Электролизеры

Выбор материала электродов

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА

Природа материалов электродов и их подготовка оказывают большое влияние на направление и ход реакции при очистке воды от загрязнений. При выборе электродного материала необходимо соблюдение следующих условий:

- обеспечение устойчивости электрода в процессе обработки и его длительной эксплуатации;

- продукты разрушения электродов не должны быть токсичными;

- обеспечение высокой электропроводности и механической прочности;

- доступность и невысокая стоимость материала.

Электроды изготавливают в виде пластин, однако чаще их изготавливают в виде проволочной сетки из меди или нержавеющей стали.

Устройства в которых те или иные процессы электрохимическоговоздействия на водные растворы, имеют общее название – электролизеры. Общая принципиальная схема таких устройств представлена на рисунке 21. Вода поступает в емкость 2, в которую погружены 2 электрода 3, 4, соединенные с источником тока 5. Под действием электрического поля положительно заряженные ионы мигрируют к отрицательному электроду (катоду), а отрицательно заряженные ионы к положительно заряженному электроду (аноду). На электродах происходит переход электронов. Катод отдает электроды в раствор, и в приэлектронном пространстве происходят процессы, связанные с присоединением электронов к реагирующим частицам – восстановление. В прианодном пространстве протекают процессы переноса электронов от реагирующих частиц к электроду – окисление.

Рисунок 21. Электролизер

1 – внешняя цепь; 2 –емкость; 3 – анод; 4 – катод; 5 –источник питания.

В зависимости от природы процессов, протекающих в таких аппаратах и обеспечивающих извлечение или обезвреживание загрязняющих компонентов, электролизеры разделяют на следующие типы: электрофлотаторы, электрокоагуляторы, электролизеры для проведения реакций окисления и восстановления и электродиализаторы.

Электрофлотационные установки (ЭФУ)

В данных установках для проведения процесса флотации используют газообразные продукты – водород и кислород, выделяющиеся на электродах при электролизе обрабатываемой воды. На катоде происходит разряд молекул воды с образованием водорода. На аноде процесс окисления сопровождается выделением кислорода. Размер пузырьков газа определяется природой и формой электродов. А также условиями проведение электролиза. Принципиально электролиз позволяет получить заранее заданное распределение пузырьков газа по размерам. Электролитическое диспергирование газа обеспечивает так же получение наиболее высокодисперсной газовой фазы, что позволяет использовать электрофлотаторы для очистки воды от устойчивых коллоидных загрязнителей.

Электрофлотационные установки разделяют по направлению движения воды и флотирующих газов в них на противоточные и прямоточные, с горизонтальным или вертикальным расположением электродов рис 22.

Рисунок 22. Электрофлотаторы

а – с противоточным движением воды и газов: 1 – механизм для удаления пены; 2,5 – перфорированные трубы для подачи и вывода воды; 3 – сборник пены; 4 – электроды.

б – с горизонтально направленным потоком воды: 1,3 - приемная и выпускная камеры; 2 – рабочие камеры.

в – смешанное направление потоков в многокамерном аппарате: 1 – приемная и выпускная камеры; 2 – рабочие камеры; 3 – анод; 4 – катод; 5 – токоподводящие шины; 6 – сепаратор.

ЭФУ имеют одну или несколько камер. Многокамерный электрофлотатор состоит обычно из успокоителя, электродных камер и флотоотстойника.

При горизонтальном расположении электродов во флотационной камере на них могут оседать твердые частицы. Которые нарушают нормальную работу аппарата. Имеются конструкции позволяющие избавится от этого недостатка. На рисунке 23 представлен электрофлотатор. В котором аноды выполнены в форме трехгранных призм, расположенных в шахматном порядке на дне аппарата. Катоды представляют собой отдельные проволочные сетки, изогнутые под углом и расположенные над анодами параллельно граням.

Рисунок 23. Электрофлотатор с анодами в форме трехгранных призм

1 – корпус; 2 – наклонный желоб; 3 – трубопровод теплоносителя; 4 – выпускная камера; 5 – выпускной штуцер; 6 – катод; 7 – приемная камера; 8 – анод.

Недостатком предложенных конструкций является вероятность образования в процессе электролиза взрывоопасной смеси газов – 2/3 водорода и 1/3 кислорода. Именно по этому предлагается такая конструкция аппарата в котором анодное пространство отделено от катодного диафрагмой.

Установки для электрокоагуляции

Как правило, электрокоагулятор служит только для образования гидроксидов металлов и агрегации частиц; процесс разделения фаз проводят в других аппаратах – отстойниках, гидроциклонах и д.р. Есть конструкции в которых эти процессы совмещены и протекают в одной камере.

Стандартные, или типовые, конструкции аппаратов для электрокоагуляции отсутствуют. Существуют только определенно сложившиеся схемы конструктивного оформления электрокоагуляторов.

Технологическая установка для очистки сточных вод электрокоагуляцией содержит: очистное устройство, аппарат в котором происходит разделение фаз, емкость для сбора воды и выделенной дисперсной фазы, насосы и трубопроводы, а также источники постоянного тока.

Электрокоагуляторы обычно представляют корпус прямоугольной или цилиндрической формы, в который помещают электродную систему – ряд электродов. Обрабатываемая вода протекает между электродами. Электрокоагуляторы снабжают вытяжным вентиляционным устройством для удаления газов, механическими устройствами для удаления флотируемых продуктов с поверхности очищаемой воды, а так же устройством для очистки поверхности электродов и межэлектродного пространства.

По форме и расположению электродов электрокоагуляторы разделяют на аппараты с плоскими и цилиндрическими электродами, расположенными обычно вертикально (придают жесткость конструкции, неизменность размеров электродной системы, а также лучшие условия для удаления выделяющихся газов), хотя известны конструкции и с горизонтальными плоскими электродами.

В зависимости от характера движения обрабатываемой воды электрокоагуляторы можно разделить на однопоточные, многопоточные, с горизонтальным или вертикальным движением воды (рис 23).

Рисунок 23. Электрокоагуляторы

а – однополочные; б – многополочные с вертикальным движением воды; в - многополочные со смешанным движением воды.

При вертикальном направлении движения воды электрокоагулятора могут быть противоточные (подача воды сверху, т.е в направлении, противоположном движению пузырьков газа, которые обеспечивают флотацию) и прямоточные (подача воды снизу).

Суть электродных процессов при электрокоагуляции сводится к следующему:

- генерация в процессе анодного растворения металла коагулянта – гидроксида соответствующего металла;

-подщелачивание воды в процессе электролиза;

- получение на катоде газообразного водорода, который может быть использован для обеспечения флотации скоагулированных примесей.

Достоинством данного метода является:

- компактность установки;

- простота управления процессом очистки;

- отсутствие реагентов (коагулянта);

- малая чувствительность к изменению условий проведения процесса.

Недостатком является повышенный расход электроэнергии и металла.

Дата добавления: 2014-11-29