ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ ИОНОВ ХРОМА В ДИАФРАГМЕННОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЁРЕ

Полный текст

Введение. В производстве деталей летательных аппаратов применяются электрохимические процессы, в результате которых происходит загрязнение сточных вод ионами металлов [1-7]. Строгие требования органов охраны окружающей среды не позволяют сбрасывать непосредственно в водоемы или канализацию сточные воды, содержащие хром, например, в виде хромовой кислоты, хроматов металлов и т. п. [8]. Кроме того, хром является дорогостоящим металлом, и его извлечение из хромсодержащих растворов является желательным и с экономической точки зрения. Уже длительное время существует потребность в экономичном и эффективном способе удаления хрома из сточных вод и его регенерации. В настоящее время существует большое количество способов очистки воды и водных растворов от хрома - механические, химические, электрические, физические, биологические, комбинированные и др. [9-13]. Предлагаемые методы очистки от хрома шестивалентного - метод электрокоагуляции, метод гальванокоагуляции, сорбционные методы, комбинированные методы - имеют недостатки, такие как значительный расход электроэнергии, значительный расход металлических растворимых анодов, пассивация анодов, необходимость больших избытков реагента (солей железа), большие количества осадка и сложность его обезвоживания, дороговизна и дефицитность сорбентов, большой расход реагентов для регенерации сорбентов и др. Сотрудники СибГАУ разработали комбинированный способ очистки воды от анионов и катионов, в том числе от хрома шестивалентного [14; 15]. Однако предложенный способ требует длительного отстаивания воды, что не всегда возможно в производственных условиях. Поэтому разработка эффективного способа очистки воды от хрома шестивалентного является актуальной задачей. Диафрагменные электролизёры применяются для изменения активной реакции и окислительно-восста-новительного потенциала среды [16; 17]. Для очистки воды от хрома используют бездиафрагменные электролизёры с растворимыми железными анодами [17]. В этой работе отмечено, что при использовании диафрагменного электролизёра вследствие миграции ионов шестивалентного хрома из катодных камер в анодные через инертную диафрагму, концентрация их в католите уменьшается. Однако в дальнейшем это явление не исследовалось с целью применения для очистки воды от ионов хрома. Методика экспериментов. Экспериментальная установка (см. рисунок) представляет собой совокупность цилиндрических ёмкостей из пластмассы, установленных коаксиально, по внутренней стенке большой ёмкости 1 установлен катод 2 из нержавеющей стали 12Х18Н10Т (диаметр 98 мм, высота 105 мм, толщина стали 1 мм). На боковой стенке малой ёмкости 3 (диаметр 70 мм) выполнены многочисленные отверстия 4, внутри помещена брезентовая ткань, выполняющая функции диафрагмы 5. В центре малой ёмкости располагается графитовый анод 6 (диаметр 12 мм). В воде при комнатной температуре растворяли хромат калия. Объем заливаемого раствора 0,65 л. Электроды подключали к источнику постоянного тока Б5-8. Для регистрации параметров тока и напряжения на электролизёре использовали приборы - мультиметры FLUKE 179 и MASTECH MY-67. При напряжении на клеммах электродов 10 В сила тока составляла 0,27-0,29 А. Начальная концентрация аниона хрома С0 [CrO4]2- равна 892 мг/л. Концентрации анионов хрома определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии. Под действием электрического поля анион хрома мигрирует из катодной камеры Vk в анодную Va. Среднее значение пути миграции аниона хрома, исходя из размеров электрохимического реактора, равно 4 см. Для расчёта времени электролиза воспользуемся выражением [18]: 1,3·Е·b·t ≥ L ≥1,0·E·b·t, (1) где E - напряженность электрического поля между электродами в жидкости, В/см; b - подвижность анионов, см2·В-1·с-1; t - время электролиза, с; L - расстояние, равное пути миграции аниона, см. хрень Экспериментальная установка: 1 - ёмкость из пластмассы; 2 - катод из пластины из нержавеющей стали 12Х18Н10Т; 3 - пластмассовый стакан с отверстиями; 4 - отверстия в малой ёмкости; 5 - диафрагма из брезентовой ткани; 6 - анод из графита; Vk - катодная камера; Va - анодная камера Из выражения (1) определяется время электролиза, за которое все анионы хрома должны переместиться из катодного пространства в анодное: t = L / (1,3·E·b), (2) где L = 4 см; Е = 2,04 В/см; b [CrO4]2- = = 0,00074 см2/(с·В) [19]. После подстановки данных в (2) получим t = 29 мин. Удельные энергозатраты W определялись по формуле (кВт·ч)/м3, где I - сила тока, А; U - напряжение на клеммах электродов, В; t - продолжительность электролиза, ч; V - объем заливаемого водного раствора, м3; 10-3 - переводной коэффициент из Вт в кВт. Среднее расчётное значение удельных энергозатрат при указанных режимах проведения процесса очистки воды от ионов хрома составляет 1 кВт·ч/м3, что в 2-3 раза меньше, чем при известных электрохимических способах. Степень очистки определяли по формуле где С0, Ск - начальная и конечная концентрации удаляемого аниона металла, мг/л. Конечная концентрация аниона хрома 669 мг/л, тогда степень очистки составит 25 %, что в четыре раза меньше предполагаемого значения. Такое расхождение по степени очистки можно объяснить следующими причинами: при миграции анионов хрома из катодной камеры в анодное пространство возникает противоположно направленный диффузионный поток из-за появления гра-диента концентрации анионов, при увеличении концентрации одноимённо заряженных анионов возрастают кулоновские силы отталкивания, что ограничивает приток анионов в анодную камеру. Заключение. Таким образом, результаты экспериментов показали, что данный способ очистки позволяет уменьшить концентрацию ионов хрома (VI). Сточные воды машиностроительных предприятий содержат менее 0,5 мг/л хрома, поэтому расстояние между одноименно заряженными ионами значительны, в результате чего влияние сил отталкивания уменьшится. В связи с этим следует ожидать повышения степени очистки, и предложенный способ может применяться для доочистки сточных вод от ионов металлов до предельно допустимых концентраций.

Об авторах

И. Я. Шестаков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Email: yakovlevish@mail.ru
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е. А. Васильева

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

И. А. Ремизов

Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В. Ф. Войно-Ясенецкого

Российская Федерация, 660022, г. Красноярск, ул. Партизана Железняка, 1

Список литературы

Дополнительные файлы