Спосіб електрохімічної обробки води

Изобретение относится к электрохимическим способам обработки вод прямым электролизом и может быть использовано для обеззараживания и очистки природных и производственных сточных вод. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ электрохимической обработки воды, включающий ее обеззараживание путем электролиза с периодической переполюсовкой электродов из титана с окисно-рутениевым покрытием (ОРТА), причем электролиз ведут при плотности тока 20 - 100А/м, а переполюсовку проводят через 100 1000А.ч (1). Несмотря на длительную устойчивую работу данных электродов и высокий выход хлора по току, данный способ обладает следующими недостатками: - высокой стоимостью электродного материала из-за покрытия титана, как катодов, так и анодов оксидом рутения; - необходимостью переполюсовки электродов в связи с образованием на катодах отложений солей жесткости, что технически усложняет и удорожает процесс. Использование переполюсовки приводит к восстановлению окислов (оксидов) рутения, в результате чего на поверхности электродов образуется металлический рутений, который не стоек в условиях анодной поляризации, и следовательно требуется периодическое обновление покрытия электродов оксидом рутения, что еще значительнее удорожает процесс. В основу изобретения поставлена задача создания способа электрохимической обработки воды, в котором путем изменения материала катода и режима электрообработки возможно снижение затрат электроэнергии при достижении достаточной степени очистки воды. Поставленная задача решается тем, что а способе электрохимической обработки воды, включающем ее электролиз с использованием по крайней мере одного анода из титана с окиснорутениевым покрытием, согласно изобретению, в качестве катода используют титановую стружку и/или опилки, которые помещают в Сетку из титана или инертного материала, а электрообработку ведут при плотности тока 0,3 - 0,4А/м2. Поставленная задача решается также и тем, что используют титановую стружку и/или опилки с размером частиц 5 - 7мм. Использование в качестве катода титановой стружки и/или опилок взамен пластинчатого электрода из титана с окисно-рутениевым покрытием (ОРТА) позволяет значительно уменьшить катодную плотность тока (0,3 - 0,4А/м2 взамен 20 - 100А/м2, как в прототипе) за счет увеличения истинной рабочей поверхности катода при одинаковой силе тока. Благодаря тому, что при снижении (уменьшении) плотности тока снижается скорость обрастания катодов, удается предотвратить образование солей жесткости на катодах, а следовательно исключить операцию переполюсовки тока в процессе проведения электролиза. Использование в качестве катодного материала титановой стружки и/или опилок взамен пластин ОРТА (электродов из титана с окисно-рутениевым покрытием) также удешевляет способ за счет удешевления стоимости электродов, так как данный материал является отходом ряда металлообрабатывающих отраслей промышленности (в частности авиационной), в процессе обработки воды не расходуется и не требует покрытия оксидом рутения, который относится к числу драгметаллов. Стоимость покрытия 1 м титана оксидом рутения в ценах 1989г. - 78,5 рублей. Экспериментальным путем было установлено, что оптимальным размером частиц титановой стружки и/или опилок является размер 5 - 7мл. Данный размер обеспечивает наибольшую эффективность обеззараживания и очистки сточных вод, что подтверждается данными табл.1. Экспериментально было определено и влияние изменения силы и плотности тока на степень обеззараживания и очистки воды. При повышении силы тока от 0,1 до 2 - 4А, а также плотности тока от 0,01А/м2 до 0,2 - 0,4А/м2 происходит увеличение степени обеззараживания воды, а также более эффективное снижение таких показателей, как цветность, содержание фенола, роданидов и повышение ее прозрачности. Однако, повышение плотности тока более 0,4А/м2 приводит к значительному увеличению затрат электроэнергии. Для придания электроду определенных геометрических размеров, титановую стружку и/или опилки помещают в сетку из титана или инертного по отношению к электроду материала. Заявляемый способ осуществляют следующим образом: в проточный электролизер, представляющий собой параллелепипед из оргстекла, в который помещены стружечные титановые катоды и пластинчатые аноды из титана, покрытого оксидом рутения (ОРТА), собранные в блок, жестко закрепленный каркасом из оргстекла, подают модельную воду с содержанием хлоридов 60мг/л, фенола - 3,5мг/л, роданида аммония - 2,0мг/л и коли-индексом 1,58 × 1011. Производительность установки - 10л/ч. Поддерживают силу тока 0,1 - 5,0А и pH раствора 6 - 7,5. Напряжение на электролизере 0,25 - 4,0В, плотность тока 0,01 - 0,5А/м2. Засыпной стружечный катод представляет собой титановую стружку, помещенную в сетку из полихлорвинила, имеющую форму параллелепипеда (см. чертеж). Электрический контакт со стружкой осуществляется с помощью согнутого под прямым углом титанового стержня. Результаты экспериментов 1 - 18 представлены в таблице 1. Из данных табл.1 следует, что вода после электрохимической обработки удовлетворяет требованиям ГОСТ 2874 - 82 и СНиП 11 - 32 82 по обеззараживанию. Кроме того, в результате обработки воды в электролизере согласно предлагаемого способа происходит значительное снижение показателя цветности, содержания фенола, роданида, увеличение прозрачности. Анализ данных табл.1 (опыты 11 - 12) позволяет сделать вывод, что эффективность, как обеззараживания, так и очистки воды увеличивается с уменьшением размера частиц титановой стружки от >7мм до 5мм. Однако дальнейшее уменьшение размеров (длины и ширины) частиц стружки (менее 5мм) не приводит к повышению эффективности процесса. Кроме того, при проведении обработки в проточном режиме происходит вынос (вымывание) мелких частиц. Следовательно, оптимальный размер частиц титановой стружки или опилок для изготовления засыпного электрода составляет 5 - 7мм. По результатам опытов 1 - 16 (табл.1) видно влияние изменения силы и плотности тока на степень обеззараживания и очистки воды. При повышении силы тока от 1А до 2 - 4А, а также плотности тока от 0,01А/м2 до 0,2 - 0,4А/м2 происходит увеличение степени обеззараживания воды (снижение коли-индекса), а также более эффективное снижение таких показателей, как цветность, содержание фенола, роданида, повышение прозрачности. Однако повышение плотности тока более 0,4А/м2 приводит к значительному увеличению затрат электроэнергии, в связи с чем считает целесообразным плотность тока в процесс обеззараживания и очистки воды предлагаемым способом поддерживать в пределах 0,3 - 0,4А/м2. С целью сопоставления предлагаемого способа с прототипом приведены данные в табл.2. Из рассмотренных данных, представленных в табл.2, видно, что с помощью предлагаемого способа обеззараживание воды можно производить с затратами электроэнергии не выше, а в ряде случаев ниже, чем с помощью уже известных способов. Кроме того, в связи с использованием катодов с развитой поверхностью - стружечных титановых катодов, создается возможность избежать образования отложений на катодах солей жесткости. Способ экономически выгоден, так как предусматривает взамен дорогостоящего и дефицитного покрытия катода оксидом рутения применить в качестве материала катода титановую стружку, являющуюся отходом металлообрабатывающих отраслей промышленности (стоимость 1кг титановой стружки в ценах 1989г. - 36 копеек).