4. Электрохимическая очистка сточных вод. Конструкции электролизеров. Электрофлотация. Области применения.

Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа. Все эти процессы протекают на электродах при прохождении через сточную воду постоянного электрического тока (рис. 11.8).

Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой технологической схеме очистки без использования химических реагентов. Основной недостаток этих методов - большой расход электроэнергии. Очистку сточных вод электрохимическими методами можно проводить периодически или непрерывно.

При прохождении сточной воды через межэлектродное пространство электролизера происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.

Анодное окисление и катодное восстановление. В электролизере (см. рис. 11.8) на положительном электроде - аноде ионы отдают электроны, т.е. протекает реакция электрохимического окисления; на отрицательном электроде - катоде происходит присоединение электронов, т.е. протекает реакция восстановления.

Р ис. 11.8. Схема электролизера: 1 - корпус; 2 - анод; 3 - катод; 4- диафрагма

Эти процессы разработаны 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 СО2, NH3 и воды или образуются более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалять другими методами.

В качестве анодов используют электрохимически нерастворимые материалы: графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца и рутения, которые наносят на титановую основу.

Катоды изготовляют из молибдена, сплава вольфрама с железом или никелем, из графита, нержавеющей стали и других металлов, покрытых молибденом, вольфрамом или их сплавами. Процесс проводят в электролизерах с диафрагмой и без нее.

Кроме основных процессов электроокисления и восстановления одновременно могут протекать электрофлотация, электрофорез и электрокоагуляция.

Эффективность электрохимических методов оценивается плотностью тока, напряжением, коэффициентом полезного использования напряжения, выходом по току, выходом по энергии.

Плотность тока - это отношение тока к поверхности электрода (А/ м², А/см²).

Напряжение электролизера складывается из разности электродных потенциалов и падения напряжения в растворе:

 (11.41)

где е_а и е_к - равновесные потенциалы анода и катода; Δе_а и Δе_к - величины анодной и катодной поляризации; ΔU_эл и ΔU_диаф - падение напряжения в электролите и диафрагме.

Падение напряжения в электролите (сточной воде) при отсутствии пузырьков газа определяют по закону Ома:  (11.42) где i - плотность тока в сточной воде. А/см²; ρ - удельное сопротивление, Ом · см; δ - расстояние между электродами, см.

При выделении газовых пузырьков вследствие удлинения потока между электродами ΔU_эл возрастает. Отношение ηнапр = (е_а - e_к)/U называют коэффициентом полезного использования напряжения.

Выход по току - это отношение теоретически необходимого количества электричества к практически затраченному, выраженное в долях единицы или в процентах.

Электрофлотация — физико-химический метод очистки воды от нерастворимых (дисперсных) веществ. Метод основан на проведении электролиза воды на нерастворимых электродах и флотационном эффекте. В процессе электрофлотации нерастворимые загрязняющие вещества поднимаются на поверхность сточной воды, переносимые всплывающими микропузырьками электролитических газов.

Электрофлотация с применением нерастворимых электродов используется для очистки сточных вод от нерастворимых веществ - гидроксидов и фосфатов металлов, суспензий, нефтепродуктов и СПАВ. Для интенсификации процесса электрофлотации и повышения степени очистки производится нейтрализация кислотно-щелочных сточных вод, перевод ионов тяжелых металлов в труднорастворимые соединения, т.е. образование дисперсной фазы, флокуляция и/или коагуляция.