УДК  628.3

Основные способы электрохимической очистки сточных вод в комплексах Альфа

О.Н.Новиков

РЕФЕРАТ

Обсуждаются в совокупности и во взаимодействии электрохимические методы очистки, в частности электрофлотация, электрокоагуляция, электродеструкция с сорбционными и ионообменными методамиочистки стоков.

Рис.1 Очистные Альфа-9

Ключевые слова: Альфа, очистка воды, очистка сточных вод, сток, очистные сооружения, промышленный сток, электрохимическая, электрод, электрокоагуляция,  очистка стоков , электрофлотация, деструкция,  электрофлотатор, электролиз, хлор

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. Физико-химическая очистка - процесс высокой интенсивности, на порядок более быстрый, чем биохимичесое разложение органических загрязнителей. Все виды электрохимической очистки используются в комплексах Альфа.

Что такое 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 в ходе электролиза происходит ионизация металла с переходом в раствор его ионов:

(Mе - nе = Meⁿ⁺) (1),

которые гидролизуясь, образуют

(Meⁿ⁺ + nH₂O = Me(OH)n + nH⁺) (2)

гидрооксиды металлов, являющиеся хорошими коагулянтами загрязнений и адсорбентами для уже скоагулированных частиц.

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 электрокоагуляционнойочистки 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 определенном расстоянии. 

Питание электродной системы выпрямленным током производится от блока питания, обеспечивающего электрические параметры процесса очистки электрокоагуляцией. Наши выпрямители дешевле и эффективнее, так как сделаны с учетом применения для электрокоагуляции.

Вертикальное движение жидкости при электрокоагуляции снизу вверх обеспечивает вынос выделяющихся газов и продуктов электролиза.

Что такое электрофлотация?

При электрофлотационной очистке стоков газовые пузырьки, образующиеся в процессе электролиза (водород на катоде, кислород и хлор на аноде), осуществляют флотацию загрязнений в объеме сточной воды.

В зависимости от состава сточных вод применяемые для электрофлотации электроды изготавливаются из инертных материалов с различными пропитками и покрытиями.

Электрофлотация используется для очистки стоков, содержащих нефтепродукты, жиры, масла, детергенты, взвешенные вещества и прочие загрязнения.

Эффекты очистки стока составляют:

• по нефтепродуктам - до 90%,
• по взвешенным веществам - до 70%,
• по жирам - 80%,
• по детергентам - 60-70%.

Продолжительность электрофлотоционной 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 кВт-ч/м³. Глубина слоя обрабатываемой жидкости от 0,630 до 0,655 м. 

Обоснование к применению электрофлотаторадля очисткистокамолочного производства

Известно, что размер капель молочного жира в молоке составляет около 8 мкм. Для эффективного удаления жира нужен метод генерации пузырьков с характерным размером, сопоставимым с вышеуказанным размером. Только в этом случаем обеспечивается высокая эффективность флотационной очистки. Обычная флотация дает пузырьки с размером от 100 до 800 мкм. Электрофлотация обеспечивает генерацию пузырьков от 4 до 40 мкм .

Учитывая производительность в 5 куб.м стока/ч, и время обработки в 30 минут (0,5 ч) рабочий объем его должен составлять:

5 куб.м/ч :* 0,5 ч=2,5 куб.м

Соответственно ближайший к данной производительности модуль Альфа-9-Н (4 куб.м) решит задачу электрофлотации. 

Блок питания  должен обладать мощностью не менее 10-50 кВт. Рекомендуемый режим работы будет указан в паспорте и инструкции эксплуатации к  электрофлотатору.

Для периодического удаления пенного шлама мы рекомендуем закупать у нас два электрофлотатора. Разработан вариант с непрерывным и периодическим извлечением флошлама извлечением пенного продукта.

Что такое электрохимическая деструкция?

Сущность метода электрохимической деструкции заключается в обработке сточной воды в электрореакторе с нерастворимыми в условиях анодной поляризации электродами.

Глубина минерализации органических загрязнений при деструкции определяется  как электродными редокс-процессами(катодное восстановление и анодное окисление), так и объемными реакциями под воздействием продуктов электролиза.

Обеззараживание сточныхводпри деструкции 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^-  (3)

и подкислением у анода

H₂O - 2e = 1/2 O₂+ 2H⁺  (4)

Гидроксид-ионы разряжаются при низком потенциале анода, образуя гидроксидные радикалы.

2ОН^- - 2е = 2ОН* = Н₂О₂  (5)

Последние, соединяясь, дают пероксид водорода, который реагирует с органическим соединением, находящимися в стоке, вызывая их окисление.    

В процессе электролиза ри  в растворе образуются гипохлориты или хлорноватистая кислота:

Cl₂+2OH^-=ClO^-+Cl^-+H₂O(6)

Cl₂+OH^-=HClO+Cl^-(7)

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^-    (8)

CNO^-+ ClO^-= CO₂+ N₂+ Cl^-(9)

мочевина

CO(NH₂)₂+ 3ClO^-= N₂+ CO₂+ 3Cl- + 2H₂O(10)

фенол

C₆H₅OH + 8ClO^-= (CHCOOH)₂+ 8Cl^-+ 2CO₂+ H₂O(11)

Как видно из последней реакции, при окислении фенола гипохлоритом происходит разрыв бензольного кольца с образованием малеиновой кислоты и углекислого газа.Первое вещество легко очистить, от второго очищать не надо, в воде на него ПДК нет.

Всесторонняя проверка в лабораторных, полупроизводственных и опытно-промышленных условиях и в ходе длительной эксплуатации серийных очистных сооружений Альфа подтвердила высокую эффективность способа. Электрохимическая очистка гарантирует глубокое обесцвечивание промстоков (в среднем на 98%) при значительном снижении органических загрязнений (ХПК) - на 70-75%.

Технологическая нитка комплекса Альфа обеспечивает глубокую очистку стоков. Следует подчеркнуть, что комплекс Альфа - система взаимодействующих между собой устройств, каждый из которых обладает больши количество степеней свободы, в частности только для электролизера имеется более 4 разных режимов работы. Функционирование адсорбера также идет по крайней мере в трех основных режимах. Отстойник также работает в трех разных режимах. Поэтому даже имея полный комплект оборудования достичь заданных результатов можно только пр наличии "ключа", то есть технологической режимной карты. Химия таких процессов значительно сложнее, чем имеющиеся в настоящее время представления. Мы даем в данной статье только обзорную информацию по данной теме. Каждый месяц мы обнаруживаем новое явление, НОУ-ХАУ и особенности функционирования отдельных узлов или системы в целом. Только точное следование технологической режимной карте дает заданный гарантированный результат.

Эксперименты проводятся в специализированной научно-производственной лаборатории, имеющейся на нашем предприятии. Опыт запуска и эксплуатации очистных сооружений Альфа, имеющийся в распоряжении наших специалистов - основа работы нашего предприятия.

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.

Постоянный научный поиск в области электрохимии обеспечивает нам хороший технологический задел. Открыты новые явления в области электрохимии, обнаружены интересные физические эффекты и осваиваются новые области применения электрохимических процессов. Все эти разработки реализуются в унифицированном универсальном комплексе Альфа, решающим большинство экологических задач.

Процессы и аппараты электрохимической очистки стоков нами постоянно совершенствуются. В настоящее время разработана новая серия аппаратов, которые будут утилизировать концентрированные жидкие отходы, твердые промышленные и бытовые отходы, очищать большие массы воды.

Материалы, опубликованные на сайте защищены согласно закону об авторских правах Закон РФ от 9 июля 1993 г. N 5351-I "Об авторском праве и смежных правах" (с изменениями от 19 июля 1995 г., 20 июля 2004 г.) и не могут быть использованы без разрешения автора. 

Ключевые слова: Альфа, очистка воды, очистка сточных вод, сток, очистные сооружения, промышленный сток, электрохимическая, электрод, электрокоагуляция,  очистка стоков , электрофлотация, деструкция,  электрофлотатор, электролиз, хлор, окисление