Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ: ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ
Посмотреть оригинал

Анодное окисление и катодное восстановление.

В электролизере, схема которого показана на рис. 11-48, на положительном электроде — аноде ионы отдают электроны, т. е. протекает реакция электрохимического окисления; на отрицательном электроде — катоде происходит присоединение электронов, т. е. протекает реакция восстановления.

Эти процессы разработаны для очистки сточных вод от растворенных примесей (цианидов, роданидов, аминов, спиртов, альдегидов, нитросоединений, азокрасителей, сульфидов, меркаптанов и др.). В процессах электрохимического окисления вещества, находящиеся в сточных водах, полностью распадаются с образованием С02, NH3 и воды или образуются более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалять другими методами.

В качестве анодов используют различные электролитически нерастворимые материалы: графит, магнетит, диоксиды свинка, марганца и рутения, которые наносят на титановую основу.

Катоды изготовляют из молибдена, сплава вольфрама с железом или никелем, из графита, нержавеющей стали и других металлов, покрытых молибденом, вольфрамом или их сплавами.

Процесс проводят в электролизерах с диафрагмой и без нее.

Кроме основных процессов электроокисления и восстановления одновременно могут протекать электрофлотация, электрофорез и электрокоагуляция.

Рис. II-48. Схема электролизера:

1 — корпус; 2 — анод; 3 — катод; 4 — диафрагма

Сточные воды, содержащие цианиды, образуются на предприятиях машиностроения, приборостроения, черной и цветной металлургии, химической промышленности и др. В состав вод кроме простых цианидов (KCN, NaCN) входят комплексные цианиды цинка, меди, железа и других металлов, концентрация которых колеблется от 10 до 600 мг/л. Обычно pH таких стоков колеблется в пределах 8-12.

Анодное окисление цианидов протекает по реакциям:

Окисление может быть проведено и с образованием азота:

Для повышения электропроводности сточных вод и снижения расхода энергии к водам добавляют NaCI. При концентрации CN' 1 г/л добавляют 2030 г/л NaCI. В этом процессе используют графитовый анод и стальной катод. Оптимальные условия окисления: анодная плотность тока 3-4 А/дм2, межэлсктроднос пространство 3 см, скорость воды 30 дм3/ч, pH 8-9. Степень очистки приближается к 100%.

Разрушение цианидов происходит в результате электрохимического окисление на аноде и окисления хлором, выделяющимся на аноде в результате разложения NaCI. Этот процесс описывается следующими реакциями:

Схема установки для электрохимической очистки сточных вод от цианидов приведена на рис. 11-49. При использовании электролизеров прочного типа целесообразно разделять их перегородками на несколько отсеков. В процессе электролиза сточные воды перемешивают сжатым воздухом. Обработанные сточные воды содержат до 200 мг/л активного хлора и должны быть обезврежены. Металлы, которые выделяются на катоде, утилизуют. Установка компактна и проста в эксплуатации.

Роданиды разрушаются по схеме:

Сульфид-ионы при pH = 7 окисляются до сульфатов. При меньших значениях pH может образоваться элементная сера. Окисление фенолов в присутствии хлоридов в сточной воде протекает по следующим реакциям (этот процесс выгоден при небольшом содержании фенолов в воде):

Катодное восстановление применяют для удаления из сточных вод ионов металлов с получением осадков, для перевода загрязняющего компонента в менее токсичные соединения или в легко выводимую из воды форму (осадок, газ). Его можно использовать для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов Pb2*, Sn2*, Hg2 Си2*, As3*, Сг6*. Катодное восстановление металлов происходит по схеме:

При этом металлы осаждаются на катоде и могут быть рекупери-

II-49. Схема установки электрохимической очистки сточных вод от соединений цианидов

Рис. II-49. Схема установки электрохимической очистки сточных вод от соединений цианидов: 1 — усреднитель; 2 — бак для приготовления раствора хлорида натрия; 3 — электролизер; 4 — источник постоянного тока рованы. Например, при восстановлении соединений хрома была достигнута высокая степень очистки: концентрация снижалась с 1000 до 1 мг/л. Расход электроэнергии на очистку составил 0,12 кВт ч/м3. При электролизе сточных вод, содержащих Н2Сг07, оптимальное значение pH = 2, а плотность тока 0,2-2 А/дм2. Реакция восстановления протекает следующим образом:

Очистку сточных вод от ионов Hg2*, Pb2*,Cd2+, Си2* проводят на катодах, состоящих из смеси угольного и сернистого порошков в соотношении C:S от 80:20 до 20:80 при рН<7 и плотности тока 2,5 А/дм2. Осаждение этих ионов происходит в виде нерастворимых сульфидов или бисульфидов, которые удаляют механически.

Примером реакции, обеспечивающей удаление загрязнения в газовую фазу, является очистка от нитрата аммония. При восстановлении нитрата аммония на графитовом электроде он превращается в нитрит аммония, который разлагается при нагревании до элементного азота:

Повышенная токсичность органических веществ связана с наличием в молекуле атомов галогенов, альдегидной, амино-, нитро- или нитрозогрупп. Таким образом, продукты восстановления, например, альдегидов и кетонов — спирты и углеводороды, будут менее токсичны. Потеря атома галогена приводит к такому же результату:

Рассмотрим процесс анодного растворения на примере железа. В щелочной среде реакция идет в две стадии:

На первой ступени, включающей адсорбцию гидроксида на железном электроде и потерю первого электрона, образуется промежуточное кислородсодержащее соединение одновалентного железа.

На второй стадии реакция протекает по двум возможным направлениям и завершается образованием двух- или трехвалентного железа. Общая скорость процесса анодного растворения лимитируется второй стадией.

В кислой среде протекают следующие реакции:

Лимитирующей стадией является предпоследняя реакция. Скорость электрохимического растворения металла определяется величиной тока, которая зависит от приложенного напряжения (потенциала анода — <р):

где к, р — постоянные процесса; R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура; п — число электронов, участвующих в процессе; F — число Фарадея.

Процессы анодного окисления используются также для обесцвечивания сточных вод от различных красителей, а также для очистки сточных вод целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других заводов.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы