Способ электрохимической нейтрализации щелочных вод и водных растворов

 

Изобретение относится к области электрохимических методов обработки воды и водных растворов и может быть использовано для нейтрализации щелочных вод. Процесс нейтрализации ведут в бездиафрагменном электролизере, где в качестве анода используют графит. На электроды, расположенные на расстоянии 5-9 мм друг от друга, подают униполярное импульсное напряжение прямоугольной или синусоидальной формы, при этом плотность тока при проведении процесса должна быть в пределах 40-100 А/м². Технический эффект - снижение расхода электроэнергии в 2-4 раза на процесс понижения рН среды до уровня нейтральной (рН 7) без применения диафрагмы. 1 табл.

Изобретение относится к области электрохимических методов обработки воды и водных растворов и может быть использовано для нейтрализации щелочных вод.

Известен электрохимический способ нейтрализации щелочных вод путем последовательной анодной и катодной обработки их в диафрагменном электролизере с использованием графитовых электродов, где процесс ведут при рН анолита 4.. . 6,5 и анодной плотности тока 10...50 А/м². [1]. Основным недостатком этого способа является продолжительность процесса обработки, а сокращение времени может быть достигнуто увеличением площади электродов, что ведет к увеличению габаритов и усложнению установки. При засорении диафрагмы продуктами электролиза требуется ее промывка, что понижает производительность метода. Кроме этого, начальная рН воды не должна превышать 10,2...10,4, что также ограничивает применение данного метода.

Прототипом является способ нейтрализации сточных вод производства вискозного волокна в бездиафрагменном электролизере с применением графитового анода и катода, выполненного из карбонизированной ткани [2]. Недостатками такого способа являются соблюдение условия, чтобы рН исходной воды не превышал 9,5...10,5, высокие энергозатраты.

Задача изобретения - снижение расхода электроэнергии на процесс понижения рН среды до уровня нейтральной (рН 7).

Поставленная задача решена следующим образом: электрохимическую нейтрализацию проводят в бездиафрагменном электролизере, в качестве анода используют графит. На электроды, расположенные на расстоянии 5...9 мм друг от друга, подается униполярное импульсное напряжение прямоугольной или синусоидальной формы, воздействующее на воду или водный раствор. Плотность тока при проведении процесса обеспечивают в пределах 40...100 А/м².

Изменение рН в объеме раствора происходит за счет электродных процессов. На графитовом аноде происходит многостадийный процесс выделения кислорода за счет разряда ионов ОН^-. Понижение рН объясняется растворением диоксида углерода, который образуется в результате окисления графита кислородом. Катод может быть выполнен из любого материала (графит, карбонизированная ткань, металл) [3].

Дискретный характер тока в отличие от постоянного позволяет эффективно воздействовать на электродные процессы. При обработке сточных вод с использованием периодического тока появляется возможность регулирования в широком диапазоне скорости реакций на аноде, обуславливающих выпадение загрязняющих веществ в осадок. Это приводит к соответствующему изменению потенциала электрода, которое сопровождается адсорбцией - десорбцией примесных веществ и ускорению электродных реакций [4].

Для осуществления способа использован бездиафрагменный электролизер в силу его высокой производительности, простоты технологической схемы обработки воды.

Пример: электролизу в бездиафрагменном электролизере подвергались промывные воды, имеющие исходную рН 12,01...12,05. При частоте импульсного напряжения прямоугольной или синусоидальной формы от 100 до 300 Гц электрический ток пропускался до снижения значения рН, равного 6,5...7,5.

В таблице приведены сравнительные данные по энергозатратам на процесс нейтрализации по прототипу и предлагаемому способу.

Выбранный интервал плотностей тока обеспечивает образование необходимого количества диоксида углерода. При плотности тока менее 40 А/м² выделяется недостаточное количество СО₂ и процесс является продолжительным по времени; при плотности более 100 А/м² происходит значительный нагрев объема воды, что приводит к понижению содержания растворенного СО₂ и значительным энергозатратам.

Выбор межэлектродного расстояния основывался исходя из особенностей конструирования установки и эффективности процесса. При расстоянии между электродами менее 5 мм возрастают сложности при производстве промышленной установки и соблюдении точности расстояния, при расстоянии, большем 9 мм, значительно возрастают энергозатраты.

Интервал частот выбран с учетом возможности реализации метода в промышленных условиях.

Наиболее целесообразно использовать предлагаемый способ для обработки воды, имеющей рН не более 12,00-12,15 и начальную удельную электропроводность χ₀ = 1,19-1,41 мСм/см.

Из таблицы видно, что применение предлагаемого способа позволяет уменьшить в среднем в 2-4 раза затраты электроэнергии на нейтрализацию щелочных вод.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 1229183, кл. С 02 F 1/46, 1986. "Электрохимический способ нейтрализации щелочных вод".

2. Авторское свидетельство СССР 633822, кл. С 02 С 5/12, 1978. "Способ очистки сточных вод производства вискозного волокна".

3. Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.М. Технология электрохимической очистки воды. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1987. - 312 с.

4. Импульсный электролиз./ Костин Н.А., Кублановский B.C., Заблудовский А.В.; АН УССР. Ин-т общ. и неорг. химии. - Киев: Наук. думка, 1989. - 168 с.

Формула изобретения

Способ электрохимической нейтрализации щелочных вод и водных растворов с использованием бездиафрагменного электролизера, в котором анод выполнен из графита, отличающийся тем, что на воду или водный раствор воздействуют униполярным импульсным напряжением прямоугольной или синусоидальной формы, подаваемым на электроды, расположенные на расстоянии 5-9 мм друг от друга, обеспечивая плотность тока в пределах 40-100 А/м².

РИСУНКИ

Рисунок 1