Короткі теоретичні відомості. Очистка стічних вод від міді методом електролізу

Очистка стічних вод від міді методом електролізу

Електрохімічні методи очистки стічних вод

Лабораторна робота 4

4.1 Мета роботи. Вивчити теорію і прикладні аспекти електрохімічних методів очистки стічних вод та визначити ступінь очистки стічних вод від забруднення міддю

До електрохімічних методів очистки стічних вод відносять електрокоагуляцію, електрофлотацію, електродіаліз та електроліз. Ці методи грунтуються на пропусканні постійного електричного струму через робочий електроліт.

Електрокоагуляція застосовується для очистки стічних вод: 1) коли використовуються нерозчинні електроди – графіт, Pt (при невисокому вмісті колоїдних частинок та низькій стійкості забруднень) і 2) при застосуванні розчинних стальних та алюмінієвих електродів (коли стічні води вміщують багато високостійкого забруднення). В останньому випадку метал електроду розчиняється і у воду переходять його катіони (Меⁿ⁺), які з гідроксильними групами (ОН^–) утворюють гідроксиди металів у вигляді пластівців, які сприяють інтенсивній коагуляції. Недостаток методу - підвищені витрати металу та електроенергії. Електрокоагуляція, головним чином, може бути використана для очистки нейтральних і слаболужних вод (стоків). Схеми електрокоагуляційних пристроїв наведені на рисунках 4.1, 4.2.

Електрофлотація застосовується для очистки стічних вод від завислих частинок та здійснюється при допомозі бульбашок газу, які утворюються при електролізі води: на аноді - бульбашки кисню, на катоді - водню. Ці бульбашки, піднімаючись у стічній воді уверх, флотують завислі частинки забруднення, а при використанні розчинних електродів, крім цього, відбувається утворення пластівців, і ефект такої флотації збільшується. Такий електрофлотатор складається із заспокоювача, куди поступає стічна вода, електродного відділення, де вона насичується газовими бульбашками, і відстійника, звідки шлам вилучається скребком у шламовідстійник. При малих об'ємах очищуємих вод (до 15 м³/год) установки мають одну камеру, а при великих - виготовлюються двохкамерними. Схема одного з типів електрофлотаторів на
ведена на рисунку 4.3.

Електродіаліз широко використовується для опріснювання солених вод, а також для очистки промислових стічних вод Він оснований на відокремленні іонізованих речовин під дією електрорушійної сили, яка створюється у розчині по обидві сторони спеціальних мембран, які розділяють об'єм електродіалізатора на три камери. В середню камеру заливають забруднений розчин, а в бокові, де розміщені електроди, чисту воду.

Процес електролізу можливо відобразити такими рівняннями:

К^–: 2Н₂О + 2 е = Н₂ + 2ОН^– (4.1)

А⁺: 2Н₂О = О₂ + 4Н⁺ + 4 е (4.2)

Позитивно заряджені іони (катіони) – забруднювачі переносяться у катодний простір (де іде накопичення гідроксид-іонів (ОН^–), тобто розчин стає лужним; негативно заряджені іони (аніони) – забруднювачі переносяться у анодний простір (де відбувається) накопичення іонів водню (Н⁺), тобто відбувається підкислення розчину). В результаті дифузії у середню камеру надходять іони Н⁺ та ОН^–, а вода очищується від забруднювачів. При використанні електрохімічнo активних (іонообмінних) діафрагм можливо підвищити ефективність процесу та знизити витрати електроенергії.

Так багатокамерний електродіалізний апарат (рис. 4.4) почергово розділяється на камери аніоно- і катіонообмінними мембранами. Відстань між ними становить 0,5—1,5 мм. Крізь іонообмінні мембрани мігру­ють аніони, крізь кат іонообмінні – катіони.

Останні переміщуються в напрямку електричного струму, тоді як аніони – в протилежному напрямку, тобто катіони рухаються до катоду, а аніони – до аноду. В одній камері здійснюється знесолювання розчину, в іншій – його концентрування. В промислових апаратах між електродами вміщують 250–500 комірок, які складаються з роздольних і диелюатних камер. На кінцях апарата розміщені електроди, на які подають постійний електричний струм.

Електроліз часто використовується для вилучення із стічних вод цінних металів: міді, хрому, нікелю та ін., а також для очистки стічних вод від цианідів, які на аноді окислюються до цианат-іонів, а потім гідролізуються до карбонатів і амонію:

CN^–®CNO^–; CNO^– + 2Н₂О «CO₃^2– + NH₄⁺ (4.3)

Хромат–, дихроматвмісні стоки ефективно очищуються за допомогою електролізу із залізними електродами. При цьому можливі два варіанти. У лужному середовищі іони заліза (ІІ), що виділяються з розчинного аноду відновлюють хромати у хроміти та утворюють нерозчинний осад хроміту заліза Fe(CrO₂)₂, який вилучається механічним способом:

CrO₄^2–®CrO₂^–; [Cr(OH)₄]^–; CrO₄^2–+3 Fe²⁺+2H₂O®CrO₂^–+ 3Fe³⁺+4OH^– (4.4)

­3 e –3–¯ e

У кислому середовищі залізо (ІІ) відновлює хром (VІ) до Cr³⁺, який при нейтралізації розчину лугом вилучається у вигляді осаду – гідроксиду хрому (ІІІ).

Cr₂O₇^2–® Cr³⁺; Сr₂O₇^2– + 6Fe²⁺ + 14H⁺ ® 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7Н₂О (4.5)

Cr³⁺+3OH^–®Cr(OH)₃¯ (4.6)

При електролізі стічних вод, які містять іони металів (у ряду напруг до Al включно), відбувається розряд Н₂О з виділенням водню:

2Н₂О+2 е =Н₂+2ОН^– (4.7)

тобто вилучити ці метали з водного розчину неможливо. Починаючи з Mn до водню, вилучаються метали, але внаслідок відновлення водночас і водню, вони дуже крихкі (воднева крихкість).

Zn²⁺+2 e =Zn (4.8)

Н₂О+ е ®Н_ад+ОН^– (4.9)

Дата добавления: 2015-05-26