Анализ очистки металлосодержащих сточных вод гальванических производств методом электрофлотации

Сточные воды, которые образуются на предприятиях гальванопроизводств, имеют определенный химический состав, определяющийся видом и технологией перерабатываемого сырья. Наиболее распространенными загрязнителями сточных вод гальванопроизводств являются ионы тяжелых металлов: медь, цинк, никель, хром и другие.

В настоящее время электрохимические методы очистки сточных вод от тяжелых металлов находят все более широкое применение. В последние годы большое внимание уделяется разработке и применению электрофлотационного способа очистки производственных сточных вод. Основную роль в процессе электрофлотации выполняют пузырьки водорода, выделяющиеся на катоде. Размер и интенсивность образования пузырьков водорода зависят от состава и температуры электролита, поверхностного натяжения на границе раздела фаз «электрод - раствор», материала электродов, их формы и шероховатости поверхности, плотности тока [1]. Изменяя перечисленные параметры, можно регулировать размер и интенсивность выделения пузырьков газов при электролизе, т.е. корректировать в зависимости от характера загрязнений технологический процесс очистки воды. 

Метод электрофлотации имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами флотации сточных вод: простота изготовления аппаратов и несложность их обслуживания; возможность регулирования степени очистки путем изменения только одного параметра; высокая степень дисперсности газовых пузырьков; отсутствие вращающихся частей в рабочей зоне аппарата Однако применение этого метода связано с необходимостью предварительной очистки сточных вод от грубодисперсных загрязнений; в некоторых случаях требуется также и очистка поверхности электродов и межэлектродного пространства от механических примесей. Кроме того, электрофлотация не всегда обеспечивает требуемую степень очистки, что вызывает необходимость интенсификации процесса путем дополнительного применения коагулянтов или насыщения обрабатываемой жидкости газами в напорных электролитических сатураторах [2].

При исследовании авторов Khelifa A., Moulay S., Naceur A.W. [3] было определено, что процесс электрофлотация (EF) служит эффективной и перспективной альтернативой, чем существующие методы очистки сточных вод от тяжелых металлов, благодаря своей простоте и экономической рентабельности. Исследование проводилось в непосредственной близости от реки Мазафран. В составе этих сточных вод содержится значительное количество тяжелых металлов, таких как никель, медь, цинк, кобальт и т. д. В данной работе, EF использовалась для снижения концентрации меди и никеля в образующихся сточных водах. Была исследована эффективность следующих параметров: плотность тока, рН, концентрация тяжелых металлов, концентрация поддерживающего электролита и природа электродов. Оптимизируя все параметры, извлечение тяжелых металлов достигло 98-99% и значения их концентраций не превышали норм стандарта Всемирной организации здравоохранения, которые составляют 1 мг/л для никеля и меди.

Также существуют различные методы электрофлотационной очистки сточных вод. Например, в исследовании авторами Brahmi K., Bouguerra W.,Harbi S., Loungou M., Hamrouni B. [4] проведен анализ параметров эффективности новой технологии: балластная электрофлоккуляция (BEF), с использованием алюминиевых (Al) электродов, предназначенных для извлечения кадмия и цинка из промышленных сточных вод горных предприятий (MWW). Принцип BEF-процесса основан на совместном использовании микро-песка и полимера, для увеличения веса хлопьев и скорости, с которой они оседают. Данный BEF-процесс радикально меняет принцип осаждения частиц. Основываясь на анализе параметров процесса очистки один за другим, максимальный процент извлечения был получен при интенсивности тока = 2 А, скорости потока = 20 л/ч, дозе микро-песка = 6 г/л, при содержании полиэтиленимина (PEI) =100 мг, при времени контакта = 30 мин, скорости перемешивания = 50 об/мин, при монополярной конфигурации электродов и числе электродов = 10. Результаты показали, что скорость потока и плотность тока имеют преобладающее влияние на изменчивость качества сточной воды. Было установлено, что процесс фильтрации более чувствителен к количеству электродов, дозировке микро-песка и плотности тока. Методика данной реакции была применена для оценки эффективности очистки сточной воды, зависящей от скорости перемешивания, дозы полимера, интенсивности тока и числа электродов. Очистка сточных вод от ионов Cd и Zn из промышленных MWW проводилась по очень низкой цене = 0,04 €/м³. Очистка сточных вод методом балластной электрофлоккуляции BEF является рентабельным методом очистки, по сравнению с методом Actiflo TM и электрокоагуляцией.

Также для повышения эффективности очистки сточных вод электрофлокуляционный метод применяют совместно с другими электрохимическими методами.

Например, исследование авторов Тетерина Н.Н., Адеев С.М., Радушев А.В., Силинг Л.И. [5] посвящено очистке сточных вод совместным электрохимическим и флотационным методами. Изобретение может быть использовано для очистки сточных вод в машиностроительной, химической, металлургической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: предлагаемый способ позволяет очищать сточные воды гальванических производств от ионов токсичных металлов, например, никеля, железа, меди и цинка, комбинированием электрохимического (электро- или гальванокоагуляционного) и флотационного методов. Для повышения степени извлечения и скорости очистки воды от ионов токсичных металлов очистку проводят последовательно в коагуляторах и пневматическом колонном флотоаппарате с пульсирующим аэратором. В качестве флотационного реагента используют 2-5%-ные водные растворы следующего состава, мас.% : Na - мыла синтетических жирных кислот фракции выше C21 85-95, спирты пиранового и диоксанового ряда 5-15. Способ позволяет повысить скорость флотационной очистки до 2-3 мин, снизить расход реагента в 2-3 раза и обеспечить очистку воды от ионов никеля, железа, меди и цинка до 98 - 100%.

Также метод электрокоагуляции, флотации является эффективным, дешевым и простым электрохимическим методом для очистки сточных вод, содержащих медь (Cu(II)), который включает применение коагулянтов с использованием электродов при постоянном напряжении, одновременно генерируя газообразный водород на катоде, который может использоваться в процессе флотации. В данной работе авторами Moneer A.A., El-Shafei A.A., Elewa M.M., Naim M.M. [6] был разработан усовершенствованный электрокоагуляционный аппарат, используемый для удаления ионов Cu (II) из водного раствора. Было исследовано множество факторов, влияющих на эффективность удаления ионов Cu (II), а именно: начальная концентрация ионного раствора Cu (II), скорость магнитного перемешивания в ячейке электрокоагулятора, количество и тип расходуемых электродов (алюминий (Al) или железные (Fe) электроды), смешанные электроды, соотношение сторон ячейки электрокоагулятора и добавление электролита. Было обнаружено, что для 100% удаления ионов Cu (II) при низких начальных концентрациях требуется минимальное количество времени. Установлено, что при минимальной концентрации равной 3 г/л для полного удаления ионов Cu (II) потребовалось всего 25 минут, при этом скорость очистки составляет 300 об/мин. При начальной концентрации равной 10 г/л потребовалось 45 мин при 120 об/мин, а при начальной концентрации равной 6,5 г/л потребовалось 30 мин при 240 об/мин. Электроды Fe были более эффективны при удалении ионов Cu (II) по сравнению с электродами Al. Что касается очистки в флотационной камере, то она приводит к полной очистке воды и требует меньшего времени, необходимого для полного удаления Cu (II).

Скорость электрофлотации в значительной степени зависит от температуры обрабатываемой жидкости. Повышение температуры способствует уменьшению перенапряжения водорода примерно на 2-3 мВ на каждый градус, с повышением температуры от 20 до 70-800 ⁰С оно снижается для большинства металлов на 30-40%. При этом уменьшается вязкость жидкости и поверхностное натяжение на границе фаз, что интенсифицирует процесс разделения [7].

Таким образом, при анализе литературных данных выявлено, что диапазон параметров, влияющих на эффективность очистки сточных вод от тяжелых металлов электрофлотационным методом, очень широк. Например, значение скорости очистки варьируется от 50 до 300, а длительность электрокоагуляции – от 25 до 45 минут. Основными материалами электродов являются железо и алюминий. Данный метод очистки является очень эффективным, так как степень очистки от различных тяжелых металлов достигает во всех случаях примерно 99 %.

Список литературы: