ПРЕИМУЩЕСТВА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИИ

В наше время проблема загрязнения окружающей среды стоит особенно остро. Одним из главных источников загрязнения являются сточные воды, которые образуются на предприятиях, в жилых районах и в сельском хозяйстве. Эти воды часто содержат вредные вещества — масла, тяжёлые металлы, моющие средства, органику и другие загрязнители. Если такие воды сбрасывать без очистки, они нанесут серьёзный вред экосистемам рек, озёр и почвы, а также могут представлять угрозу для здоровья человека [4].

С каждым годом требования к качеству очистки сточных вод становятся всё строже. Особенно это актуально в условиях изменения климата, нехватки пресной воды и роста городского населения [5]. В таких условиях важно искать эффективные, экономичные и экологически безопасные методы очистки сточных вод. Один из таких методов — электрофлотация.

Этот способ считается перспективным, потому что он может справляться с широким спектром загрязнений, требует сравнительно небольшого количества реагентов и хорошо поддаётся автоматизации. Также современные технологии позволяют использовать электрофлотацию даже в мобильных установках, что делает её удобной для использования в удалённых районах и на временных объектах.

На текущий год электрофлотация всё активнее внедряется как на промышленных предприятиях, так и в системах коммунальной очистки. Это связано с её высокой эффективностью, возможностью повторного использования воды и уменьшением нагрузки на окружающую среду [1, с. 80]. Поэтому тема данной статьи является актуальной и важной для современного общества. В работе будет рассмотрено, какие именно преимущества имеет метод электрофлотации по сравнению с другими способами очистки сточных вод, и почему он заслуживает внимания специалистов в области экологии, водоснабжения и охраны природы.

Процесс электрофлотации основан на образовании пузырьков газа во время электролиза. Для осуществления этого процесса используется специализированное оборудование, известное как электрофлотационные установки (рисунок 1).

Рисунок 1. Принципиальная схема электрофлотатора

1 - положительно заряженный электрод (анод); 2 - отрицательно заряженный электрод (катод); 3 - камера флотации; 4 - подводящий карман; 5 - скребковый механизм; 6 - сливной патрубок; 7 - отводящий карман; 8 - камера дополнительной очистки [7].

Сточные воды, которые действуют как электролит, подаются во флотационную камеру через входную секцию. Основной принцип заключается в пропускании постоянного электрического тока через сточные воды. Это приводит к образованию пузырьков газа на электродах, в частности, пузырьков водорода на катоде. Эти пузырьки прикрепляются к мелким взвешенным частицам в воде и выносят их на поверхность, где они накапливаются в виде слоя пены. Затем эта пена удаляется с помощью системы скребков. Очищенная вода поступает в камеру вторичной очистки, а затем выпускается через выпускное отверстие для чистой воды.

Для повышения эффективности электроды часто устанавливаются под углом не менее 30°, что позволяет более крупным пузырькам и оседающим частицам легче выскальзывать из пространства между электродами.

Существуют также альтернативные конструкции электрофлотаторов, отличающиеся конфигурацией электродов, обычно с обозначенными анодами (3) и катодами (4) (рисунок 2).

Рисунок 2. Возможные схемы расположения электродов в электрофлотаторах [7]

Электрофлотационные установки могут быть однокамерными, двухкамерными или многокамерными, в зависимости от сложности и требований процесса обработки.

На основе научных исследований, а также практического опыта эксплуатации установок электрофлотации, были выявлены многочисленные достоинства этого метода, благодаря которым он активно внедряется на предприятиях различных отраслей. Рассмотрим подробнее основные из них.

1. Короткое время очистки и высокая эффективность. Одним из важнейших преимуществ электрофлотации является её скорость. Время обработки составляет всего 5–10 минут, в то время как традиционные методы, такие как отстаивание, могут занимать часы. При этом степень очистки достигает 95–99%, что делает метод эффективным даже при работе с сильно загрязнёнными стоками. Это особенно актуально для предприятий, где требуется высокая производительность при ограниченном времени.

2. Способность удалять различные по размеру и форме загрязнения. Электрофлотация позволяет извлекать примеси с широким диапазоном размеров — от 10 до 100 микрометров. Это значит, что метод может эффективно справляться с различными видами загрязнителей, как крупными (например, взвешенные частицы), так и мелкодисперсными, включая эмульгированные масла и коллоидные соединения. Такая универсальность делает метод пригодным для использования в самых разных условиях.

3. Низкое потребление электроэнергии. Несмотря на то, что в процессе используется электричество, затраты энергии относительно невелики — от 0.1 до 0.3 кВт·ч на кубический метр воды. Это делает электрофлотацию экономически выгодной, особенно в сравнении с методами, где требуется подогрев воды или использование большого количества реагентов [3, с. 108].

4. Образование мелких газовых пузырьков с высокой адгезией. В ходе электролиза образуются пузырьки газа (кислорода и водорода), которые имеют очень малые размеры. Это позволяет им легко «прилипать» к частицам загрязнений, захватывая их и поднимая на поверхность. Благодаря этому повышается эффективность процесса коагуляции — объединения частиц в более крупные сгустки, которые легче удаляются из воды.

5. Возможность управления процессом через регулировку количества пузырьков. В установках электрофлотации возможно тонко настраивать интенсивность подачи электрического тока, что, в свою очередь, позволяет регулировать объём газовых пузырьков, образующихся на электродах. Такой контроль помогает адаптировать процесс под разные типы сточных вод и степени загрязнения, обеспечивая стабильную работу системы.

6. Воздействие электрического поля на свойства воды. Электрическое поле оказывает положительное влияние на физико-химические свойства очищаемой жидкости. Оно способствует коагуляции и ускоренному образованию хлопьев из загрязняющих веществ. Это происходит за счёт поляризации молекул, изменения зарядов частиц и активации реакции между компонентами воды, что усиливает очистительный эффект.

7. Отсутствие вторичного загрязнения. Если используются нерастворимые электроды (например, графитовые или титановые с покрытием), в воду не попадают дополнительные химические вещества. Это исключает появление вторичных загрязнений, что особенно важно при использовании очищенной воды для технических или даже питьевых нужд [6, с. 142].

8. Дополнительная деструкция органики и обеззараживание. На электродах происходят окислительно-восстановительные реакции, в результате которых разрушаются растворённые органические вещества, включая трудноудаляемые соединения. Также в процессе выделяется активный кислород, который уничтожает микробы и патогенные микроорганизмы. Таким образом, электрофлотация выполняет не только механическую, но и частично биохимическую очистку и обеззараживание воды.

9. Компактность оборудования и высокая производительность. Флотационные установки по объёму в 10–20 раз меньше традиционных отстойников. При этом процесс осаждения загрязнений в электрофлотации происходит в 3–5 раз быстрее. Это позволяет экономить пространство и строить более компактные и мобильные очистные сооружения — особенно важно для предприятий, где площадь ограничена.

10. Получение пены с меньшей влажностью. Пенный слой, образующийся при электрофлотации, содержит меньше влаги — его влажность составляет около 90–95%. Для сравнения, осадки, получаемые в отстойниках, имеют влажность до 99,8%. Это облегчает их последующую утилизацию или переработку, снижая затраты на обезвоживание и транспортировку.

11. Одновременное извлечение твёрдых и эмульгированных загрязнений. Благодаря высокой адгезионной способности газовых пузырьков, электрофлотация может одновременно удалять как дисперсную фазу (твёрдые частицы), так и эмульсии (жидкие загрязнители, например, масла в воде). Это делает метод особенно удобным в тех случаях, когда в сточных водах присутствует смесь загрязнений различной природы [2, с. 224].

Таким образом, электрофлотация — это современный и эффективный метод очистки сточных вод, который успешно сочетает высокую степень удаления загрязнений, экономичность и экологическую безопасность. Благодаря своей универсальности, компактности и способности удалять широкий спектр примесей, этот метод всё чаще применяется в промышленности и коммунальном хозяйстве. Развитие технологий и ужесточение экологических требований делают электрофлотацию актуальным направлением в сфере водоочистки, с большими перспективами для дальнейшего внедрения и совершенствования.