Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Електрохімічні методи очистки стічних вод




Для очистки стічних вод від різноманітних розчинних і диспергованних речовин використовують процеси анодного окислення і катодного відновлення, електрокоагуляції, електрофлотації і електродіалізу. Всі ці процеси проходять на електродах при пропусканні через стічну воду постійного струму. Електрохімічні методи дозволяють вилучати із стічних вод цінні продукти при відносно простій автоматизації без використання хімічних реагентів. Основним недоліком цих методів є великі витрати електрики.

Очистку стічних вод електрохімічними методами можна проводити періодично і безперервно. Ефективність цих методів оцінюється рядом факторів: густина струму, напруга, коефіцієнт корисного використаним напруги, вихід по струму, вихід по енергії.

Густина струму - це відношення сили струму до поверхні електро­ду, яку виражають в А/м2 (А/см2, А/дм2). Напруга електролізера скла дається з різниці електродних потенціалів і падіння напруги в розчині:

U = еа- ек + Δеа + Δек + ΔUел + ΔUдіафр,

де Δеа і Δек - величина анодної і катодної поляризації;

еа і ек - рівноважні потенціали аноду і катоду;

ΔUел і ΔUдіафр - падіння напруги в електроліті і діафрагмі.

Падіння напруги в електроліті (стічній воді) при відсутності бульбашок газу визначається за законом Ома:

ΔUел = І · r · δ,

де І - густина струму в стічній воді, А/см2,

г - питомий опір, Омґсм;

δ - відстань між електродами, см.

При наявності бульбашок газу, внаслідок видовження потоку між електродами, ΔUел зростає. Відношення ηНАПР =( еа- ек)/U називають коефіцієнтом корисного використання напруги.

Вихід по струму - це відношення теоретично необхідної кількості електричної енергії (знаходять за законом Фарадея) до практично витраченого, яке виражають в частках одиниці або відсотках.

Анодне окислення і катодне відновлення забруднювачів стічних вод проводять в електролізері, схема якого наведена на рис. 4.27. На позитивному електроді - аноді - іони віддають електрони, тобто -реакція електрохімічного окислення; на негативно зарядженому електроді - катоді проходить приєднання електронів, тобто – відбувається реакція відновлення.

Ці процеси використовують для видалення зі стічних вод розчинних домішок (ціанідів, тіоціанатів, амінів, спиртів, альдегідів, нітросполук, азосполук, сульфідів, меркаптанів тощо). У процесах електрохімічного окислення речо­вин, які містяться у стічних водах, вони по­вністю розкладаються з утворенням С02, NН3 і води або утворюються більш прості та неток-сичні сполуки, які можна видалити іншими методами. В якості анодів використовують різно­манітні електролітично нерозчинні мате­ріали: графіт, магнетит, діоксид плюмбуму, мангану і рутенію, які наносять на титанову основу, катоди виготовляються з мо­лібдену, сплаву вольфраму з ферумом і ніколем, із графіту та інших матеріа­лів, які покриті молібденом або вольфра­мом. Процес найчастіше проводять в електролізерах з діафрагмою, в яких, крім основних процесів електрохімічного окислення і відновлення, одночасно уть протікати електрофлотація, електрофорез і електрокоагуляція.

І - корпус; 2 - анод; - катод; 4 - діафрагма

Рис. 4. Електролізер.

Анодне окислення ціанідів відбувається за реакцією:

СN- + 2 ОН- - 2е → CNO- + Н20;

2 CNO- + 2 Н20 → NH4+ + С032-

Окислення може бути проведено і з утворенням азоту:

2 CNO- + 4 ОН- - 6е → 2С02 + N2 + 2 Н20.

Для підвищення електропровідності стічних вод і зниження витрат енергії до стічних вод додають NС1 (при концентрації СN- 1 г/дм3 додають 20-30 г/дм3 NС1). За оптимальних умов (анодна густина струму 3-4 А/м2, міжелектродний простір - 3 см, рН 8-9) ступінь очистки від ціанідів ижається до 100%.

Руйнування ціанідів у цьому випадку проходить не тільки електрохімічним окисленням на аноді, але і окисленням хлором, який виділяється на аноді внаслідок розкладу хлориду натрію. Цей процес описується такими рівняннями:

2Сг--2е → С12;

СN- + С12 + 2 ОН- → CNO- + 2 С1- + 4 Н20;

2 CNO- + С12 + ОН- → 2 CO2 + N2 + 6 С1- + 2 Н20.

Тіоціанати руйнуються за схемою:

CNS- + 10 ОН- - 8е → CNO- + SO42+ + 5 Н20.

Сульфіт-іони при рН > 7,0 окислюються до сульфат-іонів, а в більш кислих розчинах мож-ливе утворення елементарного сульфуру. Окислен­ня фенолів в присутності хлоридів в стічній воді протікає за таким рівнян­ням:

4 ОН - 4е → 2 Н20 + О2;

2 Н+ + 2еН2;

2 СІ- - 2е → СІ2;

С1220 → Н С + НС1;

НС1О + ОН- → Н20 + С1О-;

12 С1О- + 6Н20 - 12е → 4 НС1О3 + 8 НС1 + 3О2;

С6Н5ОН + 14 О -» 6 СО2 + 3 Н20

Електрохімічне окислення фенолів доцільне при невеликій їх концент­рації у стічній воді.

Катодне відновлення використовують для очистки стічних вод, які містять легковідновлювані органічні речовини або іони важких металів. Катодне відновлення металів проходить за схемою:

Меn+ + nе- → Ме°.

При цьому важкі метали осаджуються на катоді і можуть бути рекуперовані. Катодне відновлення ефективно використовується для відновлен­ня сполук хрому(VІ), причому витрати електрики на відновлення незначні. Реакція протікає за схемою:

Сг2072- + 14 Н+ + 12е → 2 Сг + 7 Н20.

Очистку стічних вод від іонів Hg2+, Рb2+, Сd2+, Сu2+ проводять на катодах, які складаються із суміші вугільного порошку і меленого сульфуру (80:20 - 120:80) при рН < 7,0 і густині струму 2,5 А/дм2. Осадження цих іонів металів проходить у вигляді нерозчинних сульфідів і бісульфідів, які видаляють механічно.

При проходженні стічної води через міжелектродний простір електролізера проходить електроліз води, поляризація частинок, електрофорез, окисно-відновні процеси тощо.

При використанні нерозчинних електродів може проходити коагуляція в результаті електрофоретичних явищ і розряду заряджених частинок на електродах, внаслідок чого в розчині утворюються речовини (хлор, кисень), які руйнують сольватні шари на поверхні колоїдних частинок. Такий процес можна використовувати для очистки вод при невисокому вмісті колоїдних частинок та їх низькій стійкості. Для очистки стічних вод, які містять високостійкі забруднення, проводять електроліз із використанням розчинних сталевих або алюмінієвих анодів. Під впливом струму прохо­дить розчинення металів, внаслідок чого у воду переходять катіони фору­му або алюмінію, які взаємодіють з гідроксильними іонами з утворення гідроксидів металів, що осідають у вигляді пластівців. Наступає інтенсивна коагуляція. Електрокоагуляцію рекомендують використовувати в нейт­ральному і слаболужному середовищі, причому витрати електрики на роз­чинення металів незначні. Перевагами методу коагуляції є компактність установок і простота ке­рування, відсутність потреби в реагентах, мала чутливість до змін умов проведення процесів (температура, рН середовища, токсичні речовини тощо), одержання шламу з хорошими структурно-механічними властиво­стями. Недоліками методу є підвищені витрати металів і електрики. Електрокоагуляція використовується в харчовій, хімічній і целюлозно-папе­ровій промисловості. Використовується метод електро- флотації, при якому стічні води очищають від завислих речовин. Очистка вод проходить внаслідок утво­рення бульбашок газів, які утворюються внаслідок електролізу води. На аноді виділяються бульбашки кисню, а на катоді - водню. Піднімаючись у стічній воді, бульбашки флотують завислі речовини. Важливішу роль відіграють бульбашки водню, які є дрібними (20-100 мкм) і володіють доброю розчинністю. Через утворення переси­чених розчинів, бульбашки водню виділяються переважно на поверхні забруднень, що підвищує ефективність флотації.

 

1 - корпус; 2 - електроди.

Схема однокамерної електрофлотаційної успшновки.

При невеликих об'ємах стічних вод (10-15 м3/год) електрофлотаційні установки можуть бути однокамерні (рис. 4.28), при великих - викори­стовують двохкамерні установки, які бувають горизонтальні і вертикальні. Двохкамерні установки складаються з електродного відділення і відстійної частини. Процес очистки стічних вод електродіалізом базується на розділенні іонізованих частинок під впливом електрорушійної сили, яка створюється в розчині при наявності мембран. Цей процес використовується для знепріснення солених вод, а також для очистки стічних вод. Процес прово­дять в електролізерах, найпростіша конструкція яких наведена на рис. 4.29. В середню камеру заливають розчин, а у бокові, в яких розташовані єлею роди, - чисту воду. Аніони струмом переносяться в анодний простір і II, аноді виділяється кисень з утворенням кислоти. Одночасно катіони пем ходять в катодний простір і на катоді виділяється водень з утворенням лугу По мірі проходження струму концентрація солей в середній

камері зменшується аж до їх повної відсутності.

Рис. 4.29. Схема електролізера з пористими діафрагмами.

Біохімічні методи очистки стічних вод

Біохімічні методи використовуються для очистки господарсько-иобуї тових і промислових стічних вод від розчинних органічних і неорганічнії (сірководень, сульфіди, нітрити тощо) речовин. Процес очистки базується на здатності мікроорганізмів використовувати речовини-забруднюначі для харчування в процесі своєї життєдіяльності - органічні речовини для мікроорганізмів є джерелами карбону.

Стічні води, які напрямляються на біохімічну очистку, характеризуються величинами БПК і ХПК. БПК - це біохімічна потреба в кисні, а кількість кисню, яка витрачається при біохімічних процесах окисленні органічних речовин (не включаючи процеси нітрифікації) за певний проміжок часу (2, 5, 8, 10, 20 діб), в мг 02 на 1 мг речовини (або мг 02 на 1 лводи). Наприк-лад, БПК5 - біохімічна потреба в кисні за 5 діб, БПКn повна біохімічна потреба в кисні до початку процесу нітрифікації. ХПК хімічна потреба в кисні, тобто кількість кисню, яка еквівалентна кількосі витраченого окислювача, необхідного для окислення всіх відновників, які містяться у воді. її виражають в мг 02 на 1 мг речовини (або мг 02 на 1 дм3води).

Контактуючи з органічними речовинами, мікроорганізми частково їх руйнують перетворюючи у воду, діоксид карбону, нітрит- і сульфат-іони. Інша частіша речовини йде на утворення біомаси (вторинні відходи)

Руйнування органічних речовин таким шляхом називають біохімічним окисленням.

Для забезпечення можливості подавання промислових стічних вод на біохімічні очисні споруди встановлюють максимальну концентрацію токсичних речовин, які впливають на процеси біохімічного окислення (МК6) і на роботу очисних споруд (МК6ос). За відсутності таких даних можливість біохімічного окислення встановлюється стосовно БПКn і ХПК. За відношенні (БПКn/ХПК)х100≥50% речовини піддаються біохімічному окисленню, але при цьому слід враховувати, що стічні води не повинні містити токсичні речовини і сполуки важких металів. Обмежується, також, кількість неорганічних речовин, які біохімічно не окислюються.

Хімічною активністю мікроорганізмів називають біохімічну діяльність, яка пов'язана з руйнуванням органічних забруднювачів стічних вод. Біорозкладність стічних вод характеризують через біохімічний показник, під яким розуміють відношення БПКn/ХПК.

Біохімічний показник є параметром, який необхідний для розрахунків і експлуатації промислових споруд для очистки стічних вод. Його значен­ий може коливатись в широких межах, але біохімічний показник більшості промислових стічних вод (0,05-0,3) нижчий від біохімічного показника побутових стічних вод (>0,5). За значенням біохімічного показника, концентрації забруднюючих речовин і токсичності промислові стічні води поділяють на чотири групи:

* стічні води зі значенням біохімічного показника >0,2. Це стічні води підприємств

харчової промисловості, прямої перегонки нафти, синтетичних насичених органічних кислот, білково-вітамінних концентратів тощо. Органічні речовини, які містяться у водах цієї групи не токсичні для мікроорганізмів і такі води безпосередньо напрямляють на біохімічну очистку;

* стічні води зі значенням біохімічного показника в межах 0,1-0,02. До цієї групи належать стічні води підприємств коксування, коксохімічних, содових заводів тощо. Ці води після попередньої механічної очистки можуть на­прямлятись на біохімічну очистку;

* стічні води із значенням біохімічного показника в межах 0,01-0,001. До цієї групи належать стічні води процесів сульфування, хлорування, виробництва поверхнево-активних речовин, сульфатно кислих заводів, підприємств чорної металургії тощо. Стічні води цієї групи після попередньої механічної і фізико-хімічної локальної очистки можуть напрямлятись на біохімічну очистку;

* стічні води зі значенням біохімічного показника <0,001. Стічні води цієї групи містять переважно завислі речовини. Для їх очистки використовують механічні методи. До цієї групи належать стічні води вугле- і рудозбагачувальних фабрик тощо.

Стічні води першої і другої груп є відносно сталими за характером заб­руднення і концентрації забруднюючих речовин. Такі стічні води придатні для звротного водопостачання. Стічні води третьої групи утворюються періодично і відрізняються концентрацією забруднюючих речовин, які і до біохімічного окислення. Такі води мало придатні для зворотного постачання. Для ефективної біохімічної очистки стічних вод важливу роль відіграє наявність біогенних елементів (N, Р, К, S, Мg, Са, Na, Fe, Мn, Со, Сu тощо), які впливають на розвиток живих організмів, а їх нестача негативно впливає на ефективність біохімічної очистки стічних вод.

Для очистки стічних вод застосовують аеробні та анаеробні методи біохімічної очистки. Аеробний метод базується на використанні аеробних груп мікроорганізмів, для життєдіяльності яких необхідна постійна подача кисню і температура 20-40°С. При зміні режимів (кисневого і температурного) склад і кількість мікроорганізмів, щокультивуються в активному мулі або біоплівці, змінюється. Анаеробні методи біохімічної очистки проходять без доступу кисню і воги використовуються для знезараження мулу або для попередньої очистки надзвичайно забруднених стічних вод.


Поделиться:

Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 98; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.008 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты