Способ электрокоагуляционной очистки сточных вод

 

Изобретение относится к области электрохимической очистки сточных вод электрокоагуляцией, в частности промышленных сточных вод, и может быть использовано на предприятиях машиностроительной, металлургической, химической и пищевой промышленности. Для осуществления способа электрокоагуляционной очистки сточных вод, включающего поляризацию растворимых и нерастворимых электродов с использованием тока переменной полярности и раздельное регулирование aмплитудaми анодного и катодного тока, используют импульсный ток с паузами между разнополярными импульсами и раздельным регулированием длительности разнополярных импульсов, причем длительность этих импульсов составляет одну четверть периода при соотношении амплитуды анодного и катодного импульсов 0,25-1, в диапазоне средних плотностей тока 0,5-2 А/дм². Способ обеспечивает снижение расхода массы анода при одновременном повышении степени очистки сточных вод, а также повышение стабильности электрохимических процессов на катоде и снижение расхода электроэнергии. 3 табл. 3 ил.

Изобретение относится к области электрохимической очистки сточных вод электрокоагуляцией, в частности промышленных сточных вод, и может быть использовано на предприятиях машиностроительной, металлургической, химической и пищевой промышленности.

Известен способ электрокоагуляционной очистки сточных вод, включающий полимеризацию растворимых и нерастворимых электродов с использованием тока переменной полярности и раздельное регулирование амплитуд анодного и катодного тока (а.с. СССР N 1548159, C 02 F 1/46, 1990 г. - прототип).

Способ предусматривает использование асимметричного переменного тока с различным коэффициентом асимметрии катодного и анодного тока, т.е. отношением амплитуд анодного и катодного импульсов, по схеме на фиг. 1.

Недостатком способа является жесткая взаимосвязь величины потенциалов катода и анода, определяемой только коэффициентом асимметрии. В этом случае, если необходимо увеличить выделение водорода на катоде для флотации образующихся гидроксидов, то надо увеличить среднее значение плотности тока, что приводит к значительному смещению потенциалов анода в область потенциалов пассивации металла анода, что, в свою очередь, резко снижает поступление ионов извлекаемого металла в зону очистки и ограничивает использование способа для очистки воды от ионов тяжелых металлов, а при замедлении скорости анодного растворения снижается эффективность очистки сточных вод. Кроме того, при использовании переменного тока с раздельно-регулируемыми амплитудами анодного и катодного полупериодов (коэффициент асимметрии) возможет выход стационарного потенциала как в зону потенциалов активного растворения, так и в зону перепассивации, что приводит, в конечном итоге, к нарушению стабильности электрохимических процессов на катоде, а перемена полярности - к дополнительному расходу электроэнергии на выделение водорода на катоде.

Задачей заявляемого изобретения является снижение расхода массы анода при одновременном повышении степени очистки сточных вод, а также повышение стабильности электрохимических процессов на катоде (процесс коагуляции) и снижение расхода электроэнергии.

Поставленная задача решается тем, что в способе электрокоагуляционной очистки сточных вод, включающих поляризацию растворимых и нерастворимых электродов с использованием тока переменной полярности и раздельное регулирование амплитуд анодного и катодного тока, используют импульсный ток с паузами между разнополярными импульсами и раздельным регулированием длительности разнополярных импульсов, причем длительность этих импульсов составляет одну четверть периода при соотношении амплитуд анодного и катодного импульсов 0,25 - 1 в диапазоне средних плотностей тока 0,5 - 2 А/дм².

Использование импульсного тока с паузами между разнополярными импульсами позволяет потенциалу электрода, за счет его спада во время паузы, находиться в оптимальной зоне потенциалов анодной поляризационной кривой, что не изменяет скорость растворения анода.

Независимое регулирование длительности импульсов позволяет выбрать значение анодного потенциала, при данной длительности катодного импульса с целью регулирования процесса его растворения, без воздействия на процессы, происходящие на катоде, обеспечивая их стабильность и эффективность очистки.

Меньшая длительность импульсов по предлагаемому способу приводит к большей плотности тока в импульсе (при одинаковом среднем значении) и, как следствие, увеличению значения pH прикатодного слоя, что активизирует как анодный, так и катодный процессы и повышает степень очистки. Наличие бестоковой паузы способствует также отводу продуктов электрохимического процесса, что снижает общие расходы электроэнергии.

Способ осуществляется следующим образом.

Очистку сточных вод производят с использованием периодического импульсного тока с паузами между разнополярными импульсами по схеме на фиг. 2.

Длительность анодного и катодного импульсов _имп задается двумя отдельно управляемыми диодами-тиристорами, включенными в параллельных цепях питания навстречу друг другу по схеме на фиг. 3, что позволяет регулировать частоту (T/2, T/4), соотношение длительности импульсов ( _имп ) и паузы между ними ( _паузы ).

Использование предлагаемой формы тока позволяет раздельно регулировать скорость анодного растворения электрода, скорость и объем выделяющегося на катоде водорода, за счет регулирования паузы между импульсами выравнивать градиент концентрации регулирующих веществ, что, в свою очередь, позволяет проводить процесс при больших средних плотностях тока. При этом плотность тока в импульсе достигает больших значений. Это приводит к смещению потенциала катода в значительно более отрицательную сторону, а анода - в область положительных значений, что увеличивает долю катодного тока, идущего на выделение водорода, и тем самым приводит к увеличению значения pH (подщелачивание) раствора, находящегося в катодной зоне, что увеличивает массу гидроксидных соединений и последующую их коагуляцию.

В табл. 1 представлена зависимость pH (а - среднее, б - максимальное значение) от формы импульсов и плотности тока.

Как следует из табл. 1, использование периодического тока с длительностью анодного и катодного импульсов _имп, равной T/4, с различным соотношением амплитуд анодного и катодного импульсов (I_а/I_к) приводит к уменьшению среднего значения величины pH в сравнении с величиной pH при использовании постоянного тока данной плотности. Однако максимальные значения pH прикатодного пространства находятся в области значений, соответствующих резкому подщелачиванию.

В табл. 2 представлена зависимость массы (г) растворимого железного анода (Ст. 3) от формы и плотности тока.

Независимое регулирование длительности разнополярных импульсов в предлагаемом способе позволяет выбрать значение анодного потенциала при данной длительности катодного импульса таким образом, чтобы он находился в оптимальной зоне значений потенциалов активного растворения анодного металла и тем самым регулировать процесс его растворения.

Анализ табл. 2 показывает, что использование периодического импульсного тока в сравнении с постоянным в 3 - 7 раз снижает скорость растворения металла анода при данных плотностях тока.

Кроме того, раздельное регулирование скорости катодного выделения водорода (подщелачивание раствора) и скорости растворения металла анода, достигаемое независимым регулированием амплитуд анодного и катодного импульсов и их длительности, позволяет использовать предлагаемый способ как для очистки жиросодержащих стоков, так и для очистки промышленных сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, например ионы хрома (VI).

Пример.

Очистке подвергали промышленные сточные воды, содержащие 1 г/л ионов железа (II). В экспериментальной установке использовали электроды, изготовленные из Ст. 3, которые находились в емкости с обрабатываемым раствором FeSO₄7H₂O (5 г/л) и CrO₃.

Использовали импульсный ток с длительностью разнополярных импульсов T/2 и T/4, получаемого из тока промышленной частоты 50 Гц исходной синусоидальной формы независимым регулированием управляемых резисторов R₁ и R₂ - I_а/I_к = 1/1; 1/2; 1/4 (фиг. 3).

В табл. 3 представлены результаты влияния формы тока (постоянный, переменный, импульсный), плотности тока и соотношения амплитуд I_а/I_к на отношение доли расхода массы анода к массе полученного осадка гидроокисей железа и хрома, а также степень очистки сточных вод от ионов хрома (VI).

Из данных табл. 3 следует, что использование по прототипу периодического тока длительностью импульсов T/2 без пауз между разнополярными импульсами и соотношением амплитуд I_а/I_к = 1/1 в диапазоне плотностей тока 0,6 - 1,5 А/дм² позволяет примерно в 200 раз снизить отношение массы растворимых анодов к массе осаждаемых гидроксидов в сравнении с постоянным током. Однако степень очистки от ионов хрома (VI) составляет 60%.

При использовании же по предлагаемому способу импульсного тока длительностью импульсов T/4 с соотношением амплитуд I_а/I_к = 1/1 степень очистки от ионов хрома (VI) составляет 100%, при I_а/I_к = 1/2 - 88%, при I_а/I_к = 1/4 - 100%, т.е. выше, чем по прототипу (60%).

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение ресурса анодов при одновременном повышении эффективности очистки стоков от ионов железа и хрома.

Формула изобретения

Способ электрокоагуляционной очистки сточных вод, включающий поляризацию растворимых и нерастворимых электродов с использованием тока переменной полярности и раздельное регулированное амплитуд анодного и катодного тока, отличающийся тем, что используют импульсный ток с паузами между разнополярными импульсами и раздельным регулированием длительности разнополярных импульсов с длительностью импульсов, составляющими одну четверть периода, соотношением амплитуд анодного импульса к катодному от 0,25 до 1 в диапазоне средних плотностей тока от 0,5 до 2 А/дм².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6