НПЦ СКЭ - центр практической экологии
Электрокоагуляция
По материалам сайта http://duplo-sova.narod.ru
Понятие «электрокоагуляция» в коллоидной химии предполагает агрегирование коллоидных частиц под действием внешнего электрического поля. В технике под электрокоагуляцией понимают очистку сточных вод в специальных аппаратах - электролизерах с растворимыми металлическими электродами).
Первые работы по электрокоагуляционной очистке воды появились еще в 1887 году, но до недавнего времени этот метод применялся в основном в технологиях водоподготовки и в значительно меньшей мере в очистке сточных вод.
Очищаемая вода, пропускалась через блок растворимых металлических электродов (Fe, Al), подключенных к внешнему источнику постоянного тока. В результате анодного растворения металла в раствор переходили ионы алюминия или железа, вызывая коагуляцию диспергированных в воде мелкодисперсных и коллоидных частиц, и ускорение их отстаивания.
Промышленное использование электрокоагуляционного метода для очистки промышленных сточных вод началось в нашей стране только в конце 60-х годов прошлого века.
Электрокоагуляция как метод превращения примесей коллоидной степени дисперсности до грубодисперсного состояния основывается на множестве физико-химических процессов, протекающих как на электродах электрокоагулятора, так и в очищаемом растворе под воздействием электрического тока, возникающего при подводе к электродам выпрямленного (иногда импульсного) напряжения.
Исходя из ранее развиваемых представлений о механизме электрокоагуляции, последний характеризуется следующими процессами:
· электродными - протекающими на поверхности растворяющихся электродов, являющимися первичными в сложном технологическом цикле и в большой степени определяющими технологические показатели очистки;
· электростатической (поляризационной) коагуляцией – диполь-дипольного взаимодействия коллоидных частиц за счет дальнодействующих сил притяжения, возникающих при наложении электрического поля электрокоагулятора;
· электрохимической коагуляции – взаимодействием частиц при изменении их заряда или толщины двойного электрического поля за счет изменения физико-химических свойств раствора в межэлектродном объеме или приэлектродных слоях электрокоагулятора;
· электролитической коагуляции – взаимодействием частиц при введении в раствор потенциалообразующих ионов металла за счет электрохимического растворения электродов электрокоагулятора;
· гидродинамической коагуляции – слипанием частиц за счет увеличения числа их столкновений при движении очищаемой жидкости в электрокоагуляторе;
· концентрационной коагуляции – увеличением числа столкновений частиц, приводящих к их слипанию, за счет повышения локальных концентраций частиц в межэлектродном объеме электрокоагулятора.
Не рассматривая детально каждый из этих процессов, считаем необходимым подробно остановиться на основных.
При погружении в очищаемый раствор растворимых металлических электродов (Fe. Аl) и подводе к ним выпрямленного напряжения достаточной величины начинают действовать два основных процесса: электрохимическое растворение электродов и перемещения ионов и заряженных коллоидов раствора к электродам за счет приложенного к ним постоянного электрического напряжения. Анодное растворение железных электродов подчиняется законам ЭХК и может быть представлено уравнениями:
при образовании простых гидратированных ионов железа
Fe + Н2О = Fe2+· Н2О + 2е‾ ,
а в общем виде: Fe + хА + y·О2 = FeАхz-x · у·Н2О + ze‾.
Количество металла m, растворившегося в очищаемом растворе в результате электролиза определяется по формуле:
, где
А - атомный вес металла;
F – постоянная Фарадея (26,8 к-ч);
I – сила тока, А;
t – время прохождения тока, сек;
η – выход металла по току, %;
n – валентность металла.
Теоретически, для растворения 1 грамма железа необходимо 1,042 А-ч электроэнергии. Практическими работами и исследованиями показано, что на очистку сточных вод влияет его состав, расход железа и электроэнергии, плотность тока и время очистки, и, как правило, расход листового железа и электроэнергии гораздо выше.
При применении растворимых металлических электродов, электродный процесс сопровождается совокупностью электрохимических явлений и реакций, скорость которых согласно законам электрохимической кинетики определяется общим значением потенциала на границе «металл-раствор», составом раствора и условиями диффузии продуктов реакции в растворе.
При протекании указанных электродных процессов в прикатодной области очищаемых стоков вследствие электролиза молекул воды происходит смещение рН этих стоков в щелочную реакцию, что способствует частичному образованию гидроокисей тяжелых металлов.
Достоинства электрокоагуляции – компактность установок, малая чувствительность к температуре, получение утилизируемого шлама.
К недостаткам следует отнести необходимость применения различных реагентов для доочистки стоков от других загрязнений, возможность частой пассивации электродов восстановленными ионами металлов (Сr, Cu и др.) и гидроксидом железа, сложность электротехнического оборудования, необходимость наличия высококвалифицированного электротехнического персонала, расход листового металла и необходимость грузоподъемных устройств для замены электродов, большой расход (до 16 кВт/ч на 1 м3 очищаемого стока) электроэнергии.
По материалам сайта http://duplo-sova.narod.ru
