ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИОННОГО МЕТОДА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИОННОГО МЕТОДА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Научная статья

Филатова Е.Г.¹, Соболева А.А.²

^{1, 2} Иркутский государственный технический университет, Иркутск, Россия

 

Аннотация

В работе определены значения оптимальной плотности тока для электрокоагуляционного извлечения ионов никеля, меди, цинка и железа в статических условиях. Эффективность электрокоагуляционного метода очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов составила не менее 98 %, удельные затраты электроэнергии 0,25 кВт·ч/м³.

Ключевые слова: электрокоагуляция, гальваностоки, алюминиевые аноды, ионы никеля, ионы меди, ионы цинка, ионы железа

Keywords: electrocoagulation, galvanic, aluminum anodes, nickel ions, copper ions, zinc ions, ferrum ions

Развивающиеся приоритетные направления водоочистных технологий должны быть направлены на комплексную переработку сточных вод с использованием всех ее полезных ингредиентов и созданием циклов замкнутого водоснабжения. Наиболее перспективными методами обезвреживания сточных вод от ионов тяжелых металлов являются физико-химические, включающие в себя электрохимические способы обработки стоков. Так, благодаря применению этих методом на  производстве очищенные стоки  можно использовать в замкнутой системе водоснабжения, одним из таких методов является электрохимическая коагуляция.

В основе метода электролитической коагуляции лежат процессы анодного растворения металлов. Поэтому для нас представляет большой интерес рассмотреть поведение алюминия при анодной поляризации.  Изучение анодного растворения металлов затрудняется тем, что происходит непрерывное изменение истинной поверхности электрода вследствие энергетически более выгодного растворения кристаллографических граней, выступов и др. В общем случае анодное поведение металлов зависит от их природы, состава электролита, состояния поверхности и величины поляризации [1].

Цель работы: определить оптимальные плотности тока для излечения ионов никеля, меди, цинка и железа из сточных вод.

Технические показатели и параметры работы электрокоагуляционной установки, используемой нами для проведения эксперимента в статических условиях: объем установки – 100 см³; площадь алюминиевых электродов – 8 см²; расстояние между электродами  – 1 см; плотность тока – 1,56 мА/см²; сила тока – 12,5 мА; напряжение – 12 В. В качестве объекта исследования использовали модельные и промывные сточные воды цеха гальванопокрытий машиностроительного предприятия. В среднем концентрация отдельных ионов тяжелых металлов составила 15-20 мг/л.

Полученный электрохимическим путем гидроксид алюминия имеет пористую структуру гидрогеля и активно сорбирует на своей поверхности ионы тяжелых металлов. Величину сорбции ионов токсичных тяжелых металлов рассчитывали по формуле:

А = ((с_исх - с_кон)/Δm_Al)·V,

где с_исх – исходная концентрация ионов тяжелых металлов в сточной воде, мкг/мл; с_кон. – остаточная концентрация ионов тяжелых металлов в сточной воде, мкг/мл; V – объем сточной воды в электролитической ячейки, мл; ∆m_Al – изменение массы алюминиевого анода, соответствующее конкретному промежутку времени проведению процесса электрокоагуляции, мг.

На рис. 1 и на рис. 2 представлены зависимости величины сорбции от плотности тока для исследуемых ионов токсичных тяжелых металлов.

 Рис. 1 Зависимость сорбируемости от анодной плотности тока:

1 – для ионов железа; 2 – для ионов никеля

Рис. 2 Зависимость сорбируемости от анодной плотности тока

1 – для ионов цинка; 2 – для ионов меди

Из рис. 1 видно, что максимальной величине сорбции ионов железа и никеля отвечает плотность тока 1,65 мА/см².  Из приведенных данных (рис. 2) следует, что максимальной величине сорбции ионов цинка отвечает плотность тока 0,6 мА/см², для ионов меди –1,25 мА/см². При дальнейшем увеличении указанных плотностей тока наблюдается снижении величины сорбируемости. Это связано с тем, что при повышении плотности тока возрастают поляризационные явления и пассивация электродов, что приводит к возрастанию напряжения и потерям электроэнергии на побочные процессы. Наступление пассивного состояния алюминиевого анода связано с образованием на его поверхности оксидной пленки.

На потенциостате IPC PRO были сняты поляризационные кривые растворения алюминия в модельных сточных водах. При электрохимических измерениях использовали трехэлетродную ячейку, состоящую из вспомогательного электрода (платинового), рабочего электрода (алюминиевого) и электрода сравнения (хлорсеребряного). Измерения проводили в потенциодинамическом режиме при постоянной температуре 298 К и скорости развертки 5 мВ/сек. Из полученных поляризационных кривых следует, что при работе при малых анодных плотностях тока даже при электродном потенциале равном нулю не происходит пассивации алюминиевого электрода. Максимальная поляризация алюминиевого электрода происходит  при электрокоагуляции модельных сточных вод, содержащих ионы никеля, в этом  случае  величина  электродного  потенциала алюминия составляет -1,15 В при оптимальной плотности тока 1,65 мА/см². Меньше всего алюминиевый электрод поляризуется при электрокоагуляции модельных сточных вод содержащих ионы меди, величина электродного потенциала алюминия  равна -1,59 В при оптимальной плотности тока 1,25 мА/см².

При установленных плотностях тока эффективность электрокоагуляционного метода очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов составила не менее 98 %, удельные затраты электроэнергии 0,25 кВт·ч/м³.

Список литературы / References

1. Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.М. Технология электрохимической очистки воды. – Л.: Стройиздат, 1987  ̶  312с.