Электрохимическая очистка сточных вод

Электрохимические методы находят широкое применение, когда традиционные способы механической, биологической и физико-химической обработки воды оказываются недостаточно эффективными или не могут использоваться, например, из-за дефицита производственных площадей, сложности доставки и использования реагентов или по другим причинам. Основной недостаток этих методов — большой расход электроэнергии.

Электрохимические методы очистки сточных вод разделяют на три основные группы:

·         методы превращения;

·         методы разделения;

·         комбинированные методы.

Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей применяют процессы электролиза, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа. Все эти процессы протекают на электродах при прохождении через сточную воду постоянного электрического тока.

Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой технологической схеме очистки без использования химических реагентов. Очистку сточных вод электрохимическими методами можно проводить периодически или непрерывно.

Электролиз

 По своей сути электролиз водных растворов является совокупностью процессов, протекающих в растворе при пропускании через него электрического тока, таких как:

В электролизере при пропускании электрического тока на катоде идет выделение газообразного водорода, разряд растворенных в воде металлов с образованием катодных осадков соответствующих металлов, восстановление некоторых ионов воды и органических веществ с образованием новых продуктов (рис.3.16).

Описание: http://uchebniki.ws/imag/ecolog/vet_tozos/image458.jpg

1 - корпус; 2 - анод; 3 - катод; 4- диафрагма

 Рис.3.16. Схема электролизера

Эти процессы используются для очистки сточных вод от растворенных примесей (цианидов, аминов, спиртов, альдегидов, нитросоединений, сульфидов, меркаптанов). В процессах электрохимического окисления вещества, находящиеся в сточной воде, полностью распадаются с образованием диоксида углерода СО2, аммиака NH3 и воды или образуются более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалять другими методами.

Электрокоагуляция

Из электрохимических методов очистки сточных вод (особен­но стоков гальванического производства) наибольшее распростра­нение получил электрокоагуляционный метод, применяемый для очистки сточных вод от взвешенных частиц и коллоидно-дисперсных систем, ионов цветных металлов. Такой процесс можно использовать для очистки сточных вод при невысоком содержании коллоидных частиц и низкой устойчивости загрязнений.

При электролизе сточных вод с использованием растворимых стальных или алюминиевых анодов вода обогащается соответствующими ионами, которые затем образуют гидроксиды этих металлов. Под их действием происходит процесс коагуляции содержащихся в воде высокодисперсных веществ, аналогичный процессу обработки воды соответствующими солями алюминия и железа. Однако, в отличие от применения солевых коагулянтов, при электрокоагуляции вода не обогащается сульфат- и хлорид-ионами, содержание которых в очищенной воде лимитируется как при сбросе ее в водоемы, так и при повторном использовании в системах производства и водоснабжения (рис.3.17).

1 – усреднитель; 2 – бак для приготовления раствора; 3 – источник постоянного тока; 4 – электрокоагулятор; 5 – отстойник; 6 – аппарат для обезвоживания осадка

Рис.3.17. Схема электрокоагулятора

Электрофлотация

Суть процесса электрофлотации такова: очистка сточных вод проходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды при пропускании через раствор постоянного тока. На аноде возникают пузырьки кислорода, а на катоде — пузырьки водорода. При использовании растворимых электродов образуются хлопья коагулянтов и пузырьки газа, что способствует более эффективной флотации. Электрофлотация позволяет удалять из сточных вод примеси, находящиеся в растворенном состоянии, в эмульгированном и сус­пендированном виде, взвешенные вещества и коллоидные частицы.

Эффективность электрофлотации во многом зависит от числа и крупности пузырьков газа. Основную роль здесь играют пузырьки, образующиеся на катоде.

1,2 – секции аппарата; 3 – электрокоагулятор; 4 – электроды для электрофлотации; 5 – электрофлотатор; 6 – сточная вода; 7 – очищенная вода

Рис.3.18. Схема электрофлотатора

Электродиализ

Диализ —  метод разделения компонентов раствора, основанный на различной диффузии через мембрану. Процесс очистки сточных вод электродиализом основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран (рис.3.19). Он обусловлен миграцией ионов через мембрану под действием приложенной разности потенциалов — электромиграцией.

Рис.3.19. Схемы электродиализа с пористыми диафрагмами (а) и ионитовыми мембранами (б)

Электродиализ используют для опреснения морской, речной и озерной воды, очистки промышленных стоков путем извлечения ионов.

При использовании ионообменных мембран эффективность процесса резко повышается (рис. 5.20, б), и снижается расход электро­энергии.