Нижегородский Государственный Технический Университет

Лабораторная работа № 4.

Обезвреживание хромсодержащих сточных вод

Выполнила : студент гр.04-ТЭП -1

Мюнц А.А.

Проверил : Исаев В.В.

2009 год

Цель работы: Проведение процесса электрохимической очистки хромсодержащих сточных вод, определение зависимости выхода по току и удельного расхода электроэнергии от режима электролиза и состава сточных вод, оценка качества очистки.

Теоретическая часть.

Одним из важных источников загрязнения окружающей среды являются промывные воды и отработанные концентрированные растворы электрохимических производств. Практически все сбросы этих производств имеют ярко выраженную биологическую активность и способны вызывать неблагоприятные последствия. Сбрасываемые соединения металлов, входящих в состав электролитов, весьма токсичны и представляют опасность для здоровья людей и живых организмов. Например, одним из наиболее вредных компонентов сточных вод являются соединения , содержащие Cr (VI).

Пыли и аэрозоли 3-х и 6-ти валентного хрома действуют прижигающе на покровный эпителий носа и, разрушая его, вызывают изъязвления и пропадание носовых перегородок. Аэрозоли Cr (VI) могут кроме того проникать в легкие и желудочно-кишечный тракт и вызывать общее отравление организма.

При обработке концентрированных отработанных растворов может быть осуществлена их регенерация , утилизация и обезвреживание.

Полученные после регенерации растворы могут вновь направляться в технологический процесс. При утилизации из растворов извлекают наиболее ценные, дефицитные компоненты, которые могут вновь использованы в данном или другом технологическом процессе. Обезвреживание отработанных растворов чаще всего сводится к их нейтрализации перед сбросом. Если в процессе нейтрализации образуются однородные по химическому составу твердые осадки, то последние могут быть использованы в качестве “товарных” продуктов, например, удобрений в сельском хозяйстве.

Основными процессами, дающими хромсодержащие сточные воды являются: хромирование, хроматирование цинковых и кадмиевых покрытий, травление и электрополирование стальных деталей, Травление и анодирование деталей из алюминиевых сплавов и другие технологические процессы. Жидкие отходы этих технологических процессов содержат: Cr⁶⁺ , Cr³⁺, Zn²⁺, Cd^2+|, Cu²⁺, Fe³⁺, Fe²⁺, Na⁺, K⁺ , Ba²⁺, SO₄^2-, PO₄^3-, NO₃^- , Cl^-, CO₂^2- , SiO₃^2- , а также блескообразователи и смачиватели.

Целесообразность выбора того или иного метода и схемы очистки жидких отходов зависит от состава, концентрации, режима поступления и объемов стоков, медико биологических и технологических требований к очищенной воде, необходимости и возможности регенерации, утилизации и повторного использования воды и ценных компонентов. Кроме того, выбор метода и схемы очистки проводится с учетом сравнения технико-экономических показателей различных вариантов.

Среди методов, применяемых для очистки и обезвреживания хромсодержащих жидких отходов, можно назвать следующие:

1. Обезвреживание сульфитными соединениями;

2. Обезвреживание железным купоросом;

3. Обезвреживание пероксидом углерода;

4. Метод Ланси;

5. Электрохимический метод;

6. Биохимический метод.

Каждый из перечисленных методов имеет как достоинства, так и недостатки.

Что касается электрохимического метода, то к его преимуществам можно отнести возможность очистки растворов до концентрации хрома 1 гм/л с выходом по току, близким к 100 %, а к недостаткам — необходимость дополнительного оборудования и энергозатрат, а так же возможности пассивации электродов.

Электрохимическая очистка хромсодержащих сточных вод может быть осуществлена с растворимыми и с нерастворимыми анодами.

При электролизе таких растворов с растворимыми железными анодами могут протекать следующие электродные процессы:

на катоде:

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6 e^- -------> 2 Cr³⁺ + 7 H₂O E⁰ = 1.333 B

CrO₄^2- + 8 H⁺ + 3 e^- -------> Cr³⁺ + 4 H₂O E⁰ = 1.477 B

2 H⁺ + 2 e^- ----> H₂ E⁰ = — 0.0 B

на аноде:

Fe — 2 e^- ------> Fe²⁺ E⁰ = — 0.44 B

Образующиеся при анодном окислении ионы Fe²⁺ восстанавливают в объеме раствора хромат и бихромат-ионы по реакциям:

Cr₂O₇^2- + 6 Fe²⁺ + 14 H⁺ -------> 2 Cr³⁺ + 7 H₂O + 6 Fe³⁺

CrO₄^2- + 3 Fe²⁺ + 8 H⁺ -------> Cr³⁺ + 4 H₂O + 3 Fe³⁺

Так как во всех катодных процессах и химических реакциях, протекающих в объеме раствора, происходит расходование протонов водорода, что приводит к защелащиванию раствора, то далее в объеме

раствора могут протекать вторичные процессы с образованием гидро- ксидов хрома и железа:

Fe³⁺ + 3 OH^- ------- > Fe(OH)₃

Cr³⁺ + 3 OH^- ------- > Cr(OH)₃

При электролизе с нерастворимыми (Pb или Pb- Sb) анодами могут протекать следующие электродные процессы:

на катоде:

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6 e^- -------> 2 Cr³⁺ + 7 H₂O E⁰ = 1.333 B

2 H⁺ + 2 e^- ----> H₂ E⁰ = 0.0 B

на аноде:

H₂O — 2 e^- ----- > 1/2 O₂ + 2 H⁺ E⁰ = 1.17 B

2 Cr³⁺ + 7 H₂ O — 6 e^- ----- > Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ E⁰ = 1.333 B

В случае попадания в сточные воды ионов Fe³⁺ на электродах будет протекать еще один процесс:

Fe³⁺ + e^- <===> Fe²⁺ Е⁰= — 0.44 В

В присутствии ионов Fe(III) катодный процесс восстановления Cr(VI) до Cr(III) интенсифицируется и одновременно ингибируется анодный процесс окисления Cr(III) до Cr(VI).

После электрохимической обработки к жидким отходам добавляются реагенты для осаждения Cr(III) в виде Cr(OH)₃.

Электролизеры для восстановления Cr(VI) могут быть диафрагменного и бездиафрагменного типа.

В качестве диафрагмы в них используют пористые синтетические материалы и ионообменные мембраны. Электролизеры могут быть прямоточного и противоточного типа, различной конфигурации, с вертикальным и горизонтальным расположением пластинчатых, стержневых, гофрированных, перфорированных электродов. Электроды могут быть также стружечными и гранулированными.

В практике очистки жидких отходов гальванических цехов наибольшее распространение получили электролизные ванны с вертикально расположенными электродами и вертикальным или горизонтальным движением обрабатываемой воды.

Электролизеры с непроточной камерой применяют при концентрации хрома в исходной воде выше допустимой, а также при повышении концентрации в воде ионов, склонных к образованию отложений( Cu²⁺, Mg²⁺ ,PO₄^2- , и других).

Допустимые концентрации Cr(VI) в зависимости от солесодержания сточных вод приведены в табл.1.

Таблица 1

Солесодержание мг/л	Концентрация Cr(VI), мг/л	Солесодержание мг/л	Концентрация Cr(VI), мг/л
80 — 150	5	400 — 500	30
150 — 200	10	500 — 700	40
200 — 300	15	700 — 900	50
300 — 400	20	900 — 1000	60

Солесодержащими компонентами раствора являются хорошо растворимые соли, содержащие ионы Na⁺, K⁺ , SO₄^2- , Cl^- .

При электролизе с растворимыми железными анодами в непроточном режиме в анодной камере устанавливается кислая среда и пакет железной стружки растворяется с образованием ионов Fe(II), которые восстанавливают в объеме католита ионы Cr(VI) до Cr(III). После обработки в электролизере вода подается на фильтрование или отстаивание.

При электрохимическом восстановлении ионов Cr(VI)с использованием нерастворимых анодов могут обрабатываться жидкие отходы с большими концентрациями Cr(VI) (более 2 г/л). Электролиз проводится со свинцовыми или свинцово-сурьмянистыми анодами, не подвергающимися электролитическому растворению. Катоды изготовляются из легированной стали. Электролиз чаще всего ведется в бездиафрагменном непроточном электролизере периодического действия. После электрохимической обработки к жидким отходам добавляются щелочные реагенты для осаждения Cr(III) в виде Cr(OH)₃.