Основные сведения из теории

Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей применяют электрохимические методы: анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляцию, электро­флотацию и электродиализ.

Все указанные процессы протекают на электродах при пропус­кании через сточную воду постоянного электрического тока. Элект­рохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой автоматизированной технологи­ческой схеме очистки, без использования химических реагентов. Очистку можно проводить периодически и непрерывно. Основной не­достаток методов – большой расход электроэнергии.

Эффективность электрохимических методов оценивается рядом факторов: плотность тока, напряжением электролизера, выходом по току и энергии.

Плотность тока является основным параметром, характери­зующим процесс электролиза и выражается отношением силы тока I к поверхности катода S_к (катодная плотность) или S_а (анодная плотность).

Напряжение электролизера складывается из разности элект­родных потенциалов и падения напряжения в растворе и определяется по формуле 2.1:

(2.1)

 

где φ_а, φ_к – потенциалы анода и катода соответственно, В;

α – коэффициент, учитывающий потери напряжения в растворе за счет газонаполнения;

I – сила тока на электролизере, А;

R_эл – сопротивление раствора, Ом.

β – коэффициент, учитывающий падение напряжения в контактах.

Расчет напряжения электролизера производится применительно к столбу раствора сечением 1 м² и длиной l, равной расстоянию между катодом и анодом.

В таком случае вместо силы тока I (2.1) принимается средняя плотность тока i_ср, равная среднеквадратичному значению анодной i_а и катодной i_к плотностей тока:

(2.2)

 

Сопротивление электролита определяется из соотношения:

(2.3)

 

 

где l –расстояние между электродами, см;

S – площадь сечением в 1 дм ²=100 см² ;

χ – удельная электропроводность раствора, Ом^–1 ·см ^–1.

Значения i_ср и R_эл подставляются в формулу (2.1).

При электролизе растворов на аноде протекают процессы электрохимического окисления, а на катоде – процессы восстановления. При выделении из растворов металлов на катоде происходят побочные процессы: выделение водорода, восстановление органических веществ и др. В результате этого суммарное количество электричества, затрачиваемое на выделение вещества, превышает количество электричества, рассчитанное по закону Фарадея.

Это определяется выходом по току и рассчитывается по формуле 2.4:

(2.4)

 

 

где g_Т, g_n – количество электричества теоретически и практически расходуемые на осаждение единицы вещества соответственно;

m_ф, m_Т – количество вещества, фактически и теоретически выделившиеся на электроде соответственно.

На практике значение выхода по току η определяются отношением количества металла, осаждённого на катоде m_ф, к количеству металла, рассчитанному по закону Фарадея m_Т.

Катодное восстановление можно использовать для очистки сточных вод (электролитов), содержащих ионы тяжёлых металлов, например, Cu²⁺, Cr^B+, Zn²⁺ и др.

Катодное востонавление металлов происходит по следующей схеме:

Meⁿ⁺ + ne^– → Me⁰

Металлы осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы.

В качестве анодов используют материалы электрохимические нерастворимые: графит, двуокись свинца и др. Поэтому процесс катодного восстановления металлов происходит при постоянном снижении концентрации извлекаемого металла до минимально возможных значений.

Важным показателем процесса является расход электроэнергии, требуемый для очистки электролита от металлов до значений предельно допустимых концентраций.

Удельный расход электроэнергии на единицу массы выделившегося металла можно определить (Вт∙ч/г) по формуле 2.5:

(2.5)

 

где – сила тока, А;

– напряжение электролизёра, В;

t – время электролиза, ч;

– электрохимический эквивалент металла, г∕(А∙ч);

– выход по току.

Величина обратная удельному расходу электроэнергии W_уд называется выходом по энергии (г/Вт∙ч) и определяется по формуле 2.6:

(2.6)