КРАТКИЙ АНАЛИЗ ПРЕИМУЩЕСТВ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ

КРАТКИЙ АНАЛИЗ ПРЕИМУЩЕСТВ КОМПЛЕКСНОЙ
ОЧИСТКИ ВОДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИИ.
Очистка воды с множеством растворённых в ней загрязнений предстаёт
как сложнейшая многофакторная задача, решить которую в одно действие
невозможно в принципе. Удивительно, но некоторые как раз подобным
решением серьёзно увлечены, пытаясь получить нормативно чистую воду с
помощью одного «уникального фильтра», не менее «уникальной бактерии» или
«волшебного ультрафиолета». Большинство же водоочистников, проявляя
более
серьёзный
подход,
пытаются
решить
проблему,
применяя
комбинирование (сочетание) различных методов очистки.
На сегодняшний день практически все схемы обработки воды (очистки и
водоподготовки) представляют собой различные комбинации следующих методов:
- Биоочистка;
- Ионный обмен;
- Коагуляция (коагулирование);
- Обеззараживание;
- Окисление;
- Отстаивание;
- Сорбция;
- Фильтрация;
- Флотация.
Возможны сотни сочетаний указанных методов, но только менее 10-ти – 20-ти
из них можно считать промышленно применимыми.
Однако, стремительный рост антропогенного загрязнения воды и воздуха, с
одной стороны, и усиление правовых мер защиты окружающей среды, выраженное в
перманентном ужесточении экологических норм, на водоочистку в частности, с
другой стороны, создали условия, при которых подавляющее большинство
применяемых методов очистки или их сочетаний стали неэффективными и морально
устаревшими.
К тому же существующие технологии очистки с преимущественным
использованием биохимических и коагуляционных методов, не только не отвечают
возросшим требованиям к качеству очищенной воды, но также приводят к
образованию значительных объёмов осадков, что в свою очередь влечёт за собой
отчуждение всё больших площадей для хранения и утилизации полученных отходов
очистки.
Ситуация классическая: одно лечим, другое калечим.
Все указанные выше методы очистки, несмотря на их широкое
распространение в настоящем, обладают рядом серьёзных недостатков, которые
ограничат их массовое применение, прежде всего из-за плохого качества очистки и
использования дорогостоящих расходных материалов, как-то различных
фильтационных загрузок, химических реагентов и т.д. К тому же их отличает низкая
производительность, большие габариты водоочистных установок, высокие
эксплуатационные затраты, сложное технологическое обеспечение, ограничение по
исходной концентрации основных типов загрязнителей.
Наличие широкого спектра различных включений практически в каждой
разновидности очищаемых вод, привели к необходимости поэтапного использования
различных методов очистки в рамках единой технологии. С учётом существующих
пределов каждого из методов очистки, а также их надёжности, с точки зрения
достижения конечного результата, наиболее популярной стала следующая
технологическая схема.
Пред.
(био.)
очистка
Коагуляция
Хлопьеобразование
Фильтрация
УФоблучение
Исключение любого из указанных методов обработки делает невозможным
достижение качества очищенной воды по всему спектру имеющихся загрязнений.
Низкие пределы метода ставят предварительную очистку, вариантов которой
великое множество, например биоочистка, на первый этап.
Наиболее слабым звеном технологии является коагуляция. Механическое
внесение коагулянтов в очищаемый поток требует громадного расхода коагулянта и
больших производственных площадей для хранения и утилизации отстоявшегося
осадка. Стоимость утилизации данного осадка превышает стоимость самой очистки,
так как осадок подлежит специальной обработке (обезвоживание или термическая
утилизация) и вывозу на спецполигон. Флокулянты, вносимые для оптимизации и
интенсификации процесса коагуляции, ситуацию не спасают. Для среднего
промышленного предприятия, использующего данную схему, коагулянт приходится
закупать сотнями тонн и завозить вагонами. Выбирая водоочистную технологию,
будущий пользователь, «очаровывается» дешевизной поставляемого оборудования,
плохо представляя себе последующие эксплуатационные затраты, которые «почемуто» оказываются непомерно большими, Поэтому, зачастую в целях снижения
расходов, коагуляцию временно исключают из технологии, а имеющиеся ёмкости
используют для естественного отстаивания воды.
В результате, основная нагрузка по водоочистке ложится на фильтры, что
быстро выводит их из строя.
Использование же ультрафиолетовых ламп на потоке воды, содержащей
загрязнения, делает применение ламп малопродуктивным, так как мелко дисперсные
включения отражают ультрафиолетовые лучи, таким образом, задачи по окислению
остаточных растворов и уничтожению болезнетворных микроорганизмов,
содержащихся в воде, в этом случае, являются трудновыполнимыми.
В целях оптимизации данной последовательности методов, с точек зрения
конструкторско-технологической и технико-экономической целесообразности,
коагуляцию необходимо заменить
электрокоагуляцией, которая считается
наиболее универсальным методом и обладает неоспоримыми преимуществами. Но
повсеместному применению данного метода препятствует один существенный
недостаток, а именно, пассивация пластин (электродов) электрокоагуляторов.
ООО «Ривнотехпром» имеет в своём распоряжении электрокоагулятор,
работающий сколь угодно долго, на любых типах исходной воды, без
ограничения начальных концентраций основных включений и, прежде всего
органики, как наиболее распространённого вида загрязнений.
Осуществление процесса электрокоагуляции при переменном давлении
жидкости, а так же оптимизация рабочих параметров напряжения, тока и
состояния обрабатываемой среды позволили практически полностью
исключить процесс пассивации электродов. Мало того, был получен
дополнительный эффект электродеструкции загрязняющих веществ, который
не наблюдается в обычных электрокоагуляторах. Как следствие, сократилось
время на обработку воды, и многократно увеличилась интенсивность
последующих
процессов,
что
повлекло
за
собой
минимизацию
эксплуатационных затрат. Очистка до предельно допустимых концентраций
загрязнений достигается за один технологический цикл работы очистного
оборудования. Например: гарантированная глубина очистки от нефтепродуктов менее 0,05 мг/л – подтверждена сертификатами и протоколами испытаний
государственных контролирующих организаций.
Очистка загрязнённых вод методом электрокоагуляции.
Грязная вода представляет собой многокомпонентную гетерогенную систему,
включающую грубодисперсные, коллоидные, молекулярные и истинно растворённые
вещества. Кроме того, вода является электролитом, так как растворённые в ней газы,
минеральные и органические вещества в той или иной степени диссоциированы на ионы,
а коллоидные и взвешенные включения в большинстве случаев несут определённый заряд.
При погружении в воду электродов и подаче на них напряжения достаточной
величины наблюдается перенос электрических зарядов движущимися к электродам
ионами в обрабатываемой жидкости и электронами во внешней цепи, то есть появляется
электрический ток (ток коагулирования). При этом на поверхности электродов и в
межэлектродном пространстве проистекают разнообразные электрохимические процессы.
В случае применения металлических электродов, электродный процесс
сопровождается совокупностью электрохимических явлений и реакций, скорость которых,
согласно законам электрохимической кинетики, определяется общим значением
потенциала на границе металл-раствор, составом раствора и условиями диффузии
компонентов или продуктов реакции в растворе. В результате электролиза на катоде
происходит выделение газообразного водорода, разряд растворённых в воде ионов и
органических веществ с образованием новых соединений и ионов.
На анодах из материалов, не подвергающихся электролитическому растворению, в
зависимости от солевого состава сточных вод и условий электролиза выделяются
кислород и галогены, окисляются некоторые присутствующие в сточных водах ионы и
органические соединения с образованием новых веществ и ионов. При использовании
анодов из железа, алюминия, титана и других металлов происходит их электролитическое
растворение и переход в сточную воду ионов этих металлов. Образовавшиеся соединения
обладают способностью к коагуляции.
Таким образом, при электролизе загрязнённых вод протекают различные физикохимические процессы, обусловливающие эффект очистки данных вод от растворённых и
диспергированных примесей.
Электрохимические способы очистки условно можно разделить на способы, в
которых
электроэнергия
используется
для
создания
газовых
пузырьков
(электрофлотация), или для образования в массе жидкости гидроксидов металлов с
высокоразвитой поверхностью (электрокоагуляция), или для электрохимических
превращений веществ, приводящих к образованию малотоксичных и легко удаляемых
соединений (электрохимическая деструкция). Деление это условное, т.к. в процессе
электрофлотации возможно частичное растворение анодов с образованием гидроксидов и,
как следствие, коагуляция присутствующих в исходной воде коллоидов. Данный процесс
может приводить к дополнительной очистке воды за счёт адсорбционной способности
образовавшегося геля (хлопьев). В процессе электрофлотации не исключены также
процессы окисления и восстановления некоторых загрязнений. С другой стороны, процесс
деструкции органических соединений всегда сопровождается обильным газовыделением,
что приводит к частичному переносу загрязняющих веществ в поверхностный слой.
Электрокоагуляция также всегда сопровождается и флотацией, и восстановлением окислением примесей или, как в нашем случае, синтезом веществ, имеющих
свойства, отличные от свойств первоначальных загрязнений. Существенным
преимуществом метода электрохимического окисления и восстановления является то
обстоятельство, что для проведения реакции не требуется введения в раствор
дополнительных химических реагентов, а достаточно лишь применения электрического
тока, следовательно, исходное солесодержание очищаемой воды остаётся неизменным.
В нашем случае используется электрокоагуляционная обработка, в
максимальной
степени
сочетающая
преимущества
электрофлотации
и
деструктивного синтеза. Очистка загрязнённых вод методом электрокоагуляции
основана на электролизе с использованием металлических (железных или алюминиевых)
анодов, подвергающихся электрохимическому растворению. Вследствие растворения
металлов, вода обогащается соответствующими ионами, образующими затем в
нейтральной или слабощелочной среде гидроксид соответствующего металла, который и
является собственно коагулянтом. В результате названного процесса, осуществляется
коагуляция (укрупнение) загрязняющих воду веществ, аналогично обработке воды
соответствующими солями алюминия или железа. Однако, в отличие от применения
солевых коагулянтов, вода не обогащается сульфатами или хлоридами, концентрацияи
которых в очищенной воде лимитируется, как при её сбросе в природные водоёмы, так и
при использовании в системах промышленного или бытового водоснабжения.
В качестве побочного процесса происходит анодное выделение кислорода или
хлора. Полученные газы (кислород и хлор) окисляют присутствующую в исходной воде
органику. Данный процесс является химическим окислением, хотя окислитель получен
электрохимическим способом.
При электрокоагуляции загрязнённых вод, содержащих тонко диспергированные
примеси, проистекают и другие электрохимические, физико-химические и химические
процессы, а именно:
- электрофорез, т.е. движение взвешенных в воде частиц, пузырьков газа и
коллоидных частиц под действием внешнего электрического тока;
- катодное восстановление растворённых в воде органических и неорганических
веществ, или их химическое восстановление, а также образование катодных
осадков металлов;
- химические реакции между ионами металлов, образующихся при
электролитическом растворении металлических анодов, и некоторыми
содержащимися в воде ионами. В результате этих реакций образуются
нерастворимые в воде соли, выпадающие в осадок;
- флотация твёрдых и эмульгированных частиц пузырьками водорода,
выделяющегося на катоде. Кроме того, происходит адсорбция ионов и молекул
растворимых примесей, а также частиц, эмульгированных в воде на поверхности
гидроксидов металлов, которые обладают значительной сорбционной
способностью, особенно в момент их образования.
За время прохождения загрязнённой воды через электрокоагулятор происходит её
электрообработка, за счёт чего содержащиеся в воде загрязняющие вещества выпадают в
осадок совместно с полученными хлопьями (гидроокисями). Для полного осаждения
хлопьев, как правило, достаточно двух – трёх часов.
Как электрокоагуляция очищает от загрязнений?
Сама по себе электрокоагуляция всех вопросов не решает, но играет
ключевую роль при комплексном подходе к очистке воды.
Однако, всё по порядку. Перед электрокоагуляцией через насос-дозатор в общий
поток подается окислитель, расходы которого незначительны, при этом происходит
первичное окисление различных загрязнений.
Вторичное окисление проистекает непосредственно в электрокоагуляторе (см.
выше). В процессе электрокоагуляции, проводимой при переменном давлении,
появляются очень мелкие, буквально микроскопические пузырьки, заполняющие собой
всё
межэлектродное пространство. Поскольку процесс окисления происходит
диффузионно – через стенку пузырька, то их малый размер и обилие многократно
интенсифицируют названный процесс, так как, в этом случае, основным является
величина суммарной поверхности раздела фаз.
Третичное окисление происходит в отстойниках, где продолжается процесс
дегазации, но уже как остаточное явление. Образовавшиеся продукты окисления
достаточно плохо осаждаются при традиционных технологиях, но при коагулировании
проистекает интенсивное хлопьеобразование и выделение продуктов окисления в осадок
совместно с полученными хлопьями. Затем вода подаётся на осветление (фильтрация
через зернистую загрузку). После чего с помощью последовательного использования
сорбента и катионита происходит удаление из воды остаточных загрязнений. На выходе
очищенная вода подвергается ультрафиолетовому облучению.
В случаях значительного биозагрязнения исходной воды, на входе очистной
системы предусмотрено наличие второго насоса-дозатора, предназначенного для введения
дополнительного окислительного агента. Данный насос подключается по мере
необходимости, если в исходной воде наблюдается
значительное
увеличение
концентраций загрязняющих веществ.
Заключение. Главное - грамотный комплексный подход, именно в этом
заключается наше основное преимущество перед всеми остальными коллегами.