція. Електроіонообмінний метод передбачає електричне регулювання властивостей іонообмінних і сорбційних матеріалів, що дозволяє у багатьох випадках здійснити і їх повну регенерацію