Химические и электрохимические методы очистки сточных вод (стр. 4 из 6)
Достоинства метода
1) Очистка до требований ПДК от соединений Cr (VI).
2) Высокая производительность.
3) Простота эксплуатации.
4) Малые занимаемые площади.
5) Малая чувствительность к изменениям параметров
процесса.
6) Получение шлама с хорошими структурно-механическими
свойствами.
Недостатки метода
1) Не достигается ПДК при сбросе в водоемы рыбохозяйственного назначения.
2) Значительный расход электроэнергии.
3) Значительный расход металлических растворимых
анодов.
4) Пассивация анодов.
5) Невозможность извлечения из шлама тяжелых
металлов из-за высокого содержания железа.
6) Невозможность возврата воды в оборотный цикл
из-за повышенного солесодержания.
7) Потребность в значительных площадях для шламоотвалов.
8) Необходимость предварительного разбавления стоков до
суммарной концентрации ионов тяжелых металлов 100 мг/л.
Электролиз. (окисление)
В процессах электрохимическое окисление протекает на положительном электроде - аноде, которому ионы отдают электроны. Вещества, находящиеся в сточных водах, полностью распадаются с образованием более простых и нетоксичных веществ, которые можно удалять другими методами. В качестве анодов используют различные электрически нерастворимые вещества: графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца и рутения, которые наносят на титановую основу. Катоды изготавливают из молибдена, сплава железа с вольфрамом, сплава вольфрама с никелем, из графита, нержавеющей стали и других металлов, покрытых молибденом, вольфрамом или их сплавами. Метод используется на многих предприятиях.
Применению электролиза до последнего времени препятствовала низкая производительность аппаратов с плоскими электродами. Перспективы решения этой проблемы открылись с разработкой и внедрением в практику достаточно простых и надежных электролизеров с проточными объемно-пористыми волокнистыми электродами. Они позволяют ускорить процесс извлечения металлов более чем в 100 раз за счет высокой удельной поверхности и повышенного коэффициента массопередачи (до 0.05 – 0.1 м3/с). Применяются и другие типы аппаратов с развитой электродной поверхностью, например псевдоожиженного типа, разрабатываемые в Киеве и Санкт-Петербурге.
Работы в этом направлении также требуют дальнейшего развития: поиск путей увеличения доступной электролизу внутренней поверхности электродов; оптимизация стадии регенерации осажденного металла и анодных процессов; разработка более компактных, дешевых и экономичных электролизеров, а также стойких и дешевых анодных материалов.
Разработаны электролизеры типа Э-ЭУК, Е-91А, ЭПУ (ВПТИЭМП), модуль - МОПВ (НИТИАП, Нижний Новгород), регенераторы (ЦМИ “Контакт”, Пермь).
В США разработана конструкция электролизера для извлечения тяжелых металлов, в котором однородный поток мельчайших пузырьков воздуха, направленный перпендикулярно поверхности катода, разрушает примыкающий к катоду диффузный слой электролита. Это резко улучшает массообмен в электролите и повышает выход по току. Также в США широко используется электролизер, оборудованный биполярными электродами из углеродистой стали. Расход электроэнергии составляет 10 кВт на 1 кг тяжелых металлов. При содержании тяжелых металлов более 50 мг/л электрохимическая обработка осуществляется в несколько стадий. Концентрация вредных примесей тяжелых металлов после очистки не превышает по каждому из них 0.05 мг/л.
В Днепропетровском химико-технологическом институте предложено сточные воды обрабатывать в электролизере с растворимым анодом из пористого титана в присутствии замещенного амида иминосульфиновой кислоты формулы C6H5S(=NSO2C6H5)NHSO2C6H5.Размеры пор пористого титана 20 – 300 мкм, общая пористость 20 – 40 % .
Приведена схема одноступенчатой электролитической установки для удаления тяжелых металлов (удаление 90% металлических ионов) из сточных вод. В бездиафрагменном электролизере используются 2 насыпных катода, между которыми расположен пластинчатый анод. Катод состоит из гранул, изготовленных из материала, который плохо сцепляется с осаждаемыми металлами и поэтому осаждаемый металл выпадает на дно в виде порошка.
Достоинства метода
1) Отсутствие шлама.
2) Незначительный расход реагентов.
3) Простота эксплуатации.
4) Малые площади, занимаемые оборудованием.
5) Возможность извлечения металлов из концентрированных
стоков.
Недостатки метода
1) Не обеспечивает достижение ПДК при сбросе в водоемы рыбохозяйственного назначения.
2) Аноды из дефицитного материала.
3) Неэкономичность очистки разбавленных стоков
Метод гальванокоагуляции
Метод внедрен на ряде предприятий. Разработчики: “Гипроцветметобработка”, “Казмеханобр”. Изготовители: Востокмашзавод (Усть-Каменогорск), Бердичевский машиностроительный завод и др.
На предприятии “Казмеханобр” испытан
гальванокоагуляционный аппарат типа КБ-1 производительностью 50-100 м3 /сут для очистки сточных вод.
Достоинства метода
1) Очистка до требований ПДК от соединений Cr(VI).
2) В качестве реагента используются отходы железа.
3) Малая энергоемкость.
4) Низкие эксплуатационные затраты.
5) Значительное снижение концентрации сульфат-ионов.
6) Высокая скорость процесса
Недостатки метода
1) Не достигается ПДК при сбросе в водоемы рыбохозяйственного назначения.
2) Высокая трудоемкость при смене загрузки.
3) Необходимость больших избытков реагента (железа).
4) Большие количества осадка и сложность его
При электроокислении сточные воды пропускаются через электролизер, в котором происходит электрохимическое окисление органических примесей на нерастворимом аноде. Например, фенол окисляется на аноде до оксида углерода и малеиновой кислоты:
С6Н5ОН + 7Н2О - 16е = 2СО2 + (СНСООН)2 + 16Н+
Метод электрохимического восстановления с применением нерастворимых электродов особенно эффективен для обезвреживания хромсодержащих сточных вод с большими концентрациями Cr6+ (более 2 г/литр). Катодное восстановление металлов происходит по схеме:
Men +ne- → Me0
При этом металлы осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы. При использовании метода электрохимического восстановления можно снизит концентрацию хрома в сточных водах на 3 порядка.
Наиболее широко для выделения металлов из промышленных сточных вод применяются следующие виды катодов:
Пористые, объемно-насыпные проточные, плоские пластины с инертной загрузкой
Электродиализ.
Процесс удаления из раствора ионов растворённых веществ путём избирательного их переноса через мембраны, селективные к этим ионам, в поле постоянного тока. Движущей силой процесса является градиент электрического потенциала.
На фото – установка.
При наложении постоянного эл. поля на р-р возникает направленное движение ионов солей и Н+ и ОН- . Катионы к катоду, анионы к аноду. Если р-р разделить на секции с помощью спец. мембран, проницаемых только для катионов или только для анионов, то катионы, например, будут свободно будут свободно проходить через эту катионитовую мембрану, т.о. р-р разделится на Н2О и концентрированные р-ры. При использовании проницаемых для ионов неселективных мембран можно разделять электролиты и неэлектролиты.Матрица анионообменной мембраны имеет катионные группы. Заряд катионов нейтрализован зарядом подвижных анионов, находящихся в порах мембраны. Анионы раствора электролита могут внедряться в матрицу мембраны и замещать первоначально присутствующие в ней анионы. Проникновению в мембрану катионов препятствуют силы отталкивания их фиксированными в матрице мембраны катионами.
На электродах протекает процесс электролиза. В многокамерном аппарате неизбежные непроизводительные затраты электроэнергии, обусловленные этим процессом, распределяются на большое число камер. Поэтому в расчете на единицу продукции эти затраты сводятся к минимуму.
Процесс электродиализа реже применяется в промышленности, чем процессы обратного осмоса и ультрафильтрации, так как применяя электродиализ возможно удалять из раствора только ионы. Наиболее широко электродиализные установки применяются для опреснения морской воды при получении питьевой и/или технической воды. Но чаще процесс электродиализа применяют для очистки воды, содержание растворенных солей в которой составляет примерно 10 г/л. В этом случае процесс электродиализа является более экономичным по сравнению с обратным осмосом или выпариванием. При помощи электродиализа можно получать растворы солей со сравнительно высокой концентрацией. Благодаря этой особенности рассматриваемого процесса электродиализ применяется также при производстве поваренной соли и других солей из морской воды. Электродиализ применяется также для предочистки воды для теплоэнергетических установок.
Применяется для обессоливания сточных вод гальванического производств (гальванических стоков). Также мембранный электролиз используется для концентрирования сточных вод, содержащих ценные компоненты (например, драгоценные металлы), перед последующим извлечением этих компонентов. По сравнению с обратным осмосом электродиализ имеет то преимущество, что позволяет использовать термически и химически более стойкие мембраны, поэтому процесс электродиализа может осуществляться при повышенных температурах, а также при очень малых или наоборот больших значениях pH раствора. Ограничением в применении электродиализа для очистки стоков гальванического производства является невозможность удалить незаряженные компоненты, которые также присутствуют в сточных водах.