Файл: Вопросы водного хозяйства [сборник]..pdf

промышленного внедрения этот метод пока еще не по­ лучил из-за отсутствия достаточных научных работ по исследованию его эффективности, а также производст­ венных испытаний, подтверждающих эксплуатационные параметры установок.

Принцип метода электрокоагуляции заключается в следующем. Через электролизёр, в котором находятся горизонтально или вертикально расположенные сталь­ ные электроды, пропускается электрический ток. Проис­ ходит электрохимическое растворение металла электро­ дов, которое включает две группы процессов: принудительное анодное растворение железа и самопро­ извольное растворение в результате химического взаи­ модействия с окружающей средой. Какой именно из этих двух процессов будет преобладать, зависит от мно­ гих факторов: состава раствора, в частности от его pH, плотности тока, температуры и т. д.

При растворении железных анодов образуются ионы двухвалентного железа, которые восстанавливают шести­ валентный хром до трехвалентного [1]

Сг202- + 6 Fe2+ + 14 Н+->- 2 Сг3+ + 6 Fe3+ + 7 Н20.

Реакция идет с участием водородных ионов, что обеспе­ чивает повышение pH среды.

Восстановление небольшой части ионов шестивалент­ ного хрома может происходить непосредственно на като­ де или на некотором расстоянии от катода под действи­ ем образующегося атомарного водорода

Сг20 2- + 14 Н+ + б 7 -^ 2 Сг3+ + 7 Н20.

Ионы двухвалентного железа, восстанавливая шести­ валентный хром, сами окисляются до трехвалентного

Fe2+ — 1 е -v Fe3+ .

Трехвалентные ионы железа и хрома, взаимодействуя с гидроксильными группами воды, образуют малораство­ римые гидроокиси Fe(OH)3 и Сг(ОН)3, выпадающие в осадок.

Настоящая статья посвящена исследованию электрокоагуляционного метода обезвреживания хромсодержа­ щих сточных вод гальванических цехов.

Лабораторные исследования проводились на проточ­

170

ной установке с горизонтально расположенными сталь­ ными электродами, выполненными из стали — 3. (рис. 1). Пластины располагались на расстоянии 10 мм друг от друга и через одну подсоединялись к одноимен­ ному полюсу источника постоянного тока. Исследование метода проводилось в динамических условиях при раз-

Рис. 1. Схема лабораторной установки для очистки хромсодержа­ щих стоков методом электрокоагуляции:

/ — растворны е баки ; 2 — электрокоагулятор; 3 — вертикальны й отстойник; 4 — вы прям итель.

личных продолжительностях электролиза на искусствен­ но приготовленном стоке, представляющем собой вод­ ные растворы двухромовокислой соли К2СГ2О7 с концент­ рацией ионов шестивалентного хрома 15, 30, 45, 60 и 120 мг/л, подкисленные серной кислотой до pH 2—6. Для полного осаждения образующихся гидроокисей Fe(OH)3 и Сг(ОН)з стоки, прошедшие через электро­ коагулятор, подщелачивались до pH 9—10 известковым

ленной фазе определялось содержание ионов шестива­ лентного и трехвалентного хрома и ионов железа.

Результаты опытов по электрохимическому восста­ новлению шестивалентного хрома на лабораторной уста­ новке приведены'в табл. 1.

Были проведены специальные исследования по изу­ чению зависимости полноты восстановления шестива­ лентного хрома от расхода электроэнергии, pH и его начальной концентрации (рис. 2,3). Установлено, что с

171

Т а б л и ц а 1

Исследование эффективности очистки хромсодержащих сточных вод на лабораторной установке

172

повышением pH при постоянном эффекте очистки сточных вод значительно увеличи­ вается расход элект­ роэнергии. Так, если для достижения эф­ фекта очистки 100% (исходная концент­ рация шестивалент­ ного хрома 30 мг/л) при pH 2 расходует­ ся 0,42 квт-ч/м3, то при pH 6 расход электроэнергии уве­ личивается в два с половиной раза, при­ чем при повышении эффекта очистки уве­ личивается соответ­ ственно расход элект­ роэнергии. Так, если при расходе 0,82

квт-ч/м3 и pH 4 (ис­ ходная концентрация шестивалентного хро­ ма 45 мг/л) эффект очистки составляет

и уже при плотности тока 0,05 а/дм2 эффект очистки до­ вольно высокий. Увеличение плотности тока ведет к не­ которому повышению эффекта очистки, что позволяет сократить время пребывания обрабатываемой воды в электрокоагуляторе. Так, при pH 6, исходной концент­ рации шестивалентного хрома 30 мг/л, плотности тока 0,05 а/дм2 и продолжительности электролиза 9,4 мин.

173

эффект очистки составляет 84%. Повышение плотности тока до 0,П а/дм2 позволило уменьшить продолжитель­ ность электролиза до 4 мин., достигая эффекта очистки в этом случае 99% в результате более интенсивного ис­ пользования рабочей поверхности электродов и емкости злектрокоагулятора. Однако увеличение плотности тока свыше 1 а/дм2 снижает эффективность его использова-

Рис. 4. Зависимость выхода железа от расхода электроэнергии и pH для исходных концентраций Сгб+:

а — Со=30 мг/л; 6 — Со=60 мг/л.

ния, так как возрастают напряжение и потери электро­ энергии на побочные процессы, увеличивается пассива­ ция электродов. Результаты исследований показали, что обезвреживание хромсодержащих сточных вод лучше всего вести при низких плотностях тока (до 0,15 а/дм2), так как любое повышение плотности тока ведет к рез­ кому увеличению расхода электроэнергии.

В ходе эксперимента исследовалось также влияние начальной концентрации шестивалентного хрома на рас­ ход электроэнергии. При одних и тех же условиях с по­ вышением исходного содержания хрома увеличивается расход электроэнергии, необходимый для достижения требуемого эффекта очистки. Если при начальной кон­ центрации шестивалентного хрома 15 мг/л и pH 6 пол: ное восстановление хрома достигалось при расходе элек­ троэнергии 0,54 квт-ч/м3, то при увеличении концентра­ ции хрома до 60 мг/л расход электроэнергии при том же pH возрастал до 4,4 квт-ч/м3.

На анодное растворение железа оказывают влияние многие факторы: плотность тока, pH, концентрация ше­ стивалентного хрома, являющегося сильным окислите­ лем, температура. Установлено, что в среднем расход железа на восстановление 1 мг шестивалентного хрома составляет 2,2—3,6 мг. На скорость перехода ионов

174

двухвалентного железа в раствор весьма существенное влияние оказывает величина pH: чем ниже pH, тем ин­ тенсивнее идет процесс (рис. 4). С повышением pH уве­ личивается расход электроэнергии, необходимый для получения достаточного количества двухвалентного же­ леза.

Для осаждения ионов трехвалентного железа и хро­ ма кислые растворы, обработанные в электролизере, подщелачивались и отстаивались в течение двух часов. В осветленной воде концентрация железа не превышала 2—3 мг/л, концентрация трехвалентного хрома — 0,1— 0,2 мг/л.

При прохождении сточных вод через электрокоагуля­ тор наблюдается повышение pH на 2—3 единицы и тем­ пературы на 2—3°С.

Для апробации эффективности метода в производст­ венных условиях на одном из заводов Белоруссии была смонтирована установка, представляющая собой элек­

Рис. 5. Предлагаемая схема обезвреживания хромсодержащих сто­ ков методом электрокоагуляции:

175