поиск по сайту правообладателям
|
|
содержание .. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ..
3. Электрохимическая очистка сточных вод
Электрохимическая очистка стоков является разновидностью физико-химического метода утилизации сточных вод. Процесс электрохимической очистки сточных вод происходит под действием электрического тока с использованием растворимых и нерастворимых электродов. Такая очистка стоков относится к безреагентным методам и благодаря применению электрического тока удобна и легко поддается управлению и автоматизации. Теоретические расчеты показывают, что потенциальные возможности электрохимического кондиционирования воды (очистки, умягчения, опреснения, обеззараживания и т.д.) более чем в 100 раз превосходят фильтрационные, сорбционные и ионообменные методы по экономичности, скорости и качеству. Электрохимические методы позволяют без дополнительных затрат химических реагентов эффективно очищать отработанные водные стоки, загрязненные маслами, жирами, белками, нефтепродуктами, поверхностно-активными веществами, красителями, пестицидами, фенолами, солями тяжелых металлов и прочими токсичными веществами, до технологических параметров водных растворов, обладающих практически любыми необходимыми функциональными свойствами. Процессы электролиз, электродиализ и электродеионизация лежат в основе электрохимической технологии очистки воды, соответственно названия установок, где происходит протекание вышеперечисленных процессов, – электролизеры, электродиализаторы, электродеионизаторы. Электрохимическими характеристиками обладают системы с подвижными ионами (растворы, твердые электролиты или их расплавы). Электролиты – жидкие или твердые системы, в которых присутствие ионов обуславливает прохождение электрического тока. Раствором электролита является вода, поскольку в воде содержатся минеральные соли, диссоциирующие на ионы при растворении. Для обессоливания воды используют электродиализаторы. Простейший электродиализатор представляет емкость, разделенную анионообменной и катионообменной селективными мембранами на три камеры, в крайних камерах располагают анод и катод. Особенностью селективных мембран является способность под действием электрического тока пропускать ионы только одного знака. За счет селективных свойств мембран ионы, переместившиеся к катоду или аноду, остаются в двух крайних камерах, а в центральной камере находится обессоленная вода. Для обессоливания большого объема воды используют многокамерные электродиализаторы, которые состоят из множества питаемых постоянным током ячеек. Камеры, концентрация солей в которых снижается, называют дилюатными, а камеры с обогащенной солями водой во время электродиализа называют рассольными. Удаление дилюата и рассола из электродиалитической установки осуществляется раздельно. Из-за селективности мембран данный вид электродиализа называют однонаправленным или классическим, недостатком этого метода является быстрое загрязнение мембран. Процесс обессоливания приходится останавливать довольно часто, чтобы очистить мембраны и электроды. Для частичной компенсации этого недостатка используют асимметричные токи или изменение полярности прилагаемого электрического поля. Для более глубокого обессоливания воды используется электродеионизация, которая объединяет два метода очистки воды: электродиализ (устранение ионов с помощью катионо- или анионоселективных мембран) и деионизацию с помощью специальных ионообменных смол, при этом нет необходимости применять химикаты при регенерации ионообменных материалов. Процесс электродеионизации приводит к удалению нежелательных минеральных веществ, и эффективность технологии зависит от исходных концентраций примесей, подаваемого тока и предварительной водоподготовки. Электродеионизацию обычно проводят после очистки воды с помощью систем обратного осмоса. Из электрохимических методов наиболее эффективными и распространенными признаны методы электрохимической коагуляции (электрокоагуляции) и электрохимической флотации (электрофлотации). Эти методы применяются для очистки как промышленных и бытовых сточных вод, так и стоков производств пищевой отрасли. Электрокоагуляция. В зависимости от состава сточных вод применяемые для электрокоагуляции электроды изготавливаются из следующих металлов и сплавов: алюминия, железа, свинца и др. металлов, ионы которых, выходя в раствор при электролизе, обладают хорошими коагулирующими свойствами. На растворимых электродах происходит ионизация металла с переходом в раствор его ионов: (Mе - nе = Men+ ),которые гидролизуясь, образуют (Men+ + nH2O = Me(OH)n + nH+) гидрооксиды металлов, являющиеся хорошими коагулянтами загрязнений и адсорбентами для уже скоагулированныхчастиц. Кроме того, при прохождении стоков между электродами под воздействием электрического поля происходит нейтрализация заряда загрязняющих частиц с последующей их коагуляцией. Этот процесс можно назвать электрофлокуляцией и электрокоагуляцией. Метод электрокоагуляции применяется для очистки стоков, содержащих коллоидные и взвешенные частицы, а также растворенные соединения, обладающие высокой адсорбционной способностью к образующимся хлопьям гидроокисей металлов. К ним относятся различные загрязнения: масла, жиры, нефтепродукты, ионы тяжелых металлов, фенолы, поверхностно-активные вещества, красители, туши, гуаши, акварели и прочие. Эффект очистки стоков составляет: от поверхностно-активных веществ - 60-70%, по жирам 75-95%, по нефтепродуктам - до 95%, по хрому - 90-98%, по взвешенным веществам - 90-95%.
Продолжительность электрокоагуляционной
очистки стоков может составлять от 3 до 30 мин, расход металла - 5-200
г/м3, энергозатраты от 0,2 до 2,5 квтч/м3. Электрокоагуляционная очистка
стоков ведется в электролизерах с вертикальными электродами,
выполненными в виде прямоугольных пластин. Электродная система
выполняется в виде блока плоских пластин металла, расположенных друг от
друга на расстоянии Эффекты очистки составляют: по нефтепродуктам - до 90%, по взвешенным веществам - до 70%, по жирам - 80%, по детергентам - 60-70%.
Продолжительность электрофлотационной очистки
сточных вод может варьироваться в зависимости от вида загрязнений в
достаточно широких пределах (от нескольких минут до 30-40 мин), расход
электроэнергии менее 1 кВтч/м3. Глубина слоя обрабатываемой жидкости от
0,630 до Электрохимическая деструкция. Сущность метода электрохимической деструкции заключается в обработке сточной жидкости в электрореакторе с нерастворимыми в условиях анодной поляризации электродами. Глубина минерализации органических загрязнений при этом определяется как электродными редокс-процессами(катодное восстановление и анодное окисление), так и объемными реакциями под воздействием продуктов электролиза. Обеззараживание сточных вод происходит ионами гипохлорита, которые образуются на аноде или полученной при электрохимических процессах перекисью водорода и озоном. При электролизе происходит разложение воды с подщелачиванием обрабатываемой жидкости у катода: 2H2O + 2e = H2 + 2OH- и подкислением у анода H2O - 2e = 1/2 O2 + 2H+ Гидроксид-ионы разряжаются при низком потенциале анода, образуя гидроксидные радикалы. 2ОН- - 2е = 2ОН* = Н2О2 Последние, соединяясь, дают пероксид водорода, который реагирует с органическим соединением, находящимися в стоке, вызывая их окисление. В процессе электролиза в растворе образуются гипохлориты или хлорноватистая кислота: Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O
Cl2+ Компоненты активного хлора обладают особенно большим запасом химической энергии в момент их образования и служат сильными окислителями в соотношениях, определяющихся условиями процесса. В большинстве случаев анодные процессы окисления способствуют некоторой дестабилизации, т.е. потере химической устойчивости органических веществ, что значительно облегчает протекание объемных процессов под воздействием продуктов электролиза. Таким образом, при электролизе в присутствии ионов Cl- находящиеся в стоке органические загрязнения разрушаются как вследствие непосредственного электрохимического окисления на аноде, так и вследствие проходящего в объеме обрабатываемого раствора химического окисления "активным" хлором и кислородом. На электролитически нерастворимых анодах молекулы органических соединений подвергаются полному деструктивному окислению с образованием углекислого газа, воды, азота, аммиака и других газообразных продуктов. Так, окисление гипохлорит-ионом можно иллюстрировать следующими примерами: цианиды CN- + ClO- = CNO-+ Cl- CNO- + ClO- = CO2 + N2 + Cl- мочевина CO(NH2)2 + 3ClO- = N2 + CO2 + 3Cl- + 2H2O фенол C6H5OH + 8ClO- = (CHCOOH)2 + 8Cl- + 2CO2 + H2O. Как видно из последней реакции, при окислении фенола гипохлоритом происходит разрыв бензольного кольца с образованием малеиновой кислоты и углекислого газа. В очищенном стоке: не образуется осадок; стабилизируется рН; уменьшается концентрация взвешенных веществ. Такая вода может быть принята в городскую канализацию, сброшена в открытые водоемы или даже использована повторно в других технологических производствах.
Электрохимическая очистка производственных сточных вод в ряде случаев имеет преимущества перед обработкой сточных вод хим. реагентами и др. физ.-хим. способами, т.к. позволяет извлечь из воды ценные хим. продукты и металлы, значительно упростить техно-логич. схему очистки, уменьшить производств, площади, необходимые для размещения очистных сооружений. Эффект очистки производств, сточных вод зависит от их исходного хим. состава (рН, общее содержание минер, солей), применяемых электродов и расстояния между ними, плотности тока, уд. расхода электричества, интенсивности перемешивания в процессе электролиза, температуры. Эффект очистки возрастает в случае разделения анодного и катодного пространств полупроницаемыми диафрагмами из различных материалов. Применение электрохимической очистки наиболее целесообразно при относительно высокой их электропроводности, обусловленной наличием в сточных водах минер, кислот, щелочей или солей (при значениях рН сточных вод, лежащих в нейтральной области, их общее солесодержание должно составлять не менее 0,3 г/л). Электрохимические способы очистки сточных вод, основан, на анодном окислении или катодном восстановлении содержащихся в них органич. и неорганич. в-в, могут применяться на локальных установках при относительно небольших расходах воды. В нашей стране электрохим. способы применяют для очистки сточных вод от цианидов на предприятиях машиност-роит. и металлообрабат. профиля, для удаления красителей и поверхностно-активных в-в из сточных вод предприятий легкой пром-сти и предприятий по прошву товаров бытовой химии, а также для электрохим. извлечения меди и др. цветных, а также драгоц. металлов из высоко-и малоконцентриров.сточных вод. Технологии электрохимической очистки могут быть использованы для: очистки стоков предприятий мясомолочной промышленности; очистки стоков, содержащих моющие растворы; очистки гальваностоков; очистки нефтесодержащих сточных вод; регенерации технологических растворов обезжиривания и подготовки моющих растворов, не содержащих хлорорганических соединений; очистки сточных вод коммунального хозяйства от органических и неорганических загрязнителей. Преимущества электрохимической технологии по сравнению с другими способами очистки сточных вод: более высокая степень очистки; меньшие энергозатраты; простота эксплуатации и обслуживания; отсутствие реагентов возможность создания оборотных систем водоснабжения Вывод Электрохимическая очистка воды базируется на окислительно-восстановительных реакциях и представляет собой, собственно, воздействие электрического тока на сточные воды. Электрохимическая очистка воды достаточно экономична и весьма распространена в России в связи с тем, что может быть довольно продуктивной при очень маленьких финансовых затратах. Тем не менее, за рубежом, подобный метод не используется для бытовых вод, а применяется исключительно для промышленной очистки воды. Электрохимическая очистка воды позволяет уничтожить все микроорганизмы, но при этом, она может негативно повлиять на различные органические вещества. В связи с тем, что в воде могут содержаться совершенно разные микроорганизмы и вещества, а точный анализ сточных вод, как правило, не делается, результат воздействия тока на эту воду никто предсказать не сможет. Соответственно, из-за непредсказуемой реакции веществ в воде, в ходе ее очистки могут получиться не очень безопасные соединения.
содержание .. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ..
|
|
|