3. Электрохимическое окисление и восстановление

Анодное окисление и катодное восстановление составляют осно- ву процесса электролиза, происходящего в электролизере. Электрохи- мическую обработку целесообразно применять при очистке концен- трированных органических загрязнений и небольших расходах сточ- ных вод. При этом из воды могут быть удалены цианиды, роданиды, амины, спирты, альдегиды, нитросоединения, сульфиды, меркаптаны, ионы тяжелых металлов Pb²⁺, Sn²⁺, Hg²⁺, Cu²⁺, Cr⁶⁺, As³⁺ и др. В процес- сах электрохимического окисления вещества, находящиеся в сточной воде, полностью распадаются с образованием СО₂, NH₃ (или N₂ ) и во-

ды или образуют простые и нетоксичные вещества, которые можно удалить другими методами. При электрохимическом восстановлении на катоде могут быть рекуперированы металлы.

В качестве анодов используют различные электролитически не- растворимые материалы: графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца и рутения, которые наносятся на титановую основу. В качестве катодов обычно применяют легированную сталь, сплавы вольфрама с железом или никелем, цинк, свинец. На аноде ионы отдают электроны, протека- ет реакция электрохимического окисления, на катоде происходит при- соединение электронов, идет реакция восстановления. Кроме основных процессов электроокисления и восстановления, одновременно могут протекать электрофлотация, электрофорез, электрокоагуляция.

Чтобы предотвратить смешение продуктов электролиза, особенно газов, которые могут образовывать взрывоопасные смеси (водорода и кислорода), применяют керамические, полиэтиленовые, асбестовые и стеклянные диафрагмы, разделяющие катодное и анодное пространст- во.

Процесс анодного окисления осуществляется в электролитиче- ских ваннах, разделенных на несколько отсеков, в которых обрабаты- ваемые воды перемешиваются сжатым воздухом. При электролизе ще- лочных вод, содержащих цианиды (не менее 100 мг/л), на аноде проис- ходит окисление цианид-ионов с образованием цианат-ионов и даль- нейшим их электрохимическим окислением до конечных продуктов:

  

CN + 2OH - 2e  CNO + H₂O;



CNO



+ 2H₂O  NH ₄

2

+ CO ₃

или

 

2CNO + 4OH - 6e  2CO₂ + N₂ + 2H₂O.

В целях повышения электропроводности сточных вод, снижения расхода электроэнергии и интенсификации процесса окисления в сточ- ные воды добавляют минеральные соли, чаще всего NaCl (до 30 г/л).

Катодное восстановление металлов происходит по схеме:

Meⁿ⁺ + ne  Me^o ,

при этом металлы осаждаются на катоде и могут быть рекуперирова- ны. Например, реакция восстановления хрома протекает следующим образом:

2 7

Cr O^2

 14H^

 12e  2Cr  7H₂O.

Частицы металла отрываются от катода под действием сил тяже- сти и оседают в нижнюю часть аппарата.

На процесс электролиза влияет анодная плотность тока (100- 150 А/м²), межэлектродное пространство (3 см для анодного окисле- ния), скорость движения воды, рН, конструкция электродов.

Различают плоские и объемные электроды. Последние имеют преимущество при проведении процессов извлечения металлов из сильно разбавленных по ионам металла растворов. Объемные электро- ды бывают пластинчатыми, объемно-пористыми и псевдоожиженны- ми. В электродах первых двух типов раствор проходит через каналы электродов из блока пластин или камеры, заполненной электропровод- ным материалом. Электроды третьего типа представляют собой под- вижные слои электропроводного дисперсного материала (графита, ме- талла), контактирующие с расположенными в объеме слоя токосбор- никами.

Эффект очистки рассмотренными методами составляет 80-100 %. Локальные установки по электрохимическому окислению и восстанов- лению применяются на предприятиях машиностроительной, приборо- строительной, химической, нефтехимической целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности.