11.3. Відновлення.

Відновлення застосовується для видалення зі стічних вод речовин, що у невідновленої формі витягти важко. Прикладом є видалення зі стічних вод хроматів і біхроматів, валентність хрому в який дорівнює 6. Ці з'єднання міститися в стічних водах гальванічних цехів, хутряних фабрик, шкіряних заводів.

Реакція відновлення йде в кислому середовищі при рН=2-3. У якості відновлювачей використовуються солі двовалентного заліза, чи гідросульфіти газоподібний двоокис сірі:

6FeSO₄ + 6H₂SO₄ + 2H₂CrO₄ Cr₂(SO₄)₃ + 2Fe₂(SO₄)₃ + 8H₂O

6NaHSO₃ + 3H₂SO₄ + 4H₂CrO₄ 2Cr₂(SO₄)₃ + 3Na₂SO₄ + 10H₂O

3Na₂SO₃ + 3H₂SO₄ + 2H₂CrO₄ Cr₂(SO₄)₃ + 3Na₂SO₄ + 5H₂O

3SO₂ + 2H₂Cr₄ Cr₂(SO₄)₃ + 2H₂O

K₂Cr₂O₇ + 6FeSO4 + 7H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3Fe2(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O.

У результаті реакцій утвориться з'єднання тривалентного хрому Cr₂(SO₄)₃ , залізо окисляється до тривалентного, сульфіти і гідросульфіти до сульфатів. Надалі стічні води піддаються нейтралізації лужним реагентом (вапном, їдким чи натром содою), при цьому утворяться нерозчинні гідроксіды Cr(OH)₃ і Fe(OH)₃ ( у випадку використання для відновлення солей заліза), що відокремлюються від стічних вод механічними способами очищення.

ЛЕКЦІЯ 21

12. Електрохімічні методи очищення.

Електрохімічні методи очищення стічних вод зв'язані найчастіше з використанням постійного електричного струму, і засновані на явищах електролізу. До них відносяться електрокоагуляція, електрофлотація, електрохімічне відновлення й окислювання, електролітичний витяг металів зі стічних вод і опадів. Найпростіший електролізер являє собою резервуар із зануреними в нього електродами, приєднаними до джерела постійного електричного струму. Під дією постійного струму хаотичний рух іонів розчинених речовин упорядковується, і вони починають переміщатися в рідині, направляючи у відповідності зі своїм зарядом: аніони - до анода, катіони - до катода.

У результаті деполяризації 2Н⁺ + 2е Н₂ ; Fe³⁺ + e Fe²⁺, і відновлення іонів металів Fe²⁺- 2e Fe на катоді утворяться відкладення. На аноді утворяться окісні чи плівки адсорбція кисневмісних з'єднань інтенсивність і характер цих, а також інших процесів, що супроводжують електроліз, залежать від мінералізації стічних вод, температуры, рН, виду електродів і щільності струму.

12.1. Електрокоагуляція.

При установці в резервуарі електролізера анодів з чи заліза алюмінію відбувається анодне розчинення метала.

Fe - 2e Fe²⁺ ; Al - 3e Al³⁺;

У результаті іони металу надходять у стічну рідину, взаємодіючи з гідроксил іоном, утворять гідроксіды при відповідних значеннях рн. Процес супроводжується коагуляцією і сорбцією на поверхні пластивців гідроксідов забруднень. Слід зазначити, що в умовах міжелектродного простору процеси коагуляції протікають дуже енергійно і повно.

Оскільки при електрокоагуляції на катоді виділяються пухирці водню, яки флотують забруднення, сполучення електрокоагуляції з відстоюванням не завжди забезпечує необхідний ефект очищення. Доцільно сполучити електрокоагуляцію з електрофлотацієй. Електрокоагуляція має ряд переваг перед звичайною коагуляцією. До них відносяться:

• компактність установки;

• відсутність реагентного господарства;

• простота обслуговування технології;

• високий ефект очищення.

Недоліком методу є споживання металу й електроенергії, пасивація електродів.

Електричні параметри процесу, що забезпечують для кожного виду стічних вод максимальний ефект очищення залежать від ряду факторів: потенціалу розкладання і електропровідності стічних вод, матеріалу електродів, виду, властивостей і кількості забруднень, возможнос-ти пасивациії електродів, активної реакції середовища, рН, можливості одержання определенно-го обсягу електролітичного газу. Витрата електроенергії на очищення стічних вод і напруга електролізу визначається питомою витратою електрики, електропровідністю стічної рідини, відстанню між електродами.

Дослідженнями встановлено, що для різних видів стічних вод напруга, прикладена до електродів коливається від 2-5В до 10-15В. Відстань між електродами повинне бути мінімальним, з однієї сторони мінімальний електричний опір, що забезпечує, електродної системи, з іншого боку - не допускає короткого замикання й що забезпечує гарний массообмен у міжелектродном просторі. Звичайна відстань між електродами приймається рівним 10-20мм, товщина електродів 6-10мм.

З'єднання електродів у камері електрокоагуляції можливо по монополярної, і комбінованим схемам (мал.38). Вибір тієї чи іншої схеми підключення визначається можливістю випрямного агрегату.

Блок I

Блок II

Монополярная схема

Комбинированная схема

Рис.38. Схеми з'єднання електродів.

Пасивація електродів виявляється зниженням щільності струму на електродах при незмінних напрузі на електродах і електропровідності стічної рідини. Це зниження порозумівається забрудненням поверхні електродів продуктами електролізу, що збільшує електричний опір електродної системи.

Одним з методів боротьби з пасивацією електродів є періполюсовка, тобто переключення полярностей електродів. Застосовуються, крім того, механічні, гідромеханічні й інші методи боротьби з пасивацією.

Розрахунок установки по електрокоагуляції зводиться до визначення обсягу електродної камери. Цей обсяг визначають з можливості розміщення в ньому електродної системи. Для цього насамперед варто установити число пластин електродів, що може бути розміщене в установці прийнятої ширини В.

Активну поверхню електродів визначають по формулі:

, м² , де

D - питома кількість електрики а-година/м³;

Q - розрахункова витрата стічних вод, м³/година;

i - щільність струму на електродах , а/м².

Значення D і i для різних видів стічних вод варто приймати по довідковим чи даним визначати експериментальним шляхом.

При прийнятій ширині електродної камери У визначають число електродів:

, де

d - зазор між крайніми пластинами і стінками камери, 100мм.

С - зазор між пластинами, 15-20мм.

Р - товщина пластини, 6-10мм.

Площа однієї пластини буде дорівнює:

, м².

Висоту пластин електродів b доцільно приймати рівній висоті проясненої води в камері h₁= 1-1,5м, тоді довжина пластин дорівнює:

, м.

Довжина електродної камери складе:

, м.

Обсяг електродної камери:

, м³.

Робоча висота камери Н₁:

H₁ = h₁ + h₂ + h₃ , м.

h₂ - висота захисного шару, 0,3-0,5м;

h₃ - висота шаруючи шламу 0,4-0,5м.

Кількість металу, що переходить у 1м³ стічній рідині за рахунок анодного розчинення, складе:

, де

k₁ - коефіцієнт виходу по струму, приймають у межах 0,5-0,95;

А - електрохімічний еквівалент, г/а^. година.

(для Fe²⁺, A = 1,042; Fe³⁺, A = 0,695 ; Al³⁺, A = 0,336).

Тоді термін служби електродної системи складе:

Т = , доба, де

М - маса металу електродів, що може бути розчинена при електролізі.

, кг, де

- об'ємна маса металу, кг/м³; (= 7860кг/м³ , = 2580кг/м³);

k₂ - коефіцієнт використання матеріалу електродів, 0,8-0,9.

Напруга електролізу визначають по вольтамперним характеристиках електродної системи, побудованим для даного виду стічних вод і обраного матеріалу електродів.

Величина струму, необхідна для електрокоагуляціяии при з'єднанні електродів за комбінованою схемою:

, а , де

N - кількість послідовна з'єднаних блоків електродів.

Для монополярної схеми N = 1.

Питома витрата електроенергії на електрокоагуляцію складе:

, (квт-година)/м³ , де

U - напруга електролізу, ут;

- к.п.д. випрямного агрегату.

ЛЕКЦІЯ 22