Электрохимическая очистка воды

Для очистки стоков от растворимых и диспергированных примесей применяются процессы анодного окисления, катодного восстановления, электрокоагуляции, диализа, электрофлокуляции. Данные процессы протекают на электродах при условии прохождения через сточную воду электрического тока постоянной силы.

Электрохимический метод очистки воды: принципы

Электрохимические методы водоочистки позволяют извлекать из стоков ценные продукты. При этом технология является достаточно простой и не предполагает применения реагентов. Главный недостаток метода – большие затраты электроэнергии. Очистка стоков электрохимическими методами может быть периодической и непрерывной.

Очистка воды электролизом

При прохождении водной массы через межэлектродное пространство прибора электролизер происходит электролиз воды, а также поляризация частиц, окислительно-восстановительные процессы, электрофорез, взаимодействие продуктов электролиза между собой. Данные процессы направлены на удаление из стоков примесей в растворенном виде – они распадаются с образованием воды, СО2, NH3 и других нетоксичных веществ. В качестве анодов используются нерастворимые электрохимическим способом материалы – магнетиты, графиты, диоксиды тяжелых металлов. Их наносят на основу из титана. Катоды изготавливают из сплавов железа, вольфрама, никеля, графита, молибдена и других металлов. Эффективность электрохимических методов оценивают по плотности тока, напряжению, коэффициенту полезного использования напряжения, выходу по току, выходу по энергии.

Применение электрохимических методов водоочистки: коагуляция

В случае применения нерастворимых электродов коагуляция происходит в результате электрофоретических явлений и разряда электродных заряженных частиц, образования в растворе разрушающих сольватные оболочки веществ (хлор, кислород) на поверхности загрязняющих частиц. Такой процесс идеально подходит для очистки сточных вод со сравнительно невысоким содержанием коллоидных частиц и низкой устойчивостью к загрязнениям. Для очистки промышленных стоков с высокоустойчивыми загрязнениями в составе проводят электролиз с применением растворимых стальных и алюминиевых анодов. Под воздействием тока металлы растворяются, и в воду переходя катионы металлов. Они вступают в реакцию с элементами гидроксильных групп, образуя гидроксиды металлов.

С увеличением концентрации взвешенных частиц до 100 мг/л и более эффективность электрокоагуляции начинает падать. С уменьшением расстояния между электродами показатель расхода энергии на анодное растворение металла падает. Электрокоагуляцию рекомендуют проводить в нейтральной или слабощелочной среде, плотность тока при этом не должна превышать 10 А/м2. Достоинства методики – отсутствие необходимости применять реагенты, невысокая чувствительность по отношению к условиям очистного процесса, получение шлама с отличными механическими и структурными характеристиками.

Электрохимическая очистка воды: электрофлотация

В ходе электрофлотации очистка сточных вод производится с помощью пузырьков газа, образующихся в рамках электролиза. На аноде при этом появляются пузырьки кислорода, а на катоде – водородные. При использовании растворимых электродов получаются хлопья коагулянтов и пузырьки газа, поэтому эффективность флотации возрастает.

Электрохимическая очистка сточных вод: электродиализ

Электродиализ – методика разделения составных компонентов раствора, основана на разнице мембранных диффузий. Процесс очистки стоков в данном случае основывается на разделении ионизированных частичек под действием электродвижущей силы, которая создается в растворе по обе стороны мембраны. Электродиализ подходит для опреснения морской, речной, озерной воды, подготовки промышленных стоков. Для обессоливания применяются мембраны (гомогенные, гетерогенные). Гомогенные – это смесь порошка ионита со связующим веществом.

Электродиализ, как правило, проводится с двумя ионообменными мембранами. При использовании ионообменных диафрагм общая эффективность процесса повышается, падает расход электроэнергии. Главный недостаток методики – это концентрационная поляризация, которая приводит к осаждению солей на мембранных поверхностях и ухудшению показателей очистки.

Преимущества электрохимического метода очистки воды

Главные преимущества электрохимической очистки стоков:

1. Компактные размеры комплекса.
2. Простота обслуживания и эксплуатации систем.
3. Отсутствие необходимости в применении реагентов.
4. Независимости от температурных характеристик стоков.
5. Эффект бактерицидной очистки.

Но есть и недостатки – среди них невысокая производительность, значительная энергоемкость, большой объем шлама, образование токсичных побочных продуктов (необязательно, но часто).