Вопрос№85

Очистка промышленных сточных вод с использованием электрохимических процессов в соответствии с общепринятой классификацией относятся к физико-химическим процессам очистки водных систем. Они отличаются многостадийностью и относительной сложностью происходящих в аппаратах водоочистки физико-химических явлений. Механизм и скорость протекания отдельных стадий зависят от многих факторов, выявление влияния и правильный учет которых необходимы для оптимального конструирования электролизеров и рационального ведения процессов очистки воды.

            Основываясь на законах физической химии, электрохимии и химической технологии, электрохимические методы очистки промышленных сточных вод можно разделить на три основные группы: методы превращения, методы разделения и комбинированные методы.

            Методы превращения обеспечивают изменение физико-химических и  фазово-дисперсных  характеристик загрязнений сточных вод с целью их обезвреживания и быстрого извлечения из стоков. Превращение примесей может проходить ряд последовательных стадий, начиная с электронного уровня взаимодействия растворимых соединений и заканчивая изменением каких-либо электроповерхностных и объемных характеристик грубодисперсных веществ, содержащихся в сточных водах.

            Методы разделения предназначены для концентрирования примесей в локальном объеме раствора без существенного  изменения фазово-дисперсных или физико-химических свойств извлекаемых из сточных вод веществ. Разделение примесей и воды происходит в основном за счет флотации электрогенерируемыми пузырьками газов или силового воздействия электрического поля, обеспечивающего транспорт заряженных частиц в воде.

            К комбинированным методам электрохимической очистки сточных вод относятся методы, которые предполагают совмещение одного или нескольких методов превращения и разделения загрязнений стоков в одном аппарате.

            На основании классификации методов электрохимической очистки сточных вод следует осуществлять и выбор типа аппарата, который определяется в первую очередь видом генерируемого электролитического эффекта в сточной воде.

            Аппараты для электрохимической очистки промышленных  сточных вод (электролизеры) классифицируются по следующим признакам:

1. по организации процесса очистки стоков – аппараты непрерывного или периодического действия

2. по гидродинамическому режиму работы – напорные и безнапорные

3. по типу реактора – открытые, закрытые, бездиафрагменные и диафрагменные

4. по организации движения сточной воды в межэлектродном пространстве – горизонтальные, угловые, вертикальные с восходящим и нисходящим движением воды

5. по организации движения воды в аппарате – однопоточные, многопоточные и комбинированные

6. по виду воздействия на дисперсную систему – электрическим полем, электродными процессами, электроразрядом, комплексным воздействием

Очистка сточных вод методом электрокоагуляции основан на их электролизе с использованием стальных или алюминиевых анодов, подвергающихся электролитическому растворению. В результате осуществляется процесс коагуляции, аналогичный обработке сточной воды солями железа и алюминия. Однако, по сравнению с реагентным коагулированием при электрохимическом растворении металлов не происходит обогащения воды сульфатами и хлоридами, содержание которых в воде лимитируется как при сбросе очищенных сточных вод в водоемы, так и при повторном использовании в системах промышленного водоснабжения.

Электрофлотация. В этом процессе очистка сточных вод от взвешенных частиц проходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. На аноде возникают пузырьки кислорода, а на катоде  водорода. Поднимаясь в сточной воде; эти пузырьки флотируют взвешенные частицы. При использовании растворимых электродов происходит образование хлопьев коагулянтов и пузырьков газа, которые взаимодействуя между собой, способствует более эффективной флотации.

Основную роль при электрофлотации играют пузырьки, образующиеся на катоде. Размер пузырьков водорода значительно меньше, чем при других методах флотации. Он зависит от краевого угла смачивания и кривизны поверхности электродов. .Диаметр пузырьков меняется от 20 до 100 мкм. Мелкие пузырьки водорода обладают большей растворимостью, чем крупные. Из пересыщенных растворов мельчайшие пузырьки выделяются на поверхности частичек загрязнений и тем самым способствуют эффекту флотации. Для получения пузырьков требуемого размера необходим правильный подбор материала, диаметра проволоки катода и плотности тока. Оптимальное  значение  плот­ности тока 200-260 А/м2, газосодержание - около 0,1%. Нами разработаны электролизеры, генерирующие заданный размер пузырьков газа ( с вращающимся элекродом и электродом, движущимся с ускорением). При небольших объемах сточных вод (10-15 м³/ч) электрофлотационные установки могут быть однокамерными, при больших - следует применять двухкамерные установки, которые могут быть горизонтальными и вертикальными. Они состоят из электродного отделения и отстойной части. Сточная вода поступает в успокоитель, который отделен от электродного отделения решеткой. Проходя через межэлектродное пространство, вода насыщается пузырьками газа. Всплывание пузырьков с частицами происходит в отстойной части. Всплывший шлам перемещается скребком в шлакоприемник, откуда его удаляют. Расчет установки сводится к определению общего объема электродного отделения и отстойной части, а также необходимых конструктивных и электрических параметров.

Анодное растворение железа протекает с образованием целого ряда производных железа. На первой ступени, включающей адсорбцию гидроксида на железном электроде и потерю первого электрона, образуется промежуточное кислородсодержащее соединение одновалентного железа. На второй стадии реакция протекает по двум возможным направлениям и завершается образованием двух- или трехвалентного железа. Общая скорость процесса анодного растворения лимитируется второй стадией.

В кислой среде протекают  другие реакции и образуются гидроксокомплексы.

Лимитирующей стадией является реакция межфазного переноса. Скорость электрохимического растворения металла определяется величиной тока, которая зависит от приложенного напряжения (потенциала анода) по экспоненциальному закону.

Процессы анодного окисления используются также для обесцвечивания сточных вод от различных красителей, а также для очистки сточных вод целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других заводов. Наибольший вкад в развитие данного  данного направления внесли работы Краснобородько И.Г. (Краснобородько И.Г.Дструктивная очистка сточных вод от красителей.-Л.:Химия, 1988 г.)