ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИИ

На сегодняшний день в России зафиксировано множество экологических проблем. Это обусловлено загрязнением сточных вод. Используемые на данный момент инструменты очистки не справляются с поставленной задачей. По данной причине вопрос внедрение передовых технологий в данную отрасль становится как никогда актуальным. Когда атмосфера выпускает осадки, формируются сточные воды. Также причиной их возникновения является сток токсичных жидкостей, которые образуются в ходе бытовой деятельности человека.

Водная очистка ориентирована на восстановление оптимального качества жидкости и ликвидацию токсичных веществ. Условно процесс очистки можно разделить на три направления: в целях получения питьевой воды, технологических целей (очистка подземных вод и поверхностных водоемов), очистку сточных вод. Местонахождение сточной воды определяет стандарты и требования к процессу ее очистки. Вне зависимости от этого качество воды портится с каждым годом все больше. Сегодня среднестатистическая организация затрачивает от 15 до 40% общей стоимости на процедуру очистки сточных вод. [7].

Сейчас вопрос совершенствования и внедрения передовых технологий очистки сточных вод особенно важен. Это обусловлено расширением численности промышленных организаций, ежедневно выпускающих отходные компоненты в окружающую среду. При этом рядом нередко располагаются населенные пункты. Традиционные подходы к очистке сточных вод со временем утратили свою эффективность. Вкупе перечисленные аспекты обеспечивают высокую значимость модернизации передовых методов очистки для производственных предприятий [5].

Электрофлотация представляет собой электрохимический процесс, в рамках которого кислородные и водородные пузырьки выводят наружу токсичные компоненты. Загрязнения поднимаются за счет электролиза водных смесей. Анодное окисление и катодное восстановление служат основой для электролиза. Описываемый процесс также способствует минимизацией растворенных органических компонентов посредством кислородного анодного окисления [6].

Электрофлотация предусматривает следующие преимущества в ходе очищения: уменьшение токсичного воздействия, снижение численности бактерий и вредных организмов, цветности, нейтрализация показателей химического потребления кислорода, биологической кислородной нужды. Таким образом, сточные воды гарантированно избавляются от загрязнений. Улучшается санитарная обстановка [3].

Отстаивание представляет собой традиционный метод очистки сточных вод. В сравнении с ним, электрофлотация имеет следующие плюсы [4]:

• Снижение концентрации электрофлотаторов до 20 раз в сравнении с объемами отстойников. При флотации сточные воды подлежат в течение всего 15 минут.
• Обеспечение пенными компонентами с флотошламами. В сравнении с влажностью осадка в остойниках (до 99 процентов) их концентрация составляет 90-95 процентов.   
• Уменьшение объема формируемого флотошлама до 20 раз в сравнении с осадком в отстойниках. При флотации потери минимизируются до 1 процента.

Электрофлотация представляет собой процедуру физико-химического характера. Данный вариант очистки сточных вод предполагает возникновение непрерывного электротока в ходе пропускания пузырьков мелкой дисперсии через сточную жидкость. Эти газы равномерно распределяются в жидкости. Столкновение с токсичными компонентами происходит при движении газовых пузырьков с их большой движущей мощностью. Пузырьки цепляются за грязь, происходит флотация на поверхности смеси, в результате чего формируется слой пены.

Оборудование для электрофлотации предусматривает реализацию следующих процессов: формирование электролитами газовых пузырьков, их вывод на поверхность, соприкосновение пузырьков с токсичными компонентами, сцепление пузырьков с грязью, всплывание на поверхность раствора, формирование трехфазной пены. В ходе движения сточной воды через участки между электродами осуществляются: электролиз, электрофорез, поляризация частиц. Электролитические составляющие образуются связи между собой. Это влечет изменение химического содержания жидкости, ее функций, статуса токсичных компонентов.

Далее перечислены факторы, влияющие на эффективность этих процессов [4]: химическое содержание жидкости, основание электродов, плотность и напряжение тока на электродах. В процессе использования нерастворимых электродов электрофоретические процессы приобретают ключевое значение для электрофлотации. Не менее важными являются: устранение заряда электродных частиц, формирование в жидкости веществ, способных расщепить сольватные соли на поверхности частиц. Далее целесообразно указать основные процессы, сопровождающие электролиз воды в приборе электрофлотации.

Устранение заряда молекул с формированием кислорода и ионов гидроксония Н3О+ осуществляется в нейтральной и кислой средах на аноде:

3Н2О - 2е = l/ 2О2 + 2Н3О+

На катоде протекает электрохимический процесс, в ходе которого происходит восстановление ионов гидроксония. В результате этой реакции выделяется газообразный водород и одновременно образуется вода.

2Н3О + 2е = Н2 + 2Н3О+.

В щелочной среде на аноде гидроксид-ионы разряжаются. В результате образуется вода и выделяется кислород. Это происходит из-за потери ионами своих электронов.

2ОН - 2е = 1/2 О2 + Н2О,

При электролизе на катоде происходит процесс разрядки воды. В ходе этого процесса выделяется газообразный водород и одновременно образуются гидроксид-ионы, остающиеся в растворе.

2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН-.

При электролизе растворов с хлоридами на аноде может произойти реакция, в ходе которой выделяется газ хлор.

2С1 - 2е = С12.

На аноде образуются вещества с выраженными окислительными свойствами. Эти соединения активно применяются в практике водоочистки и дезинфекции, поскольку эффективно устраняют различные органические примеси из воды.

В процессе электрофлотации возникают моменты, когда катодное восстановление и анодное окисление влекут за собой формирование продуктов, имеющих низкую или минимальную степень токсичности.

Электрокинетический потенциал, уровень фоновых электролитов, особенности pH оказывают влияние на эффективность электрофлотации. Природные преобразования, параметры частиц дисперсной фазы (флотоконцентрат) отражают данное воздействие. Перечисленные аспекты связаны между собой. Преобразование одного из них запускает цепную реакцию.

Для проведения флотации в оборудовании применяются продукты газообразования: кислород и водород. При электролизе жидкости формируются эти элементы. Катод обеспечивает разряд молекул воды, после чего образуется водород [4]:

2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН-.

На аноде процесс окисления сопровождается выделением кислорода:

2Н2О = О2 + 4Н+ + 2е.

Особенности и параметры электродов определяют размер газовых пузырьков. Также на них влияет принцип реализации электролиза. Этот процесс дает возможность запланировать расположение пузырьков газа в соответствии с параметрами. Диспергирование газа при электролизе способствует повышению уровня дисперсии газовой фазы. В результате это позволяет очищать воду от наиболее стойких загрязнений с помощью электрофлотаторов.

Ориентация воды и газов, подверженных флотации, обеспечивают распределение электрофлотационных установок. Для них используется следующая классификация: противоточные установки, прямоточные, где электроды распределяются горизонтально или вертикально. Одна или несколько камер характерны для устройства оборудования для электрофлотации. При множестве камер оборудование включает: успокоитель, флотоотстойник, электродную камеру. В совокупности электроды напоминают пластину. Но наиболее распространенной формой является медная или стальная проволочная сетка. Параметры краевого угла смачивания, кривизна поверхности электродов влияют на размеры пузырьков, высвобождаемых из электродов. По данной причине в ходе изменения диаметра проволоки появляется возможности корректировки дисперсности газовой фазы. Непрерывная смена плотности тока на электродах обеспечивает распределение пузырьков в соответствии с параметрами, а также наполнение газом.

Этот метод не новый. Проблема в том, что его не используют широко. Всё дело в сложностях с расчётом трёх важных вещей: сколько времени вода находится между электродами, какая плотность тока и какое нужно напряжение. Эти параметры нужно точно считать. Для выбора метода электрофлотации нужно сначала проверить его на практике. Помните, что этот способ требует электричества и, если электроды растворяются, они будут постепенно расходоваться. Поэтому важно проверить всё заранее и учесть затраты на энергию и замену электродов. Электрофлотация чище, чем реагентная флотация. Она не увеличивает количество вредных ионов в воде, таких как хлориды и сульфаты. При этом методе вода разлагается на электричество, и на аноде выделяется кислород, а на катоде — водород. Эти пузырьки помогают очистить воду без вреда для природы [2].

Электрофлотация очень эффективна: она хорошо удаляет мелкие частицы и нефтепродукты из воды. Этот метод может справиться даже с сильно загрязнёнными стоками, которые трудно очистить другими способами. Оборудование для электрофлотации занимает мало места и не требует больших затрат на обслуживание.

Этот способ часто используют в промышленности для очистки производственных сточных вод. Он отлично справляется с маслами, жирами и другими загрязнениями, которые трудно убрать другими методами. Особенно эффективен при наличии поверхностно-активных веществ. Этот метод очистки воды применяют в нескольких важных отраслях. Он отлично работает на нефтеперерабатывающих заводах, в металлургии, особенно в гальванических цехах, а также в текстильной и пищевой промышленности. Ещё его используют для очистки пищевых отходов и канализационных стоков. Электрофлотация — это современный и экономичный способ очистки воды. Он хорошо очищает воду и помогает сэкономить на работе очистных сооружений.

В будущем представляется реализация таких перспектив:

• Усиление мощности электрохимического газовыделения. Текущие научные изыскания направлены на создание новых электродных материалов, которые позволяют модернизировать процесс газовыделения, ускорить отчуждение токсичных компонентов.
• Совершенствование устройства оборудования. Ученые разрабатывают инновационные решения, способствующие повышению производительности оборудования, экономии потребления энергии.
• Использование передовых методов регулирования процессов. Внедрение умных систем отслеживания и контроля дает возможность оперативно приспособиться к новому содержанию сточных вод, ускорить функционирование электрофлотаторов.
• Совершенствование комплексных методов очистки. Объединение электрофлотации с другими способами очищения позволит усилить общую отдачу от процесса, а также сэкономить на ресурсах.
• Расширение сфер эксплуатации. Сегодня ученые заинтересованы в том, чтобы в будущем внедрить метод электрофлотации в сельскохозяйственную, фармацевтическую, коммунальную сферы. Именно в этих направлениях исследуемый метод является наиболее выгодным.

Учитывая всё вышесказанное, можно заключить, что для достижения наилучших результатов часто используют комбинацию различных методов очистки. Это позволяет значительно повысить эффективность удаления загрязнений из воды [1]. Несмотря на это, электрофлотация остаётся востребованной технологией для очистки сточных вод. Она обладает множеством преимуществ и большим потенциалом для дальнейшего развития и улучшения. Развитие электрофлотации помогает защитить природу и экономить ресурсы. Эта технология решает важные экологические проблемы и позволяет безопасно очищать воду. Она становится надёжным помощником для заводов и коммунальных служб. Благодаря электрофлотации можно сделать воду чистой и снова использовать её в производстве. Это простое, но эффективное решение для защиты окружающей среды.