2.3.3.Электрокоагуляция

Метод электрокоагуляции в практике очистки сточных вод может быть использован для решения следующих технологических задач:

• удаление дисперсных загрязнений за счет изменения их агрегатного состояния под действием ионов металла, поступающих в раствор в процессе анодного растворения электродов;

• удаление ионов шестивалентного хрома путем восстановления их до трехвалентного ионами двухвалентного железа и последующего их осаждения в виде нерастворимых гидроксидов;

• выделение из сточных вод ионов тяжелых металлов, например Ni²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺ и др., за счет образования нерастворимых гидроксидов этих металлов.

Удаление из сточных вод перечисленных загрязнений связано, главным образом, с анодным растворением металла и разрядом ионов водорода на катоде. Поэтому при реализации процесса электрокоагуляции следует стремиться к созданию таких условий процесса, при которых основной реакцией на аноде будет окисление металла, а на катоде – восстановление водорода.

При оценке процесса электрокоагуляции следует учитывать, что скорость анодного растворения металла зависит от совокупности всех факторов, сопутствующих этому процессу: солевого состава и рН стоков; материала, степени шероховатости их поверхности, степени поляризации и анодной плотности тока, а также возможности образования оксидов и гидроксидов, способных ускорять или тормозить процесс (рис. 15).

Для характеристики степени использования протекающего между электродами тока вводится понятие «выход потоку», который определяется как отношение величины тока, расходуемого на основную реакцию, к общему количеству тока, %:

.

Теоретическое количество выделившегося при электролизе вещества определяется по закону Фарадея. Для выделения моль любого вещества требуется пропустить 26,8 А·ч электричества.

Действительное количество вещества, выделившегося в процессе электролиза, можно определить по формуле

,

где М – молярная масса вещества, г/моль; I – сила тока, А;  – продолжительность электролиза, с; F – число Фарадея; z – валентность вещества;  – выход по току, %.

Рис. 15. Схема электрокоагулятора вертикального типа: 1 – подвод исходной воды; 2 – отвод осветленной воды; 3 – отвод шлама; 4 – электроды; 5 – камера электрокоагуляции

Расчет электрокоагуляционных установок

При проектировании электрокоагуляционных установок необходимо учитывать следующие рекомендации:

• рН исходной жидкости должно находиться в пределах 3÷6;

• толщина электродов  – 6÷10 мм;

• расстояние между электродами | – 10÷30 мм;

• в качестве материала электродов должны выбираться листы низкосортной стали или алюминия;

• продолжительность обработки выбирается в зависимости от вида обрабатываемой жидкости и не должна превышать 10÷15 мин;

• количество рабочих ванн определяется расчетом и принимается не менее двух. При общем количестве электрокоагуляторов  3 принимается один резервный аппарат; при числе рабочих электрокоагуляторов  3 принимается 2 резервных аппарата;

• величина анодной плотности тока – в пределах 50÷200 А/м²;

• скорость движения жидкости через электродное пространство для предотвращения его от засорения должна поддерживаться 0,03 м/с;

• продолжительность отстаивания электрохимически обработанной жидкости – в пределах 1,5÷2 ч.

Расчет электрокоагуляционных установок сводится к определению их размеров и электротехнических параметров.

1. Объем электролизера, м³,

,

где q – расход сточных вод, м³/с;  – продолжительность обработки, с; n – число электролизеров.

2. Удельные затраты электроэнергии, кВт·ч/м³,

,

где I – величина тока, А; U – напряжение в электролизере, В;  – продолжительность обработки, ч; Q – расход сточной жидкости, м³/ч.

3. Сила тока, А,

,

где Д – доза металла, г/м³ (определяется экспериментально или по справочной литературе); F – число Фарадея, 26,8 А·ч; Q – расход сточных вод, м³/ч;  – выход по току, определяется экспериментально (ориентировочно по справочной литературе); М_эк – эквивалентная масса используемого электрода, г/моль.

4. Площадь анодных пластин в одном электролизере, м²,

,

где i_а – анодная плотность тока, А/мм² (табл.16); 2 – коэффициент, учитывающий работу обеих сторон анода.

5. Общее количество электродных пластин

,

где в – ширина электролизера, м (принимается конструктивно); в₁ – расстояние между пластинами, м; в₂ – расстояние между крайними пластинами и стенками электролизера, м;  – толщина электродов, м.

6. Длина электролизера, м,

l = l_пл + 2в₁.

Таблица 16. Удельное сопротивление и допускаемая плотность тока в некоторых видах токопроводов

Наименование материала	Удельное сопротивление, Ом·м	Допускаемая плотность тока, А/мм2
Алюминий	0,026 – 0,0029	2,0
Медь	0,0175 – 0,018	3,0
Сталь	0,103 – 0,14	1,5

7. Высота пластины, м,

,

где n_а – число анодных пластин, равное n_пл/2.

8. Высота электрокоагулятора, м,

h = h_пл + h_н + h_стр,

где h_н – высота нейтрального слоя, равная 0,3 м; h_стр – высота строительного борта, равная ~ 0,2 м.

9. Фактическая продолжительность пребывания жидкости в рабочей камере электролизера, ч,

,

где q'_p – расчетный расход одного электролизера, м³/с; V' – рабочий объем одного электролизера с учетом объема, занимаемого электродами, м³;

V' = V – n_пл h_пл·.

10. Скорость движения воды между электродными пластинами, м/с,

,

где W – рабочее сечение электролизера, м;

W = в·l – l_пл··n_пл.