Метод очистки в гальваническом цеху
В основе принципа гальванокоагуляции лежат те же физикохимические процессы, которые составляют сущность электрокоагуляции. Отличие данного метода от электрокоагуляции заключается в способе введения в обрабатываемый сток ионов железа, а также в отсутствии электростатической (поляризационной) коагуляции, возникающей при наложении электрического поля.
При гальванокоагуляционной очистке очищаемую воду пропускают через железные стружки, смешанные с коксом в соотношении 4 : 1 или с медной стружкой в соотношении 2,5 : 1. В результате контакта железо-кокс или железо-медь образуется гальванопара, в которой железо является анодом. За счет разности электрохимических потенциалов железо переходит в раствор без наложения тока от внешнего источника:
| Медь, кокс | ||
| Fe-2e | – > | Fe2+ |
В качестве катодных реакций могут протекать реакции выделения водорода, контактного осаждения более благородных, чем железо, металлов и др.
Процесс гальванокоагуляции проводят в проточных вращающихся аппаратах барабанного типа. При вращении барабана стружечная загрузка попеременно то погружается в протекающий сквозь него сток, то оказывается на воздухе, в результате обеспечивается окисление кислородом воздуха двухвалентного железа до трехвалентного по реакциям:
4Fe2+ + O2 + 2Н2О —> 4Fe3+ + 4ОH–,
Fe3+ + ЗН2О —> Fe(OH)3 + 3H+,
или суммарно
4Fe2+ + O2 + 10H2O —> 4Fe(OH)3 + 8H+.
В процессе осаждения гидроксида железа (III) происходит уплотнение осадка амфотерного Fe(OH)3 в гематит а- Fe2О3:
2Fe(OH)3 —> Fe2О3 + ЗН20.
В свою очередь соединения железа (III) при контакте с железной стружкой восстанавливается до соединений железа (II), например:
2FeCl3 + Fe —> 3FeCl2.
Таким образом, в обрабатываемой сточной воде образуются соединения железа (II) и (III), причем соединения железа (II) способствуют восстановлению хрома (VI) до хрома (III) по реакциям:
СгзОз2 + 6Fe2+ +14Н+ —> 6Fe3+ + 2Сг3+ + 7Н2О
Сr2О72– + 3Fe(OH)2 +4Н2O —> Сr(ОН)3 + 3Fe(OH)3 + 20Н-, а соединения железа (III) в виде гидроксидных соединений трехвалентного железа (лепидокрокита и гетита) и оксидных (магнетита Fe304 и гематита Fe2О3) участвуют в сорбции и коагуляции загрязнений а также в процессах ферритообразования.
Вращение барабана обеспечивает постоянное обновление поверхности железной стружки за счет трения.
На рис.4.4 представлена принципиальная схема гальванокоагуляционной очистки.
Очистка сточных вод системой методов
Очистка сточных вод обеспечивается одновременным действием нескольких механизмов, основными из которых являются:
- восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного;
- контактное осаждение металлов на поверхности железной стружки;
- коагуляция грубодисперсных примесей;
- образование соединений включения (клатратов);
- образование ферритов;
- сорбция органических веществ на свежеобразовавшихся кристаллообразных соединениях железа.
Тяжелые цветные металлы извлекаются в виде ферритов. Наиболее эффективное извлечение меди, цинка, хрома (VI) и хрома (III) из сернокислых растворов наблюдается при pH исходных стоков 2,5-2,7, причем медь и хром (III) эффективно извлекаются в широком диапазоне исходных концентраций от 50 до 250 мг/л; хром (VI) – до 200 мг/л. Никель наиболее эффективно извлекается при pH 3,5-3,7, Цинк и никель хорошо извлекаются лишь при низких концентрациях: до 50 мг/л – цинк и до 100 мг/л – никель. Конечная концентрация ионов тяжелых металлов – 1,0 – 0,1 мг/л.
Сульфат-ион извлекается в виде сложного сульфооксигидроксокомплекса железа и в незначительных количествах в виде сульфата железа. Небольшая часть сульфат- ионов извлекается за счет восстановления S6+ в определенных условиях до S2– и выделения в виде малорастворимого сульфида железа (пирротина).
Кальций извлекается примерно на 50 % за счет формирования микрокристаллов CaSC>4 в адсорбционных слоях коллоидных мицелл оксигидроксокомплексов железа, а также в виде сложного алюмосиликата – плагиоклаза (Na, Са) AlSi3O8 (при использовании в качестве загрузки вместо железной алюминиевой стружки в смеси с коксом).
Рис. 4.4. Принципиальная схема гальванокоагуляциоиной очистки:
1 -накопитель хромовых стоков, 2-насос, 3-гальванокоагулятор, 4-ловитель скрапа, 5-отстойиик, 6-механический фильтр, 7-фильтр с плавающей загрузкой, 8-пресс-фильтр.
При гальванокоагуляционной очистке расход железа составляет 0,2-1,0 кг на 1 м3 очищаемых стоков в зависимости от pH обрабатываемой воды. В результате очистки образуется 0,4-1,5 кг железистого отхода на 1 м3 очищаемых сточных вод.
Для глубокой очистки сточных вод гальванокоагуляционный метод применяют в сочетании с последующей обработкой стоков известковым молоком. Кроме того, сточная вода, прошедшая обработку в гальванокоагуляторе, содержит большое количество взвешенных, плохо отстаивающихся мелкодисперсных твердых частиц, представляющих собой главным образом ферриты и частички кокса. Поэтому стоки перед сбросом в канализацию подвергают многоступенчатой очистке от взвешенных частиц: отстаивание в отстойнике, фильтрование через пористые материалы и фильтры с плавающей загрузкой. Осадок из нижней части отстойника подвергают фильтрованию на пресс-фильтрах.