Спосіб очистки стічної води від іонів важких металів

Изобретение относится к области электрохимической очистки сточных вод, в частности, к области извлечения тяжелых металлов электролизом и может быть использовано в гальванических производствах все х предприятий. Необходимость совершенствования способов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов диктуется, во-первых, необходимостью решения экологических проблем, а именно требованиями повышения скорости, степени извлечения и качества регенерируемого металла; во-вторых, задачами экономии черных и цветных металлов. Известен электрохимический способ очистки воды (А.с. СССР №1171428, кл. C02F1/46, 1985, Бюл. №29), в котором предлагается, с целью повышения степени очистки, на электроды подавать переменное асимметричное напряжение с соотношением катодной и анодной составляющих (8 - 10) : 1. К недостаткам этого способа следует отнести низкие скорость и степень извлечения металлов. Известен способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (А.с. СССР №912663, кл. C02F1/46, 1982, Бюл. №10), в котором предложено очистку стоков от металлов производить электрокоагуляцией в электролизере, питаемом постоянным током и помещенном в поле переменного тока частотой 60 - 75кГц. К недостаткам этого способа следует отнести получение осадка не в виде чистого конкретного металла, а в виде нерастворимого полиметаллического шлама, процесс регенерацииутилизации которого сложен, а вопросы использования собственного шлама еще в стадии решения. Во-вторых, переменное электромагнитное поле больших токов и очень высоких частот, какими являются частоты 60 - 75кГц, не является безвредным для обслуживающего персонала гальванических цехов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ очистки сточных вод (А.с. СССР №1130534, 1984, Бюл. №47), при котором электролизер помещен в постоянное магнитное поле напряженностью 600 800 Эрстед, вектор индукции которого перпендикулярен направлению электрического тока в очищаемой воде. К недостаткам этого способа следует отнести: невысокую скорость извлечения металла; высокий удельный расход электрической энергии. Задачей настоящего изобретения является: - повышение скорости извлечения металла из сточных вод; - снижение удельного расхода электрической энергии на процесс регенерации. Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу очистки сточных вод от тяжелых металлов электролизом путем одновременного пропускания электрического тока через электролизер и наложения на него магнитного поля, очистку ведут при наложении вращающегося магнитного поля, имеющего амплитуду напряженности равную (15 - 25) × 103А/м и угловую скорость вращения - 1500об/мин. Новым в заявляемом решении является то. что очистку стоков от ионов металлов путем электролиза осуществляют при наложении на электролизер вращающегося магнитного поля, имеющего амплитуду напряженности равную (15 25) × 103А/м и угло вую скорость вращения 1500об/мин. В то же время в существующем способе на электролизер накладывается неподвижное (постоянное) магнитное поле напряженностью (46 - 61) × 103А/м (600 - 800 Эрстед). Положительный эффект достигается тем, что очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов электролизом ведут при наложении на электролизер вращающегося магнитного поля, имеющего амплитуду напряженности (15 - 25) × 103А/м и угловую скорость вращения 1500об/мин. При протекании через электролизер электрического тока и одновременном наложении магнитного поля в растворах электролитов возникают пондемоторные (электромагнитные) силы F, действующие с теми же закономерностями, что и в металлических проводниках (Старостенко М.Ф. О некоторых действиях магнитного поля на электрический ток в растворах // Журнал физической химии. - 1953. - Т.27. - Вып.I. - С.95 99). Величина этой силы прямо пропорциональна плотности тока и напряженности магнитного поля где - постоянная величина. В результате возникающий, так называемый магнитогидродинамический эффект приводит в движение раствор электролита. В отличие от действия неподвижного (постоянного) магнитного поля под воздействием вращающегося магнитного поля создаются вихревые потоки электролита с движущимися катионами. Одновременно, индуцируемое в электролите переменное (тоже вихревое) электрическое поле и наложенное вращающееся магнитное поле генерируют незатухающие магнитогидрои электрогидродинамические колебания в растворе (Гак Е.З. Гидродинамические эффекты в водных средах в электрических и магнитных полях // Инженерно-физический журнал. - 1982. - Т.43. - №1. - С.140 - 153). В результате в прикладной области создается развитая турбулентность, обеспечивающая интенсивное перемешивание электролита и тем самым существенное или полное снятие диффузионных ограничений процесса электролиза, облегчается также отвод сопутствующи х продуктов реакций (например, гидроксидов металла) из зоны электролиза. Последнее позволяет значительно повысить допустимую (по качеству регенерируемого металла - осадка) плотность тока электролиза и тем самым ускорить извлечение данного металла. Одновременно возрастает электропроводность раствора электролита (Железцов А.В. Магнитополярография. 2. Полярографическое исследование поведения ионов в переменном магнитном поле // Журнал аналитической химии. - 1973. - Т.28. - №7. - С.1403), что приводит к уменьшению падения напряжения в объеме электролита. Последнее, а также снижение концентрационной поляризации катода (вследствие снижения диффузионных ограничений) обусловливает уменьшение напряжения на электролизере и тем самым снижение удельного расхода электроэнергии на единицу массы извлекаемого металла. Угловая скорость вращающегося магнитного поля, равная 1500об/мин, выбрана из следующи х соображений. Во-первых, магнитное поле с такой скоростью вращения (1500 об/мин) создается простым устройством, питающимся от сети переменного напряжения промышленной частоты (50Гц). Для создания магнитных полей с большими или меньшими значениями (чем 1500об/мин) частоты вращения необходимы дополнительные сложные электротехнические устройства (преобразователи частоты). Во-вторых, при частоте вращения поля, равной 1500об/мин, величина вращающегося момента, воздействующего на раствор электролита и собственно катионы, близкая к максимальной (Поливанов К.М. Теоретические основы электротехники. Ч.3. Теория электромагнитного поля. - М.: Энергия, 1969. С.154, рис.4 - 12). Значения амплитуды напряженности вращающегося магнитного поля (15 - 25) × 103А/м выбраны исходя из того, что при наблюдается ухудшение качества осадка, а увеличение более 25 × 103А/м уже не приводит к дальнейшему повышению положительного эффекта, как по скорости извлечения, так и по расходу электроэнергии. Кроме этого, при наблюдается заметное возрастание потерь электроэнергии, затрачиваемой на создание собственно вращающегося магнитного поля. Данные о режимах извлечения металла электролизом из сточных вод, скорости извлечения, удельного расхода электроэнергии и внешнем виде осадка сведены в таблицу. Опыты как существующими способами (1 - 4 - аналоги и 5 - 8 прототипы), так и по предлагаемому (9 - 22) проводились с протеканием через электролизер постоянного и переменного (реверсированного) поляризующих токов одинаковых по рабочей плотности. Пример. Осуществляли извлечение меди из раствора, моделирующего сточные воды гальванического цеха и содержащего (г/л): 5,2 - 5,5 ионов В качестве анода применяли графитовые пластины; катод - многостержневой трехмерный площадью 0,2дм 2. Концентрацию ионов меди в регенерируемом растворе определяли тригонометрическим методом. Скорость извлечения меди в [г/ч × дм 2] вычисляли по формуле: где - привес массы катода, г; - длительность электролиза, ч; - площадь катода, дм. Удельный расход электроэнергии определяли в [кВт.ч/кг] по формуле где - соответственно действующие значения тока и напряжения на электролизере. Внешний вид осадка извлекаемого металла оценивали визуально. Наиболее эффективным следует считать режим, при котором извлечение меди из сточных вод осуществляют переменным током с наложением на электролизер вращающегося магнитного поля, имеющего амплитуду напряженности, равную 22 × 103А/м и угловую скорость вращения 1500об/мин. При этом режиме извлекается наиболее качественная медь полублестящая, плотная - с высокой скоростью, равной 2,82г/ч × дм 2 при низком удельном расходе электроэнергии, равном 5,2кВт × ч/кг. Использование предлагаемого способа очистки сточных вод от тяжелых металлов по сравнению с прототипом позволяет: увеличить более чем в 2 раза скорость извлечения; уменьшить в 1,7 - 1,8 раза удельные расходы электроэнергии на единицу массы извлекаемого металла. Заявляемое изобретение может быть использовано на производственных объединениях "Лтава" (г.Полтава), "Зарница" (г.Хмельницкий), "Автопромпокрытие" (г.Львов), а также на заводах: "Транссвязь" (г.Харьков), Запорожском электровозоремонтном, АвтоЗАЗ (г.Запорожье). Для применения заявляемого изобретения нет необходимости переоборудовать гальванические цеха предприятий, изменять предварительную обработку изделий и состава применяемых электролитов в сторону их усложнения, а также разрабатывать и изготавливать новые приспособления и оснастку при нанесении гальванопокрытий.