1.5. Электрохимические способы

В основе электрохимических методов очистки сточных вод лежит электролиз веществ, т. е. химические превращения с использованием электрической энергии. Они возможны в растворах электролитов, электропроводность которых обусловлена присутствием ионов (заряженных частиц), способных передвигаться под воздействием электрического поля.

При пропускании постоянного тока через очищаемую сточную воду, которая в большинстве случаев является раствором электролита той или иной концентрации, на аноде происходит уменьшение числа электронов и он имеет положительный заряд, а на катоде создается избыток электронов, обусловливающий отрицательный заряд. Отрицательные ноны (анионы) в растворе притягиваются к аноду, а положительные ионы (катионы)— к катоду. Анионы, отдавая аноду свои электроны, а катионы, отнимая у катода избыточные электроны, превращаются в нейтральные частицы. Этот процесс сопровождается электрохимическими реакциями — взаимодействием ионов и электронов на границе раздела раствор—электрод.

Типичной электрохимической реакцией на катоде является катодное восстановление, т. е. процесс разрядки ионов водорода с образованием газообразного водорода:

2H⁺ + 2e → H² ↑

При катодном восстановлении ионов металлов происходит выделение твердой фазы:

Ме^z+ * хН₂О + ze = [Me] + xН₂О.

Эти процессы применяют при очистке сточных вод от ионов никеля, цинка, меди, кадмия и др.

Катодное восстановление может происходить и без выделения самостоятельной фазы, как, например, переход трехвалентного железа в двухвалентное. Катодное восстановление органических соединений в сточных водах чаще всего также не сопровождается выделением особой фазы, т. е. к нему прибегают главным образом для перевода их в нетоксичные или малотоксичные соединения.

На аноде могут происходить процессы с образованием продуктов окисления (газообразных и твердых), без выделения самостоятельной фазы и с растворением материала анода. Наиболее характерными анодными процессами являются окислительные процессы с выделением кислорода и хлора. На нерастворимых анодах многие органические соединения могут быть полностью окислены с образованием воды, диоксида углерода (углекислого газа), азота аммиака и других газообразных продуктов. Возможно и частичное анодное окисление органических соединений до безвредных продуктов. При использовании для анодов ряда металлов (алюминий, железо, цинк, медь и др.) происходит их растворение, т. е. переход их ионов в раствор.

Электродные электрохимические реакции восстановления и окисления тесно связаны друг с другом и не могут быть осуществлены обособленно. На скорость электрохимической реакции влияют состав сточных вод, их температура, гидродинамические условия, материал электродов, наличие примесей, отлагающихся па электроде, и другие причины [27].

Наиболее существенной закономерностью электрохимических процессов является связь между количеством прошедшего через жидкость электричества и количеством вещества, прореагировавшего на электроде. Она описывается законами Фарадея.