Электрохимические методы - Методы очистки сточных вод
В настоящее время электрохимические методы выделения тяжелых цветных металлов из сточных вод гальванопроизводства находят все более широкое применение.
К ним относятся процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа [2]. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через раствор постоянного электрического тока.
Проведенные исследования по очистке сточных вод гальванического производства в условиях электрохимической неравновесности установили, что восстановительные процессы в сточных водах протекают при взаимодействии сольватированных электронов с гидратированными и связанными в комплексные соединения ионами металлов. Показано, что содержание Zn, Cu, Cd, Mo, Co в сточных водах после обработки в условиях электрохимической неравномерности не превышает, а в ряде случаев значительно ниже ПДК [1].
Метод электрокоагуляции.
Метод наиболее пригоден для выделения хрома. Сущность метода заключается в восстановлении Cr(VI) до Cr(III) в процессе электролиза с использованием растворимых стальных электродов. При прохождении растворов через межэлектродное пространство происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.
Суть протекающих при этом процессов заключается в следующем: при протекании постоянного электрического тока через хромсодержащие растворы гальваношламов, анод подвергается электролитическому растворению с образованием ионов Fe, которые, с одной стороны, являются эффективными восстановителями для ионов хрома (VI), с другой - коагулянтами:
Cr2O7 2- + 6Fe 2+ = 6Fe 3+ + 2Cr 3+
На катоде выделяется газообразный водород, что ведет к выщелачиванию раствора и созданию, таким образом, условий для выделения гидроксидов примесных металлов, также происходит процесс электрохимического восстановления по реакциям:
2H + +2e = H2
Cr2O7 2- + 14H + = 2Cr 3+ + 7H2O
Находящиеся в растворе ионы Fe 3+, Fe 2+,Cr 3+ гидратируют с образованием гидроксидов Fe(OH)3,Fe(OH)2,Cr(OH)3. Образующиеся гидроксиды железа являются хорошими коллекторами для осаждения гидроксидов примесных металлов и адсорбентами для других металлов.
Электрокоагуляторы внедрены на ряде предприятий. Разработчики: электрокоагуляционная установка (ЦНТИ, Петропавловск-Камчатский); установка "Лоста" (НИЦ "Потенциал", Ровно); напорный электрокоагулятор "Эко" (трест "Цветводоочистка", Екатеринбург); электрокоагулятор (НИИ "Стрела", Тула); электрокоагулятор (ЦНИИСТ, Севастополь), ОАО "Диод" (Владимир) и др.
Электрокоагуляционная установка на ОАО "Диод" состоит из трехсекционной гальванической ванны, выпрямителя ВАКР-1600-12У 4 и промежуточной емкости с двумя насосами для откачки обезвреженных стоков на отстойник. По мере пропускания постоянного тока через сточные воды в электролизной ванне в железными электродами происходит анодное растворение электродов, образующиеся при этом ионы 2-х валентного железа восстанавливают ионы хрома шестивалентного до трехвалентного. Одновременно происходит гидролиз ионов железа и вторичных соединений с образованием нерастворимых гидроксидов Fe(OH)2, Fe(OH)3, Cr(OH)3 и др. Процесс является неперерывным, под напряжением 12В и плотности тока 0.5 - 1 А/дм 2.
Фильтрация сточной воды производится на нутч-фильтре.
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.
Метод электрофлотации.
Методы электрофлотации, разработанные сравнительно недавно, позволяют очищенную сточную воду вернуть в производство и рекуперировать ценные компоненты. В этом процессе очистка сточных вод от взвешенных частиц происходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды и использовании растворимых электродов. На аноде возникают пузырьки кислорода, на катоде - водород. Поднимаясь в сточной воде, пузырьки флотируют взвешенные частицы.
Метод обеспечивает очистку сточных вод гальванопроизводства от ионов тяжелых металлов до ПДК, также очищает от жиров и масел. Проводятся эксперименты по извлечению ионов тяжелых металлов из сточных вод гальванопроизводства при помощи нерастворимых анодов. Метод внедрен на ряде предприятий.
Разработчики и изготовители: РХТУ им. Менделеева, ОАО "Импульс" (Москва) [1].
На рис. 2.1. изображена технологическая схема глубокой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов до ПДК электрофлотационным методом [1].
Рис. 2.1. Технологическая схема глубокой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов до ПДК электрофлотационным методом.
Рис. 2.2. Электрофлотационный модуль глубокой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.
На рис. 2.2. изображен электрофлотационный модуль глубокой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Предназначен для глубокой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с последующим сбросом очищенной воды в систему канализации или возвратом на повторное использование.
Работа модуля основана на электрохимических процессах выделения водорода и кислорода за счет электролиза воды и флотационного эффекта.
Электрофлотационный модуль состоит из электрофлотатора с нерастворимыми электродами, системы сбора флотошлама, источника постоянного тока, вспомогательных емкостей для реагента, сточной и очищенной воды, насосов. Модуль работает в непрерывном режиме и обеспечивает извлечение катионов тяжелых металлов Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Cr3+, Al3+, Pb2+, Fe2+, Fe3+ Ca2+, Mg2+ и др. в виде гидрооксифосфатов в любом соотношении катионов в присутствии различных анионов.
Модуль применим к очистке как локальных сточных вод, так и сточных вод смешанного состава.
Достоинства метода
- 1) Очистка до требований ПДК. 2) Незначительный расход реагентов. 3) Простота эксплуатации. 4) Малые площади, занимаемые оборудованием. 5) Возможность возврата ИТМ до 96%. 6) Возможность очистки от жиров, масел и взвешенных частиц. 7) Высокая сочетаемость с другими методами. 8) Отсутствие вторичного загрязнения.
Недостатки метода
- 1) Незначительное (до 30%) снижение общего солесодержания очищаемых стоков. 2) Аноды из дефицитного материала. 3) Необходимость разбавления концентрированных вод. 4) Большой расход электроэнергии, ее дороговизна.
Метод электролиза.
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 м 3/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 [3].
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 % [1].
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
Существуют также электролитические методы, к которым относится метод гальванокоагуляции.
Метод гальванокоагуляции.
Гальванокоагуляционный метод используется в основном для очистки хромсодержащих стоков от ионов шестивалентного хрома. В обоих методах растворяют железо, и образовавшиеся ионы двухвалентного железа восстанавливают шестивалентный хром (Cr6+) до трехвалентного (Cr3+) с последующим образованием гидроксида хрома. В гальванокоагуляционном методе железо растворяется гальванохимически за счет разности потенциалов, возникающей при контактировании железа с коксом или медью [2].
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 м 3 /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 обезвоживания.
Похожие статьи
-
Задача очистки вредных сбросов не менее, а даже более сложна и масштабна, чем очистка промышленных выбросов. В отличие от рассеивания выбросов в...
-
Наиболее широко распространенные в мире методы очистки питьевой воды и отработанных водных растворов основаны на моделировании природных процессов -...
-
Биохимический метод - Методы очистки сточных вод
В последнее время у нас в стране и за рубежом увеличились масштабы проводимых исследований по разработке технологии выделения тяжелых цветных металлов из...
-
Обезвреживание и очистка сточных вод. Рациональное использование водных ресурсов - Основы экологии
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики,...
-
Перед началом расчета тонкослойных отстойников, которые работают по противоточной схеме (рис. 4.1), принимают: высоту яруса по вертикали hв, угол наклона...
-
Основные методы очистки сточных вод - Мероприятия по очищению воды на предприятии
Основными методами очистки сточных вод, при помощи которых идет удаление загрязнений и вредных веществ, считаются: механические, химические,...
-
Защита водоемов от загрязнений сточными водами, Методы очистки сточных вод - Охрана водных ресурсов
Степень очистки и условия выпуска сточных вод в водоемы регламентируют специальные "Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами"....
-
Обзор способов и разработок очистки сточных вод, Реагентный метод - Методы очистки сточных вод
Реагентный метод Наиболее распространенный метод, заключающийся в переводе растворимых веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с...
-
Методы очистки воды - Способы очистки питьевой воды
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно - бытовые сбросы были...
-
В связи с тем, что обувная фабрика № 1 потребляет большое количество воды на технологические нужды и является источником загрязнения водоемов, проблема...
-
Выбор оптимальных технологических схем очистки воды - достаточно сложная задача, что обусловлено преимущественным многообразием находящихся в воде...
-
Методы очистки внесением культур - Биологические методы очистки грунтов
Методы внесения культур микроорганизмов применяются в тех случаях, когда необходимая аборигенная микрофлора отсутствует. Они могут применяться при...
-
Методы очистки газов - Техника защиты водных ресурсов и атмосферного воздуха
Адсорбционные методы очистки газов используют для удаления из них газообразных и парообразных примесей. Методы основаны на поглощении примесей пористыми...
-
Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов, использовать органические вещества, находящиеся в сточных водах, в качестве...
-
Очистка сточных вод - Экология промышленного машиностроения
Для очистки стоков машиностроительных предприятий в настоящее время применяются: - механические методы очистки (процеживание, отстаивание, фильтрование);...
-
Так как в красильном цеху наблюдается превышение норматива сброса загрязняющих веществ (Прямой черный З, Розовый О, Активный черный С, Хромовый черный О,...
-
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ - Методы очистки воды
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно - бытовые сбросы были...
-
20-е столетие характеризуется интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти млн. человек....
-
УТИЛИЗАЦИЯ осадков сточных вод и активного ила - Биологическая очистка сточных вод
Утилизация осадков сточных вод и избыточного активного ила часто связана с использованием их в сельском хозяйстве в качестве удобрения, что обусловлено...
-
Схемы очистки сточных вод ЦБП. Технологическая схема - Сточные воды целлюлозно-бумажных производств
При разработке и проектировании систем очистки стоков необходимо учитывать некоторые специфические особенности целлюлозно-бумажного производства: Наличие...
-
Методы очистки подземных вод от нитратов и нитритов
Введение Анализ эффективности работы водоочистных станций населенных пунктов Казахстана показал невозможность получения ими нормативного качества...
-
Механическая очистка сточных вод применяется в основном как предварительная очистка. Механический метод заключен в их фильтрации и отстаивании. Основана...
-
Механические методы очистки воды - Методы очистки воды
Промышленные и бытовые сточные воды содержат взвешенные частицы растворимых и нерастворимых веществ. Взвешенные примеси (твердые и жидкие) образуют с...
-
Методы очистки сточных вод - Охрана производственных сточных вод, методы их очистки
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики,...
-
Биосорбция - это способ, совмещающий процессы адсорбции и биохимического окисления, который широко используют для интенсификации процесса биологической...
-
Заключение - Охрана производственных сточных вод, методы их очистки
Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем,...
-
ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД - Экология нефтегазодобывающих комплексов
Основная цель водоохранных мероприятий на предприятиях нефтегазокомплекса - минимизация вредного воздействия на водную среду путем эффективной очистки...
-
Основные методы очистки сточных вод - Рациональное использование водных ресурсов
Методы, применяемые для очистки производственных и бытовых сточных вод, можно разделить на три группы: механические; физико-химические, биологические. В...
-
Электрохимические методы анализа - это совокупность методов качественного и количественного анализа, основанных на электрохимических явлениях,...
-
Заключение - Биологическая очистка сточных вод
Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем,...
-
Аэротенки - Очистка сточных вод
Для полной биологической очистке сточных вод малых населенных пунктов применяются: аэрационные установки, работающие по методу полного окисления...
-
Очистка сточных вод методами флотации - Техника защиты водных ресурсов и атмосферного воздуха
Очистка сточных вод методами флотации: флотация пузырьками, образующимися путем механического дробления воздуха (механическими турбинами-импеллерами,...
-
Охрана и очистка морей и океанов, Методы устранения последствий загрязнения - Охрана водных ресурсов
Охрана морей и океанов должна проводиться не только физически, проводя различные исследования по очищению воды и внедрения новых методов и способов...
-
Состав сточных вод и основные методы их очистки - Сточные воды и основные методы их очистки
Водоотводящие системы и сооружения - это один из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и...
-
Механическая очистка - отстойники - Очистка сточных вод
Еще более простым способом механической очистки вод является Отстаивание, которое производится в специальных Отстойниках. В этом случае используется лишь...
-
Сточные воды подвергают очистке различными способами: механической, химической, механохимической, физико-химической и биохимической (или биологической)....
-
Основные методы очистки сточных вод - Проблемы загрязнения водоснабжения
Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод...
-
20-е столетие характеризовалось интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти млн....
-
Водоотводящие системы и сооружения - это один из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и...
-
Воды и стоки, которые загрязнены различными отбросами и отходами, называют сточными. По происхождению и составу классифицируют и различают бытовые,...
Электрохимические методы - Методы очистки сточных вод