Глава 15. Электрохимические методы очистки сточных вод

1. Физико-химические основы методов

При погружении в воду электродов и подводе к ним достаточного напряжения начинается процесс переноса электрического тока движу- щимися к электродам ионами в электролите, которым является вода, и электронами во внешней цепи. Под действием электрического поля положительно заряженные ионы мигрируют к катоду, а отрицательно заряженные ионы - к аноду. На электродах происходит переход элек-

тронов. Катод отдает электроны в раствор, и в приэлектродном про- странстве происходят процессы восстановления. В прианодном про- странстве протекают процессы переноса электронов от реагирующих частиц к электроду - окисление.

Иногда электроды отделяют один от другого полупроницаемой перегородкой (диафрагмой или ионообменной мембраной) на анодное и катодное пространство. Тогда вода либо последовательно проходит через каждую из образовавшихся камер, либо циркулирует в одной из них.

Устройства, в которых проводят те или иные процессы электро- химического воздействия на водные растворы, имеют общее название - электролизеры. В зависимости от природы процессов, протекающих в таких аппаратах и обеспечивающих извлечение или обезвреживание загрязняющих компонентов, они подразделяются на анодное окисле- ние и катодное востановление, электрокоагуляцию, электрофлотацию, электродиализ. Все эти процессы протекают на электродах при про- пускании через сточную воду постоянного электрического тока.

В случае применения растворимых металлических электродов электродный процесс сопровождается совокупностью электрохимиче- ских явлений и реакций, скорость которых, согласно законам электро- химической кинетики, определяется общим значением потенциала на границе металл – раствор, составом раствора и условиями диффузии компонентов или продуктов реакции в растворе.

Электрохимические методы позволяют извлекать из воды ценные продукты при относительно простой автоматизированной технологи- ческой схеме очистки, без использования химических реагентов. Не- достатки - большой расход электроэнергии и металла, загрязнение по- верхности электродов, что требует их очистки.

В процессе электрохимической очистки токсичные вещества мо- гут превращаться в нетоксичные или малотоксичные соединения, пе- реходить в газообразное состояние, выпадать в осадок, флотироваться в виде пены, осаждаться на катодах (металлические осадки).

Методом электродиализа можно удалять из сточных вод соли, ки- слоты и щелочи с одновременной их регенерацией. Электрохимиче- ские методы очистки сточных вод различных производств (от циани- дов, роданидов, нитросоединений, аминов, спиртов, альдегидов, суль- фидов, меркаптанов, красителей и др.) основаны на анодном окислении указанных веществ. Катодное извлечение металлической меди приме- няют на предприятиях цветной металлургии, металлообработки, хими- ческой промышленности.

Электрокоагуляция и электрофлотация используются для обра- ботки сточных вод, содержащих эмульгированные частицы масел, жи- ров и нефтепродуктов, хроматы, фосфаты.

Электролиз проводят в проточных или контактных условиях. Проточные электролизеры могут быть непрерывного или периодиче- ского действия, с многократной циркуляцией сточных вод или без нее.

При электролизе сточных вод на катоде выделяется газообразный водород и разряжаются растворенные в воде ионы металлов. На аноде из веществ, не подвергающихся электролитическому растворению, вы- деляются кислород и галогены, окисляются некоторые присутствую- щие в сточных водах ионы и молекулы с образованием других ионов и

молекул.

Аноды из железа, алюми- ния и некоторых других ме- таллов под действием посто- янного электрического тока растворяются с образованием нерастворимых в воде окси- гидратов или основных солей соответствующих металлов, способных к коагуляции.

Эффект очистки электро- химическими методами зави-

Рис. 15.1. Схема электролизера

1 - внешняя цепь; 2 - емкость; 3 – анод; 4 - катод; 5 - источник питания

сит от исходных свойств сточ- ной воды (рН, температуры, общего содержания солей), а также от применяемых мате-

риалов для электродов и расстояния между ними, плотности тока, рас- хода электроэнергии, наличия диафрагм и их материала, а также ин- тенсивности массообмена (перемешивания) в процессе электролиза.

Применение электрохимических методов целесообразно при от- носительно высокой электропроводности сточных вод, обусловленной наличием в них неорганических кислот, щелочей или солей (при ми- нимальной концентрации солей, равной 0,5 г/л).

Общая принципиальная схема электролизера представлена на рис.15.1.