Очистка сточных вод электрокоагуляцией

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^- ↔ Fe²⁺. (5.18)

Восстановление Сr⁶⁺ двухвалентным железом протекает с достаточно высокой скоростью в кислой, нейтральной и щелочной средах в соответствии со следующими уравнениями:

+ 6Fe²⁺ + 14H⁺ → 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O, (5.19)

+ 3Fe(OH)₂ + 4H₂O → Cr(OH)₃↓ + 3Fe(OH)₃↓ + 2OH^-. (5.20)

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 (м³) электрокоагулятора (объем сточных вод, постоянно находящихся в аппарате) равен:

V _п = Q τ. (5.24)

Расход железа на процесс (G _Fe, г/ч):

; (5.25)

рабочая поверхность анодов (S, м²) и их общее число (n _a) определяют из соотношений:

S = I / i, n _a = S / S ₁; (5.27)

общее число электродов (катодов и анодов) составляет:

n _э = 2 n _a +1; (5.28)

общий объем ванны электролизера (V _эл , м³) равен:

V _эл = V _п + V _э; (5.29)

где Q – расход сточных вод, м³/ч; τ – время процесса, ч; d – удельный расход железа на удаление определенного загрязнения, г/г; с – исходная концентрация иона металла, загрязняющего воду, г/м³; 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, м³, стоков для их очистки от Cr⁶⁺, Кл; 11120 – теоретическое количество электричества, необходимое для восстановления 1 г Cr⁶⁺, Кл; i – оптимальная плотность тока, А/м²; S ₁ – площадь одного анода, м²; V _э – объем всех электродов, м³.

Эффективность электрокоагуляционной очистки от хрома составляет 90-95 %.

Контрольные вопросы по дисциплине

«ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ предприятий химической промышленности и ЗАЩИТЫ окружающей среды»

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

Список литературы

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.