Электрокоагулятор
(Коагуляция)

 Раздел доступен гостю




Электрокоагулятор /b>

Сравнение технологических особенностей электрокоагуляции (гальванокоагуляции) и электрофлотации при очистке промышленных сточных вод

Электрокоагуляция (гальванокоагуляция) - устаревшие технологически методы, которые до настоящего времени используются на машиностроительных и металлообрабатывающих предприятиях для очистки сточных вод гальванического производства (в основном для очистки хромсодержащих сточных вод от ионов хрома Cr6+). В данных методах по электрохимическому механизму растворяют железо, и образовавшиеся ионы Fe2+ восстанавливают шестивалентный хром Cr6+ до трёхвалентного Cr3+ с последующим образованием гидроксида хрома. Различие электрокоагуляции и гальванокоагуляции заключается в способе растворения железа. В электрокоагуляционном методе железо растворяется электрохимически при наложении на стальные аноды потенциала от внешнего источника питания. В гальванокоагуляционном методе железо растворяется гальванохимически за счет разности потенциалов, возникающей при контакте железа с медью или коксом. Следовательно, оба метода различаются движущей силой процесса растворения металлического железа, что и определяет их технологические различия.

Электрокоагуляция и гальванокоагуляция имеют огромное количество недостатков, основными среди которых являются следующие:

  • трудность в обслуживании электрокоагуляторов за счет засорения межэлектродного пространства, которое необходимо постоянно прочищать скребками;
  • трудность в обслуживании гальванокоагуляторов определяется необходимостью поддержания соотношения стальной стружки и кокса или стальной и медной стружки, неудобством засыпки загрузки, необходимостью тщательной фильтрации от мелкодисперсной фазы, состоящей из частиц кокса и оксидов железа.
  • Оба метода требуют огромного количества химических реагентов (На восстановление одного хромат иона расходуется три иона двухвалентного железа и четыре молекулы серной или восемь молекул соляной кислоты. Чтобы восстановление шестивалентного хрома шло с достаточной эффективностью, расходующиеся реагенты должны присутствовать в обрабатываемых сточных водах в большом избытке. Это приводит к тому, что норму расхода и кислоты и железа приходится увеличивать еще в 1,5-2 раза)
  • Оба метода создают огромное количество практически не утилизируемых твердых отходов - смесей гидроксидов железа и хрома: в пересчете на сухой вес около 10 кг на 1кг хрома Cr3+, содержащегося в исходном стоке.

Фото 1. Электрокоагуляторы на очистных сооружениях металлообрабатывающего предприятия - общий вид:

Электрокоагулятор

Ежегодно, посещая в ходе работы предприятия, которые внедрили очистные сооружения на базе электрокоагуляторов (и/или гальванокоагуляторов) и общаясь с инженерами и аппаратчиками ОС, нашими специалистами было сделано заключение, что соблюдение всех технологических режимов процесса для качественной и эффективной очистки гальванических сточных вод - задача достаточно сложная для действующих (как правило устаревших) электрохимических производств. Также большие сомнения вызывает использование очищенной воды для создания систем оборотного водоснабжения предприятий, требующих воду категорий 2 и 3 по ГОСТ 9.314-90 для получения качественных гальванических покрытий.

Фото 2. Электродные блоки электрокоагулятора:

Электродный блок электрокоагулятора

Перечисленные проблемы были успешно решены специалистами Технопарка РХТУ им Д.И Менделеева благодаря внедрению на очистных сооружениях промышленных предприятий электрофлотационных модулей собственной разработки и производства.

Фото 4. Электрофлотатор на очистных сооружениях металлообрабатывающего предприятия - общий вид:

Электрофлотатор

Электрофлотатор оборудование для очистных сооружений сточных вод гальванических производств. Очищенная вода после электрофлотатора подается на мембранную установку гиперфильтрации для создания оборотного водоснабжения или сбрасывается в систему канализации. Электрофлотатор работает на основе процесса выделения микропузырьков электролитических газов и флотационного эффекта. Электрофлотатор МУОВ-М4 с блоком нерастворимых электродов входит в состав электрофлотационного модуля, который укомплектован системой сбора шлама, источником постоянного тока, вспомогательными емкостями из полипропилена для загрязненной и очищенной воды, насосами Grundfos и дозирующим оборудованием Etatron. Очистка сточных вод от тяжелых металлов: меди, хрома, цинка, никеля, железа, алюминия, кадмия, свинца, нефтепродуктов, спав и взвешенных веществ производится в непрерывном режиме.

Преимущества использования электрофлотационных модулей очевидны:

  • высокая эффективность извлечения дисперсных веществ (гидроксидов и фосфатов тяжелых металлов и кальция, нефтепродуктов, поверхностно-активных и взвешенных веществ);
  • высокая производительность (1м2 оборудования - 4м3/ч очищаемой воды);
  • отсутствие вторичного загрязнения воды благодаря примению нерастворимых электродов ОРТА;

Фото 5. Нерастворимые электроды электрофлотатора:

Электроды электрофлотатора

  • низкие затраты электроэнергии от 0,5 до 1 кВт·ч/м3;
  • отсутствие заменяемых материалов (фильтров, сорбентов и пр.);
  • простота эксплуатации, автоматический режим работы не требуют ежегодного ремонта и остановок;
  • шлам менее влажный (94-96%), в 3-5 раз легче обезвоживается и может быть использова при изготовлении строительных материалов и/или пигментов для красителей.

Степень освоения: оборудование и технология успешно эксплуатируются более чем на 60 промышленных предприятиях России. Осуществлена поставка пилотных установок в США, Канаду, Италию.

Технопарк РХТУ им Д.И. Менделеева

Очистка сточных вод методом электрокоагуляции

       Очистка сточных вод методом электрокоагуляции основана на их электролизе с использованием стальных или алюминиевых анодов, подвергающихся электролитическому растворению. Для стальных анодов этот процесс представляется следующим образом.
       В результате растворения стальных анодов вода обогащается ионами железа (II) по реакции

Fe – 2e- = Fe2+

образующими затем при рН > 5,5 гидроксид железа (II):

Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2

который под действием растворенного в воде кислорода переходит в гидроксид железа (III):

Fe2+ + O2 + 2H2O = 4Fe3+ + 4OH-

Растворение алюминиевого анода протекает по реакции:

Al – 3e- = Al3+

с последующей гидратацией ионов Аl3+:

Al3+ + 3OH- = Al(OH)3

       Кроме того, при катодной поляризации алюминия возможно протекание химической реакции взаимодействия алюминия с водой:

Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+

       В результате осуществляется процесс коагуляции, аналогичный обработке сточной воды соответствующими солями железа или алюми-лия. Однако по сравнению с реагентным коагулированием при электрохимическом растворении металлов не происходит обогащения воды сульфатами и хлоридами, содержание которых в воде лимитируется как при сбросе в открытые водоемы, так и при повторном использовании в системах промышленного водоснабжения.
       При электрокоагуляции сточных вод протекают и другие электрохимические, физико-химические и химические процессы:

• электрофорез;
• катодное восстановление растворенных в воде органических и неорганических веществ или их химическое восстановление, а также образование катодных осадков металлов;
• химические реакции между ионами Аl3+ или Fe2+, образующимися при электролитическом растворении металлических анодов, и некоторыми содержащимися в воде ионами (S2-, РO43-) с образованием труднорастворимых соединений, выпадающих в осадок;
• флотация твердых и эмульгированных частиц пузырьками газообразного водорода, выделяющегося на катоде;
• сорбция ионов и молекул растворенных примесей, а также частиц эмульгированных в воде примесей на поверхности гидроксидов железа и алюминия, которые обладают значительной сорбционной способностью, особенно в момент образования.

       Основными преимуществами электрокоагуляционного метода по сравнению с реагентными являются компактность установки, относительная простота ее эксплуатации и резкое сокращение реагентного хозяйства.
       Недостатком является расход металла (алюминия и железа) и электроэнергии. Теоретически для растворения 1 г железа и 1 г алюминия расходуется соответственно 3 и 12 Втч. Фактический же расход электроэнергии оказывается более высоким вследствие затрат на нагревание воды, поляризацию электродов, преодоление электрического сопротивления оксидных пленок, образующихся на поверхности растворяемых листовых анодов, и т. п.
       Электрокоагуляция применяется для удаления из сточных вод мелкодисперсных и органических примесей, эмульсий, масел, нефтепродуктов, ионов тяжелых металлов. При применении железных анодов можно удалять и хромат-ионы.
       Применение электрокоагуляции предпочтительно при обработке сточных вод, расход которых не превышает 50-80 м3/ч, в условиях нехватки производственных площадей, а также на предприятиях, расположенных в отдаленных районах.
       Большинство электрокоагуляторов представляют собой безнапорные пластинчатые электролизеры горизонтального или вертикального типа. Электроды располагаются на рас стоянии 5-20 мм. Для предотвращения межэлектродного замыкания применяются специальные изолирующие вставки. Электрический ток подводится к каждому электроду.
       По схеме движения исходной воды через электрокоагуляторы их можно разделить на однопоточные, многопоточные и смешанные. При однопоточной схеме вода проходит полабиринту, образуемому электродами (последовательное соединение каналов), что уменьшает пассивацию электродов. При многопоточной схеме движения вода одновременно проходит через промежутки между электродами (параллельное соединение каналов).
       Направление движения жидкости может быть горизонтальным или вертикальным. Вертикальное направление снизу вверх, по-видимому, предпочтительнее, поскольку с потоком выносятся газы и продукты, об разующиеся при электрокоагуляционной обработке воды.
       Электродная система электрокоагулятора выполнена в виде железных или алюминие вых цилиндров, расположенных вертикально и размещенных вокруг эжекторной циркуляционной системы. Вода через подающую трубу поступает в эжектор и циркулирует в межэлектродном пространстве.
       Конструкция этого аппарата позволяет уменьшить поляризацию электродов, снизить расход электроэнергии, улучшить гидравлические и физико-химические условия формирования хлопьев образующегося гидроксида.
       Корпус электрокоагулятора должен быть защищен изнутри кислотостойкой изоляцией и оборудован вентиляционным устройством.
       Серьезным недостатком пластинчатых электролизеров является необходимость применения анодов из листового металла. Этот недостаток может быть устранен в конструкциях с насыпными электродами, где в качестве анодов применяются металлические стружки или лом. Предложен целый ряд конструкций подобных электрокоагуляторов, однако и они не лишены недостатков. Их применение ограничено из-за трудностей, возникающих при регулировании процесса, большого расхода анодного материала и забивки межэлектродного пространства продуктами электрохимического растворения анодов.
       С целью интенсификации процесса электрокоагуляции используется конструкция виброэлектрокоагулятора. Применение вибрационных колебаний среднего диапазона частот практически исключает пассивацию электродов, снимает диффузионные ограничения во всем рабочем объеме, облегчает удаление газов и образующихся осадков, выгружаемых периодически через специальный клапан без остановки аппарата.
       Электрокоагуляторы со стальными электродами следует применять для очистки сточных вод предприятий различных отраслей промышленности от шестивалентного хрома и других металлов при расходе сточных вод не более 50 мэ/ч, концентрации Сгб+ до 100 мг/л, исходном общем содержании ионов цветных металлов (цинка, меди, никеля, кадмия, трехвалентного хрома) до 100 мг/л, при концентрации каждого из ионов металлов до 30 мг/л, минимальном общем солесодержании сточной воды 300 мг/л, концентрации взвешенных веществ до 50 мг/л.