Общие сведения о процессе электрокоагуляции

В общем случае электрокоагуляция – процесс, при котором в электролизере с растворимыми анодами (стальными или алюминиевыми) образуется эффективный коагулянт – многозарядные ионы Fe²⁺ или Al³⁺ по реакциям:

Fe – 2e à Fe²⁺ (2.1)

Al – 3e à Al³⁺ (2.2)

На стальном катоде выделяется водород и образуется щелочь (ионы гидроксила ОН^-) по реакции:

2 H₂O + 2e à H₂ + 2 OH^- (2.3)

Таким образом, СВ в ЭК подщелачивается. При этом становится возможным перевод в малорастворимые гидроксиды многих ионов токсичных металлов (ТМ), содержащихся в СВ (Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Cr³⁺ и т.д.) по общей реакции:

Meⁿ⁺ + n OH^- à Me(OH)_n¯ (2.4)

Первичные мелкодисперсные частицы гидроксидов в присутствии ионов-коагулянтов довольно быстро превращаются в более крупные хлопья, что облегчает их последующее отстаивание и улучшает качество осветленной воды.

Если в СВ содержатся мельчайшие частицы жировых и масляных загрязнений в виде эмульсий, облегчается их слипание и последующее всплывание. Этому процессу способствует также выделяющийся на катоде водород, т.е. одновременно происходит отделение жировых загрязнений в результате флотации.

Наконец, если в СВ есть соединения весьма токсичного шестивалентного хрома, в ЭК будет происходить их обезвреживание ионами Fe²⁺, образовавшимися на аноде:

3 Fe²⁺ + Cr(VI) à 3Fe³⁺ + Cr³⁺ (2.5)

Внимание! Ионы алюминия не могут нейтрализовать шестивалентный хром!

Продукты реакции (2.5) взаимодействуют с катодной щелочью:

Fe³⁺ + 3 OH^- à Fe(OH)₃ ¯ (2.6)

Cr³⁺ + 3 OH^- à CrOH)₃ ¯ (2.7)

В принципе для протекания реакций (2.6) и (2.7) катодная щелочь даже не обязательна, так как гидроксиды трехвалентных железа и хрома могут образовываться уже при рН около 4, т.е. в слабокислой среде.

Свежеосажденные хлопья гидроксидов Fe³⁺ и Cr³⁺ сами являются эффективными коагулянтами, а за счет микропористой структуры – еще и неплохими сорбентами, способными очистить СВ от крупных молекул растворенных органических веществ (например, красителей).

Таким образом, существуют три основные области применения электрокоагуляции:

- очистка СВ от катионов ТМ;

- очистка СВ от эмульсий;

- одновременная очистка СВ от шестивалентного хрома и от катионов ТМ.

Наиболее широко электрокоагуляция применяется для последней цели. Соответственно, и задания для курсового проекта связаны с очисткой СВ от Cr(VI).

Следует отметить и недостатки метода электрокоагуляции: расход электроэнергии; расход металла на изготовление анодов; увеличение общего объема шламов за счет большого количества гидроксида железа. Однако последнее обстоятельство имеет и положительную сторону, так как уменьшается процентное содержание токсичных металлов в шламе. Достоинством метода является возможность регулирования мощности ЭК изменением силы тока при изменении концентрации хрома в СВ.