19. Электрохимическая очистка сточных вод, методы. Электрокоагуляция.

Методы электрохимической очистки сточных вод используют для выделения из них различных растворимых и диспергированных примесей как органических, так и неорганических. Методы характеризуются достаточной простотой технологической схемы, при очистке не используются химические реагенты. К недостаткам этих методов следует отнести достаточно большие затраты электроэнергии.

1.Методы превращения: электрокоагуляция; электрохимическая деструкция; электрокристаллизация; электроокисление (примесей или воды); электровосстановление.

2.Методы разделения: электрофлотация; электродиализ; электроосмос; электрофорез; электрофильтрование.

3.Комбинированные методы: электрофлото-коагуляция; электрокаталитическая деструкция; комплекс электрических воздействий; электроосаждение; электроионо-обменный метод; электрохимическое обеззараживание.

Первая группа методов обеспечивает изменение физико-химических и фазово-дисперсных характеристик загрязнения с целью их обезвреживания или более быстрого извлечения из воды.

Вторая группа методов предназначена для концентрирования примесей в локальном объеме электролита без существенного изменения фазово-дисперсных или физико-химических свойств извлекаемых веществ.

К третьей группе относятся методы, которые предполагают совмещение одного или нескольких методов превращения и разделения загрязнений в одном аппарате.

Электрокоагуляционный метод очистки сточных вод используется в отечественной практике для выделения хрома. Кроме того, в некоторых случаях он может быть применен и для очистки стоков от ионов тяжелых металлов. При реализации этого метода протекают следующие физико-химические процессы: электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом. Оптимальные величины рН электрокоагуляционной очистки хромсодержащих сточных вод составляют 3 – 6.

Важно контролировать конечное значение рН обработанной воды, которое должно превышать 5,5, так как в противном случае не достигается достаточно полное осаждение Сr(ОН)3 и обработанная вода содержит Сr3+ ионы.

Электрохимическая очистка от хрома целесообразна при исходном солесодержании сточных вод ≥ 0,3 г/л. Если концентрация солей ниже указанного значения, к сточным водам добавляют электролиты (обычно NаСl), повышающие электропроводность сточных вод, в результате чего снижаются удельные затраты электроэнергии на их обработку. Существенное влияние на эффективность процесса электрокоагуляции оказывает концентрация взвешенных веществ; при значениях этого параметра > 100 мг/л эффективность электрокоагуляции снижается. Процесс электрокоагуляции обычно проводят при плотности тока не более 10 А/м2, расстоянии между электродами не более 20 мм и скорости движения воды не менее 0,5 м/с.

Эффективность электрокоагуляционной очистки от хрома составляет 90 – 95%.

Как уже указывалось выше, при обработке общего стока гальванического производства, содержащего кроме хрома ионы тяжелых металлов, осуществляется очистка и от этих ионов (степень очистки 90 – 95%).Это достигается вследствие соосаждения гидроксидов хрома и железа (при соответствующих значениях рН сточных вод), а также сорбции ионов тяжелых металлов гидроксидами железа и хрома.Исходная величина рН при очистке сточных вод от ионов цинка и меди должна составлять ≥ 5,5, при очистке от кадмия и никеля – ≥ 6,5.

Ориентировочный удельный расход металлического железа для осаждения 1 г цинка, меди, кадмия и никеля при представленных выше значениях рН сточных вод составляет соответственно: 2,5 – 3, 3 – 3,5, 4 – 4,5 и 5,5 – 6 г.

При оптимальных параметрах очистки степень очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов достигает 90 – 95 %.

Представляет интерес рассмотреть в качестве примера использование метода элекгрокоагуляции для очистки сточных вод предприятий полупроводниковой промышленности, содержащих мышьяк.

Для проведения процесса используется электрокоагулятор с железными анодами. Степень осаждения мышьяка возрастает с увеличением плотности тока и уменьшением межэлектродного расстояния. Способ применим для очистки сточных вод, имеющих рН 6 – 8 (нейтральные сточные воды).

При очистке кислых сточных вод указанного процесса этим способом основные параметры процесса изменяются, к тому же выделяется токсичный арсин (АsН3). Кислые стоки, содержащие мышьяк, очищают при следующих параметрах процесса.

При использовании медного катода и свинцового анода выделение мышьяка не сопровождается выделением токсичного арсина (АsН3).

Метод электрокоагуляции может быть использован для очистки сточных вод от различных эмульсий, масел, жиров. Эффективность очистки составляет: от нефтепродуктов и масел 54 – 68 %, от жиров 92 – 99%.

К основным достоинствам электрокоагуляционного способа очистки следует отнести универсальность метода и компактность установки, простоту управления ей. Недостатками указанного способа очистки является существенный расход электроэнергии и металлического железа (алюминия), а также пожаро- и взрывоопасность установки за счет выделения в процессе ее эксплуатации водорода.