Электрокоагулятор для очистки сточных вод кратко

Обновлено: 02.07.2024

С развитием промышленности потребность очищения сточных вод в промышленных масштабах с конца 19 века только увеличивается. Сегодня существует не один метод, с помощью которых осуществляется очистка воды в промышленных масштабах. Для промышленных предприятий, которые в технологическом процессе используют особо большие объемы жидкости, например, горнорудной и обогатительной промышленности, особое значение имеет очистка воды электрокоагуляцией – способ, который позволяет использовать воду повторно после процедуры.

Метод электрокоагуляции основан на физико-химическом процессе оседания (коагуляции) коллоидных систем при воздействии на них постоянным электрическим током. С помощью стальных или алюминиевых анодов сточные воды подвергаются электролизу, в результате чего происходит электрохимическое растворение металлов, загрязняющих воду. Окислительно-восстановительные реакции, протекающие в водной среде, при очистке воды для дома электрохимическими методами многоступенчаты и довольно сложны. Целый ряд факторов оказывает влияние на скорость и механизмы протекания определенных химических реакций в общей цепи, от чего во многом зависит и качество очистки воды методом электрокоагуляции.

Так при очистке воды электрокоагуляцией решающее значение имеет не только материал анодов, но и расстояние между ними. Для получения очищенной жидкости, с определенными показателями качества, исходя из химического состава сточных вод, подвергающихся электрокоагуляции, учитывают такие факторы, как скорость движения воды между анодами, температура водной среды, а также плотность и напряжение постоянного тока.

Как уже отмечалось выше, очищение жидкости методом электрокоагуляции преимущественно используется в промышленном производстве. Сам прибор для проведения данного способа, как правило, представляет собой ванну, в которой установлены электроды. Чаще всего используют пластинчатые электрокоагуляторы с параллельным или вертикальным током воды. Существуют однопоточные системы водоочистки и водоподготовки, в которых вода движется последовательно от электрода к электроду, многопоточные с параллельным соединением каналов (в них вода проходит одновременно через все электроды) и смешанные. Преимуществом однопоточных агрегатов является большая скорость тока воды, однако, использование многопоточных установок позволяет снизить пассивацию электродов, т.е. замедление электродной реакции из-за воздействия собственных ее продуктов. Подобный метод отлично зарекомендовал себя при обработке водной среды, насыщенной эмульсиями нефтепродуктов, жиров и масел, степень удаления которых из сточных вод методом коагуляции составляет 92-99 % и 54-68 % соответственно.

Метод очистки воды электрокоагуляцией обладает как преимуществами, так и рядом недостатков. К достоинствам можно отнести компактность установки и простота управления. При этом отсутствует такая статья расходов, как реагенты. Еще одним положительным качеством установки для проведения электрокоагуляции сточных вод является ее независимость к резким изменениям таких показателей, как температура, уровень кислотно-щелочного баланса среды, появление токсичных элементов.

К тому же подобный процесс обладает высокой бактерицидной эффективностью. Постоянный электрический ток большой плотности разрушает химические соединения и выделением ионов кислорода, который является одним из мощных средств обеззараживания.

Среди недостатков метода водоочистки способом электрокоагуляции сточит отметить энерго- и металлоемкость процесса, относительно невысокую производительность, образование большого объема шлама (хотя вторичные отходы зачастую имею хорошие структурно-механические свойства), нередки случаи, когда в процессе коагуляции образуются токсичные реагенты.

Специалисты не рекомендуются осуществлять очистку воды электрокоагуляцией для бытовых нужд по ряду причин, основная из которых заключается в том, что результат воздействия постоянного электрического тока на воду непредсказуем. В процессе в водной среде могут образоваться вещества, опасные для здоровья живых организмов. Безопасность полученной после очистки воды с точки зрения химического состава может показать только анализ, который проводить в бытовых условиях, увы, невозможно.

Наиболее полная информация о чистой воде, дополняемая Вами.

Электрокоагуляция – способ очистки воды с использованием постоянного тока, который подается на погруженные в воду электроды. В ходе процесса электроды постепенно растворяются, ионы металлов вступают в реакцию с загрязняющими веществами, образуя хлопьевидные осадки, которые легко удаляются из воды.

Область применения

В результате обработки из воды выводятся тяжелые металлы и растворенные примеси органических соединений. Так, при использовании стальных анодов нейтрализуется шестивалентный хром и кремниевая кислота. Алюминиевые элементы применяют для удаления меди, никеля, цинка. При обработке воды с примесью нефтепродуктов и фенолсодержащих фракций удается вывести 92-99 % масел и жиров, устойчивых к воздействию традиционных реагентов.

Электрокоагуляция используется для очистки сточных и оборотных вод промышленных предприятий. Использовать данную технологию для очистки бытовых и питьевых вод нецелесообразно, так как регулировка и контроль процесса представляет сложную задачу. Кроме материала анодов и расстояния между ними, на результат влияют скорость движения воды, температура и химический состав, плотность и напряжение тока. Обеспечить стабильность этих параметров в условиях гидроочистных сооружений невозможно.

Сущность метода

Прибор для электрокоагуляции воды представляет собой комплект стальных или алюминиевых электродов, расположенных на расстоянии 5-20 мм относительно друг друга. Между ними протекает обрабатываемая вода. В результате пропускания тока на аноде образуются многозарядные ионы Fe 2+ или Al 3+ , а на катоде – щелочь ОН – :

При взаимодействии со щелочью ионов токсичных металлов образуются нерастворимые гидроксиды, которые выпадают в осадок:

Ионы железа и алюминия вступают в щелочную реакцию с образованием нерастворимых гидроксидов Fe(ОН)₂ и Al(ОН)₃, под воздействием которых происходит слипание жировых загрязнений и эмульсий с последующим всплыванием, а пористая структура помогает выводить из воды молекулы органических веществ, красителей и т.д.

Дополнительный эффект достигается за счет электрофоретических явлений, которые заключаются в разрушении сольватных солей при контакте с поверхностью заряженных электродов. В результате из воды удаляются неустойчивые загрязнения и отдельные коллоидные элементы.

Плюсы и минусы

К преимуществам технологии относятся:

высокая степень очистки;
простая конструкция приборов;
очистка происходит без введения реагентов, применение которых ведет к образованию хлоридов и сульфатов;
бактерицидные свойства – при электролизе образуются ионы кислорода, которые дополнительно обеззараживают воду.

Минусы электрокоагуляции воды:

низкая производительность;
энергоемкость;
хлопьевидные осадки засоряют пространство между электродами и снижают очищающие способности аппаратов;
образование не утилизируемых отходов.

Электрокоагуляция как способ очистки сточных и оборотных вод характеризуется хорошими результатами. Но на практике эта технология не нашла пока широкого применения. Это объясняется недостаточной производительностью, чрезмерным энергопотреблением, повышенным износом оборудования и уязвимостью установок. При этом на сегодняшний день ведутся исследования, направленные на совершенствование технологии с использованием новых материалов и конструкторских решений.

Ускоренный темп роста количества производственных предприятий в 21 веке требует оптимизации технологических процессов очистки оборотных и сточных вод в промышленных объемах. Обработка воды до получения потребительских качеств с помощью электрохимических способов - альтернатива физическим и биохимическим методам очистки воды. Автоматизированные установки электрокоагуляции, электрофлотации, электродеструкции отличаются компактностью, простотой обслуживания и достаточной производительностью. Их применение в очистительных комплексах - один из путей оптимизации технологических процессов водоподготовки.

Очистка воды методом электрокоагуляции

Электрокоагуляция воды - это прогрессивное технологическое направление избавления воды от загрязняющих субстанций путем ее очистки в электролизере с растворимыми электродами. При нахождении водного раствора под влиянием постоянного электрического поля происходит разрушение грубодисперсных загрязнений, агрегация коллоидных примесей, что стимулирует процесс разделения фаз и очистки воды от определенного типа соединений. Метод электрокоагуляции воды показывает отличные результаты при очистке технической воды от мелкодиспергированных органических мономеров и полимеров, эмульсий, продуктов нефтепереработки. Эффективен при избавлении водных растворов от избытка фосфатов и хроматов.

Электрокоагуляция используется для:

осветления и уменьшения цветности природных вод;
уменьшения жесткости;
выведения фтора, мышьяка, кремния;
связывания органических загрязнений (ПАВ, фенола);
корректирования рН водного раствора;
увеличения ферментативной способности активного ила;
улучшения условий обезвоживания осадков путем уменьшения удельного сопротивления воды;
для очистки сточных вод.

Особенности водоподготовки с помощью электрокоагуляции

Во время электролиза на металлических электродах происходят процессы окисления и восстановления составных компонентов электролитов. При использовании растворимых электродов (алюминиевых, железных) процесс представляет собой комплекс электрохимических реакций. Быстрота их протекания зависит от величины электрического потенциала на линии раздела фаз раствор - металл, биохимического состава воды, условий диффузии продуктов электролиза в водном растворе. Электричество передается всеми ионами, находящимися в воде, заряженными взвешенными частицами и коллоидами. Но из-за небольшой подвижности частичек примесей главными переносчиками электричества являются катионы К + , Ca 2+ , Na + , Mg 2+ , анионы SO4 2– , HCO ₃– , Cl – и ионы Н + и ОН – , которые постоянно содержатся в воде.

Электрохимическое растворение протекает по двум типам реакций:

растворение под воздействием внешнего тока - анодное растворение металлов;
химическое взаимодействие металлов с окружающей водной средой.

При использовании в качестве анода алюминия или железа происходящие в водной среде реакции можно описать следующими уравнениями:

Al – 3e → Al 3+ ; Fe – 2e → Fe 2+ (анодное растворение);
Al 3+ + OH–→ Al(OH)₃; Fe 2+ + OH– → Fe(OH)₂; 4Fe(OH)₂ + O₂ + H₂O → 4Fe(OH)₃ (образование гидроксидов).

На железном или алюминиевом катоде, помещенном в водный раствор, могут протекать следующие электрохимические процессы:

Н + + 1е → Н; Fe 3+ + 1e → Fe 2+ (деполяризация движущимися ионами);
О₂ + 4е + 2Н₂О → 4ОН – (деполяризация нейтральными молекулами в щелочной среде);
О₂ + 4е + 4Н + → 2Н₂О (в кислой и нейтральной среде);
Fe 2+ + 2e → Fe; Fe₃O₄ + H₂O + 2e → 3FeO + 2OH – ; 2Al + 6H₂O→ 2Al(OH)₃ + 3H₂(восстановление металлов и их нерастворимых оксидных пленок);
RO + 4e + 4H + → RH₂ + H₂O;R + 2e + 2H + → RH₂ (восстановление органических соединений, R - радикал или молекула).

Протекание электрохимических процессов на стальных и алюминиевых электродах сопровождается адсорбированием на них неорганических и органических примесей, которые влияют на скорость электрохимических реакций выделением вблизи электрода пузырьков газа (О₂, Н₂). Перенос ими веществ из жидкости на поверхность называется электрофлотацией, а диффузия в водном растворе взвешенных примесей, пузырьков газа, коллоидов носит название электрофорез.

Хлопья гидроксидов металлов выпадают в осадок и обладают коагулирующей активностью. Процесс дальнейшего агрегирования аналогичен введению в водный раствор соответствующих реагентов, но при электрокоагуляции вода не насыщается сульфатами и хлоридами, предельно допустимое содержание которых является одним из параметров, контролируемых при проверке очищенных оборотных вод перед дальнейшим использованием. Также метод электрокоагуляции широко применяется и для очистки сточных вод.

Типы электрокоагуляторов для очистки воды

Электрокоагуляцию можно разделить на три вида по механизму протекающих процессов.

Электростатическая коагуляции подразумевает поляризацию коллоидных примесей при нахождении в постоянном или переменном электрическом поле и последующую агломерацию диполей. Необходимость использования больших напряжений электрического поля (15 - 40 кВ/м) делает этот метод мало применимым в чистом виде и востребованным при обработке обессоленных сточных вод.

Электрохимическая коагуляция основана на электролитическом растворении железных или алюминиевых электродов под воздействием внешнего источника тока, при котором в водный раствор переходят ионы металлов, образующие нерастворимые гидроксиды и основные соли. Они в свою очередь коагулируют коллоидные примеси сточных вод. В это же время на катоде протекают реакции восстановления растворенных в воде неорганических и органических соединений. Изменяя силу тока, можно регулировать количество растворяемого металла.

При гальванической коагуляции железо растворяется за счет разности потенциалов, возникающей при взаимодействии стальных электродов с медью или коксом. Количество растворенного железа зависит от рН и состава обрабатываемого водного раствора, на его концентрацию нельзя повлиять регулированием силы тока как при методе электрохимической коагуляции. Гальванокоагуляционный метод характеризуется большой чувствительностью к присутствию анионов в водных растворах, которые пассивируют поверхность железа и уменьшают эффективность коагуляции.

Реагентная коагуляция воды

Выбор способа обработки оборотных и сточных вод зависит от их состава и режима поступления, концентрации загрязнений, необходимости дальнейшего использования очищенной воды. Применение метода электрокоагуляции для очистки сточных вод экономически обосновано для локальных систем очистки оборотных и сточных вод объемом 40 - 60 м 3 /ч, поскольку способ обработки воды в электролизере энергоемкий и требует затрат на покупку листового металла.

Реагентный метод простой коагуляции, основанный на инициировании процессов агломерации коллоидов введением веществ, дестабилизирующих изоэлектрическое состояние водного коллоидного раствора, широко используется для интенсификации осаждения и фильтрации загрязняющих веществ на крупных промышленных предприятиях, в системе коммунального водоснабжения и водоотведения.

Назначение и особенности электрокоагуляторов для воды

Большинство установок для электрокоагуляции водных растворов выполнены в виде ненапорных электролизеров пластинчатой формы вертикального или горизонтального вида. Металлические пластинки устанавливают на расстоянии 4 - 25 мм друг от друга. Удерживают их в таком положении изолирующие вставные элементы. Электрический ток подается на каждую пластину. Чтобы упростить сборку установки электрокоагуляции и уменьшить потребляемую силу тока, электроды подключают биполярно (подводят ток через несколько пластин одновременно). Промежуточные металлические пластины растворяются за счет поляризации в созданном электрическом поле. Пластинчатые электрокоагуляторы могут работать многопоточно и однопоточно в зависимости от расположения электродов и направляющих перегородок. Многопоточная схема предусматривает прохождение воды сразу через все промежутки между электродами (параллельное соединение). Такой тип электролизера отличается простотой конструкции, но скорость потока в нем низкая. Однопоточное устройство установки электрокоагуляции предусматривает прохождение воды по лабиринту последовательно соединенных электродов. В таком варианте вода движется значительно быстрее.

Время очистки воды в электрокоагуляторе зависит от природы и свойств загрязняющих компонентов и составляет 30 сек - 5 мин. Для повышения эффективности электрокоагуляции и уменьшения скорости засорения межэлектродного пространства водные растворы перед направлением в электролизер необходимо подвергать предварительному фильтрованию для избавления от крупнодиспергированных примесей. Эффективность очистки воды в электрокоагуляторах достигает 55 - 67% при избавлении от продуктов нефтепереработки и масел, и 98% при связывании жиров.

Достоинства и недостатки электрокоагуляции воды

Простота конструкции установок электрокоагуляции и универсальность способа, эффективно избавляющего оборотные технические воды от нефтепродуктов, тяжелых металлов и взвешенных примесей, обуславливают использование метода электрокоагуляции в промышленной практике.

Несомненными преимуществами метода электрокоагуляции являются:

универсальность применения;
высокие показатели степени очистки природных и сточных вод;
простое конструктивное устройство электролизеров;
отсутствие побочного образования хлоридных и сульфатных солей как при реагентной коагуляции;
дополнительное обеззараживание воды кислородом, который образуется при протекании электрохимических реакций на электродах в растворе.

Достоинства электрокоагуляционного способа обработки оборотных и сточных вод интенсифицировали внедрение этого метода в производственные процессы. Но при адаптации технологии электрокоагуляции на практике выявились недостатки, которые сдерживают повсеместное применение этого способа в промышленных масштабах:

ограниченная производительность;
высокое энергопотребление;
большое количество листового металла;
быстрая пассивация металлических пластин электроустановок;
засорение межпластинного пространства осадками гидроксидов и основных солей металлов и снижение эффективности очистки;
образование трудно утилизируемых отходов;
повышенная взрывоопасность установок за счет выделения на катоде Н₂.

Сегодня продолжаются исследования в области оптимизации процессов электрокоагуляции, поиска новых материалов с целью совершенствования конструкции электрокоагуляторов для очистки воды.

Электрокоагуляция как метод очистки воды

Электрокоагуляционный метод показывает высокий процент удаления из воды примесей и загрязняющих соединений в виде взвешенных составляющих органической, биохимической, минеральной природы, коллоидных соединений кислорода, кремния, железа, элементов, влияющих на цветность воды, а также растворенных компонентов, находящихся в ионном и молекулярном состоянии. Большая сорбционная емкость получаемого электрохимическиAl(OH)3 и Fe(OH)3 по отношению к водным загрязнениям позволяет успешно использовать способ электрической коагуляции для обработки технических, оборотных, питьевых и сточных вод, соблюдать высокие требования к качеству воды. Электрокоагуляция как и электрофлотация дает возможность проводить очистку воды в автоматизированных, компактных электролизерах, так как электрохимические реакции легко поддаются управлению. Особенно эффективен процесс для обслуживания небольших автономных объектов.

Электрокоагуляцию применяют преимущественно в системах локальной очистки сточных вод, загрязненных тонкодисперсными и коллоидными примесями, от масел, нефтепродуктов, некоторых полимеров, соединений хрома и других тяжелых металлов. Она находит применение в процессах осветления, обесцвечивания, обеззараживания и умягчения воды в системах водоподготовки. Электрокоагуляция применима главным образом для очистки нейтральных и слабощелочных вод.

Как правило, электрокоагулятор служит только для образования гидроксидов металлов и агрегации частиц; процесс разделения фаз проводят в других аппаратах – отстойниках, гидроциклонах и др.

В качестве примера рассмотрем электрокоагуляционную установку для очистки сточных вод, содержащих соединения хрома.

Суть электродных процессов при электрокоагуляции сводится к генерация в процессе анодного растворения металла коагулянта – гидроксида соответствующего металла; подщелачивание воды в процессе электролиза; получение на катоде газообразного водорода.

Соединения хрома присутствуют в сточных водах в виде бихромат-ионов ( ) и хромат-ионов ( ), которые восстанавливаются в электрокоагуляторе катионами двухвалентного железа, образующегося в результате растворения стальных анодов по реакции:

Fe – 2e - ↔ Fe 2+ . (5.18)

Восстановление Сr 6+ двухвалентным железом протекает с достаточно высокой скоростью в кислой, нейтральной и щелочной средах в соответствии со следующими уравнениями:

+ 6Fe 2+ + 14H + → 6Fe 3+ + 2Cr 3+ + 7H₂O, (5.19)

Оптимальные величины рН электрокоагуляционной очистки хромосодержащих сточных вод составляют 3-6.

Схема установки для проведения процесса электрокоагуляции представлена на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Схема электрокоагуляционной установки: 1 – усреднитель; 2 – бак для приготовления раствора; 3 – источник постоянного тока (выпрямитель); 4 – электрокоагулятор; 5 – отстойник; 6 – аппарат для обезвоживания осадка.

Основные конструктивные параметры электрокоагулятора рассчитывают следующим образом. Полезный объем ванны V_п (м 3 ) электрокоагулятора (объем сточных вод, постоянно находящихся в аппарате) равен:

Расход железа на процесс (G_Fe , г/ч):

рабочая поверхность анодов (S, м 2 ) и их общее число (n_a) определяют из соотношений:

S = I/i, n_a = S/S₁; (5.27)

общее число электродов (катодов и анодов) составляет:

общий объем ванны электролизера (V_эл , м 3 ) равен:

где Q – расход сточных вод, м 3 /ч; τ – время процесса, ч; d – удельный расход железа на удаление определенного загрязнения, г/г; с – исходная концентрация иона металла, загрязняющего воду, г/м 3 ; K – коэффициент использования материала электродов в зависимости от толщины электродных пластин, принимаемый равным 0,6-0,8; Q – общее количество электричества, которое необходимо пропустить через объем V_п, м 3 , стоков для их очистки от Cr 6+ , Кл; 11120 – теоретическое количество электричества, необходимое для восстановления 1 г Cr 6+ , Кл; i – оптимальная плотность тока, А/м 2 ; S₁ – площадь одного анода, м 2 ; V_э – объем всех электродов, м 3 .

Эффективность электрокоагуляционной очистки от хрома составляет 90-95 %.

Контрольные вопросы по дисциплине

Раздел 1. СТОЧНЫЕ ВОДЫ, НЕОБХОДИМАЯ СТЕПЕНЬ ИХ РАЗБАВЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ

1. Нормативы качества воды водных объектов

2. Расчет разбавления сточных вод в реках, озерах и водохранилищах

3. Условия выпуска производственных сточных вод в канализацию населенных пунктов

4. Расчет необходимой степени очистки сточных вод по взвешенным веществам и по растворенному в воде кислороду

5. Расчет необходимой степени очистки сточных вод по содержанию вредных веществ

6. Методы очистки производственных сточных вод, их назначение и краткая характеристика

Раздел 2. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

7. Очистка сточных вод процеживанием

8. Очистка сточных вод в песколовках

9. Очистка сточных вод в отстойниках

10. Очистка сточных вод от всплывающих примесей

11. Очистка сточных вод в гидроциклонах

12. Очистка сточных вод на центрифугах

Глава 3. ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

13. Нейтрализация сточных вод

14 . Очистка сточных вод активным хлором

15. Очистка сточных вод озонированием

16. Очистка сточных вод окислением кислородом воздуха

17. Очистка сточных вод восстановлением

Глава 4.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

18. Очистка сточных вод коагуляцией и флокуляцией

19. Флотационная очистка сточных вод

20. Экстракционная очистка сточных вод

21. Адсорбционная очистка сточных вод

22. Очистка сточных вод ионным обменом

Глава 5. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСАЯ ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

23. Электрофлотационные установки очистки сточных вод

24. Очистка сточных вод электрокоагуляцией

1. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. - М.: Химия, 1989 - 512 с.

2. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. - М.: Стройиздат, 1985 - 335 с.

3. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. (Справочное пособие). - М.: Стройиздат, 1977 - 204 с.

4. Когановский А.М., Клименко Н.А., Левченко Т.М. и др. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. - М.: Химия, 1983 - 278 с.

5. Пономарёв В.Г., Иоакимис Э.Г, Монгайт И.Л. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. - М.: Химия, 1985 - 256 с.

6. Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.М. Технология электрохимической очистки вод. - Л.: Стройиздат, 1987 - 294 с.

7. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Калицун В.И. Водоотведение и очистка сточных вод. - М.: Стройиздат, 1996 – 595 с.

8. Лихачев Н.И., Ларин И.И., Хаскин С.А. и др. Канализация населённых мест и промышленных предприятий / Под. ред. Самохина В.Н. - 2-е изд. - М.: Стройиздат, 1981 - 639 с.

9. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.

10. Проектирование сооружений для очистки сточных вод / Справочное пособие к СНиП 2.04.03-85. - М.: Стройиздат, 1990 - 192 с.

11. Ласков Ю.М., Воронов Ю.В., Калицун В.И. Примеры расчетов канализационных сооружений. - М.: Стройиздат, 1987 - 255 с.

12. Родионов А.И., Кузнецов Ю.П., Соловьев Г.С. Защита биосферы от промышленных выбросов. – М.: Химия, КолосС, 2005 – 392 с.

13. Проектирование установок с фильтр-прессами для обезвоживания осадков сточных вод. Справочное пособие к СНиП 02.04.03-85. – М.: Стройиздат, 1990 – 24 с.

14. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1987 – 576 с.

15. Машины и аппараты химических производств. Примеры и задачи. / Под общей ред. Соловьева В.Н. Л.: Машиностроение, 1982 – 384 с.

16. Козлов А.И. Процессы и аппараты защиты гидросферы: учеб. пособие /А.И. Козлов, П.М. Лукин, В.С. Илакин и др. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та 2009. – 356 с.

Fe – 2e - ↔ Fe 2+ . (5.18)

+ 6Fe 2+ + 14H + → 6Fe 3+ + 2Cr 3+ + 7H₂O, (5.19)

Оптимальные величины рН электрокоагуляционной очистки хромосодержащих сточных вод составляют 3-6.

Схема установки для проведения процесса электрокоагуляции представлена на рис. 5.9.

Расход железа на процесс (G_Fe , г/ч):

рабочая поверхность анодов (S, м 2 ) и их общее число (n_a) определяют из соотношений:

S = I/i, n_a = S/S₁; (5.27)

общее число электродов (катодов и анодов) составляет:

общий объем ванны электролизера (V_эл , м 3 ) равен:

Эффективность электрокоагуляционной очистки от хрома составляет 90-95 %.

Контрольные вопросы по дисциплине

Раздел 1. СТОЧНЫЕ ВОДЫ, НЕОБХОДИМАЯ СТЕПЕНЬ ИХ РАЗБАВЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ

1. Нормативы качества воды водных объектов

2. Расчет разбавления сточных вод в реках, озерах и водохранилищах

3. Условия выпуска производственных сточных вод в канализацию населенных пунктов

5. Расчет необходимой степени очистки сточных вод по содержанию вредных веществ

6. Методы очистки производственных сточных вод, их назначение и краткая характеристика

Раздел 2. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

7. Очистка сточных вод процеживанием

8. Очистка сточных вод в песколовках

9. Очистка сточных вод в отстойниках

10. Очистка сточных вод от всплывающих примесей

11. Очистка сточных вод в гидроциклонах

12. Очистка сточных вод на центрифугах

Глава 3. ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

13. Нейтрализация сточных вод

14 . Очистка сточных вод активным хлором

15. Очистка сточных вод озонированием

16. Очистка сточных вод окислением кислородом воздуха

17. Очистка сточных вод восстановлением

Глава 4.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

18. Очистка сточных вод коагуляцией и флокуляцией

19. Флотационная очистка сточных вод

20. Экстракционная очистка сточных вод

21. Адсорбционная очистка сточных вод

22. Очистка сточных вод ионным обменом

Глава 5. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСАЯ ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

23. Электрофлотационные установки очистки сточных вод

24. Очистка сточных вод электрокоагуляцией

1. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. - М.: Химия, 1989 - 512 с.

9. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.

11. Ласков Ю.М., Воронов Ю.В., Калицун В.И. Примеры расчетов канализационных сооружений. - М.: Стройиздат, 1987 - 255 с.

Раздел доступен гостю

Электрокоагулятор

Сравнение технологических особенностей электрокоагуляции (гальванокоагуляции) и электрофлотации при очистке промышленных сточных вод

Электрокоагуляция (гальванокоагуляция) - устаревшие технологически методы, которые до настоящего времени используются на машиностроительных и металлообрабатывающих предприятиях для очистки сточных вод гальванического производства (в основном для очистки хромсодержащих сточных вод от ионов хрома Cr 6+ ). В данных методах по электрохимическому механизму растворяют железо, и образовавшиеся ионы Fe 2+ восстанавливают шестивалентный хром Cr 6+ до трёхвалентного Cr 3+ с последующим образованием гидроксида хрома. Различие электрокоагуляции и гальванокоагуляции заключается в способе растворения железа. В электрокоагуляционном методе железо растворяется электрохимически при наложении на стальные аноды потенциала от внешнего источника питания. В гальванокоагуляционном методе железо растворяется гальванохимически за счет разности потенциалов, возникающей при контакте железа с медью или коксом. Следовательно, оба метода различаются движущей силой процесса растворения металлического железа, что и определяет их технологические различия.

Электрокоагуляция и гальванокоагуляция имеют огромное количество недостатков, основными среди которых являются следующие:

трудность в обслуживании электрокоагуляторов за счет засорения межэлектродного пространства, которое необходимо постоянно прочищать скребками;
трудность в обслуживании гальванокоагуляторов определяется необходимостью поддержания соотношения стальной стружки и кокса или стальной и медной стружки, неудобством засыпки загрузки, необходимостью тщательной фильтрации от мелкодисперсной фазы, состоящей из частиц кокса и оксидов железа.
Оба метода требуют огромного количества химических реагентов (На восстановление одного хромат иона расходуется три иона двухвалентного железа и четыре молекулы серной или восемь молекул соляной кислоты. Чтобы восстановление шестивалентного хрома шло с достаточной эффективностью, расходующиеся реагенты должны присутствовать в обрабатываемых сточных водах в большом избытке. Это приводит к тому, что норму расхода и кислоты и железа приходится увеличивать еще в 1,5-2 раза)
Оба метода создают огромное количество практически не утилизируемых твердых отходов - смесей гидроксидов железа и хрома: в пересчете на сухой вес около 10 кг на 1кг хрома Cr 3+ , содержащегося в исходном стоке.

Фото 1. Электрокоагуляторы на очистных сооружениях металлообрабатывающего предприятия - общий вид:

Ежегодно, посещая в ходе работы предприятия, которые внедрили очистные сооружения на базе электрокоагуляторов (и/или гальванокоагуляторов) и общаясь с инженерами и аппаратчиками ОС, нашими специалистами было сделано заключение, что соблюдение всех технологических режимов процесса для качественной и эффективной очистки гальванических сточных вод - задача достаточно сложная для действующих (как правило устаревших) электрохимических производств. Также большие сомнения вызывает использование очищенной воды для создания систем оборотного водоснабжения предприятий, требующих воду категорий 2 и 3 по ГОСТ 9.314-90 для получения качественных гальванических покрытий.

Фото 2. Электродные блоки электрокоагулятора:

Перечисленные проблемы были успешно решены специалистами ГК Транснациональный Экологический Проект благодаря внедрению на очистных сооружениях промышленных предприятий электрофлотатора собственной разработки и производства.

Фото 4. Электрофлотатор на очистных сооружениях металлообрабатывающего предприятия - общий вид:

Электрофлотатор оборудование для очистных сооружений сточных вод гальванических производств. Очищенная вода после электрофлотатора подается на мембранную установку гиперфильтрации для создания оборотного водоснабжения или сбрасывается в систему канализации. Электрофлотатор работает на основе процесса выделения микропузырьков электролитических газов и флотационного эффекта. Электрофлотатор МУОВ-М4 с блоком нерастворимых электродов входит в состав электрофлотационного модуля, который укомплектован системой сбора шлама, источником постоянного тока, вспомогательными емкостями из полипропилена для загрязненной и очищенной воды, насосами Grundfos и дозирующим оборудованием Etatron. Очистка сточных вод от тяжелых металлов: меди, хрома, цинка, никеля, железа, алюминия, кадмия, свинца, нефтепродуктов, спав и взвешенных веществ производится в непрерывном режиме.

Преимущества использования электрофлотационных модулей очевидны:

высокая эффективность извлечения дисперсных веществ (гидроксидов и фосфатов тяжелых металлов и кальция, нефтепродуктов, поверхностно-активных и взвешенных веществ);
высокая производительность (1м 2 оборудования - 4м 3 /ч очищаемой воды);
отсутствие вторичного загрязнения воды благодаря примению нерастворимых электродов ОРТА;

Фото 5. Нерастворимые электроды электрофлотатора:

низкие затраты электроэнергии от 0,5 до 1 кВт·ч/м 3 ;
отсутствие заменяемых материалов (фильтров, сорбентов и пр.);
простота эксплуатации, автоматический режим работы не требуют ежегодного ремонта и остановок;
шлам менее влажный (94-96%), в 3-5 раз легче обезвоживается и может быть использова при изготовлении строительных материалов и/или пигментов для красителей.

Степень освоения: оборудование и технология успешно эксплуатируются более чем на 60 промышленных предприятиях России. Осуществлена поставка пилотных установок в США, Канаду, Италию.

Очистка сточных вод методом электрокоагуляции

Очистка сточных вод методом электрокоагуляции основана на их электролизе с использованием стальных или алюминиевых анодов, подвергающихся электролитическому растворению. Для стальных анодов этот процесс представляется следующим образом.
В результате растворения стальных анодов вода обогащается ионами железа (II) по реакции

образующими затем при рН > 5,5 гидроксид железа (II):

который под действием растворенного в воде кислорода переходит в гидроксид железа (III):

Fe 2+ + O₂ + 2H₂O = 4Fe 3+ + 4OH -

Растворение алюминиевого анода протекает по реакции:

с последующей гидратацией ионов Аl 3+ :

Кроме того, при катодной поляризации алюминия возможно протекание химической реакции взаимодействия алюминия с водой:

В результате осуществляется процесс коагуляции, аналогичный обработке сточной воды соответствующими солями железа или алюми-лия. Однако по сравнению с реагентным коагулированием при электрохимическом растворении металлов не происходит обогащения воды сульфатами и хлоридами, содержание которых в воде лимитируется как при сбросе в открытые водоемы, так и при повторном использовании в системах промышленного водоснабжения.
При электрокоагуляции сточных вод протекают и другие электрохимические, физико-химические и химические процессы:

• электрофорез;
• катодное восстановление растворенных в воде органических и неорганических веществ или их химическое восстановление, а также образование катодных осадков металлов;
• химические реакции между ионами Аl 3+ или Fe 2+ , образующимися при электролитическом растворении металлических анодов, и некоторыми содержащимися в воде ионами (S 2- , РO₄ 3- ) с образованием труднорастворимых соединений, выпадающих в осадок;
• флотация твердых и эмульгированных частиц пузырьками газообразного водорода, выделяющегося на катоде;
• сорбция ионов и молекул растворенных примесей, а также частиц эмульгированных в воде примесей на поверхности гидроксидов железа и алюминия, которые обладают значительной сорбционной способностью, особенно в момент образования.

Основными преимуществами электрокоагуляционного метода по сравнению с реагентными являются компактность установки, относительная простота ее эксплуатации и резкое сокращение реагентного хозяйства.
Недостатком является расход металла (алюминия и железа) и электроэнергии. Теоретически для растворения 1 г железа и 1 г алюминия расходуется соответственно 3 и 12 Втч. Фактический же расход электроэнергии оказывается более высоким вследствие затрат на нагревание воды, поляризацию электродов, преодоление электрического сопротивления оксидных пленок, образующихся на поверхности растворяемых листовых анодов, и т. п.
Электрокоагуляция применяется для удаления из сточных вод мелкодисперсных и органических примесей, эмульсий, масел, нефтепродуктов, ионов тяжелых металлов. При применении железных анодов можно удалять и хромат-ионы.
Применение электрокоагуляции предпочтительно при обработке сточных вод, расход которых не превышает 50-80 м 3 /ч, в условиях нехватки производственных площадей, а также на предприятиях, расположенных в отдаленных районах.
Большинство электрокоагуляторов представляют собой безнапорные пластинчатые электролизеры горизонтального или вертикального типа. Электроды располагаются на рас стоянии 5-20 мм. Для предотвращения межэлектродного замыкания применяются специальные изолирующие вставки. Электрический ток подводится к каждому электроду.
По схеме движения исходной воды через электрокоагуляторы их можно разделить на однопоточные, многопоточные и смешанные. При однопоточной схеме вода проходит полабиринту, образуемому электродами (последовательное соединение каналов), что уменьшает пассивацию электродов. При многопоточной схеме движения вода одновременно проходит через промежутки между электродами (параллельное соединение каналов).
Направление движения жидкости может быть горизонтальным или вертикальным. Вертикальное направление снизу вверх, по-видимому, предпочтительнее, поскольку с потоком выносятся газы и продукты, об разующиеся при электрокоагуляционной обработке воды.
Электродная система электрокоагулятора выполнена в виде железных или алюминие вых цилиндров, расположенных вертикально и размещенных вокруг эжекторной циркуляционной системы. Вода через подающую трубу поступает в эжектор и циркулирует в межэлектродном пространстве.
Конструкция этого аппарата позволяет уменьшить поляризацию электродов, снизить расход электроэнергии, улучшить гидравлические и физико-химические условия формирования хлопьев образующегося гидроксида.
Корпус электрокоагулятора должен быть защищен изнутри кислотостойкой изоляцией и оборудован вентиляционным устройством.
Серьезным недостатком пластинчатых электролизеров является необходимость применения анодов из листового металла. Этот недостаток может быть устранен в конструкциях с насыпными электродами, где в качестве анодов применяются металлические стружки или лом. Предложен целый ряд конструкций подобных электрокоагуляторов, однако и они не лишены недостатков. Их применение ограничено из-за трудностей, возникающих при регулировании процесса, большого расхода анодного материала и забивки межэлектродного пространства продуктами электрохимического растворения анодов.
С целью интенсификации процесса электрокоагуляции используется конструкция виброэлектрокоагулятора. Применение вибрационных колебаний среднего диапазона частот практически исключает пассивацию электродов, снимает диффузионные ограничения во всем рабочем объеме, облегчает удаление газов и образующихся осадков, выгружаемых периодически через специальный клапан без остановки аппарата.
Электрокоагуляторы со стальными электродами следует применять для очистки сточных вод предприятий различных отраслей промышленности от шестивалентного хрома и других металлов при расходе сточных вод не более 50 мэ/ч, концентрации Сгб+ до 100 мг/л, исходном общем содержании ионов цветных металлов (цинка, меди, никеля, кадмия, трехвалентного хрома) до 100 мг/л, при концентрации каждого из ионов металлов до 30 мг/л, минимальном общем солесодержании сточной воды 300 мг/л, концентрации взвешенных веществ до 50 мг/л.

Читайте также: