Способ очистки сточных вод от шестивалентного хрома Советский патент 1992 года по МПК C02F1/46 

Изобретение относится к способам очистки природных и производственных сточных вод, содержащих соединения шестивалентного хрома, и может быть так- же использовано для получения трехвалентного хрома из сырья, представляющего собой соединения шестивалентного хрома, в области электрохимических производств.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки сточных вод от шестивалентного хрома путем электролиза в бездиафрагменном электролизе с использованием двух электродных блоков, электроды одного из которых выполнены растворимыми из углеродистой стали, а электроды другого блока - нерастворимые (катод из титана ВТ-1, а анод-ОРТА), причем обеспечивается последовательное прохождение очищаемой воды через блок нерастворимых и растворимых электродов. С помощью блока нерастворимых электродов происходит катодное восстановление шестивалентного хрома.

Введение в очищаемую воду небольших количеств железа за счет использования блока растворимых железных электродов катализирует работу нерастворимых электродов и обеспечивает полное восстановление шестивалентного хрома с минимальными затратами электродного материала и образованием минимального осадка гидро- ксидов железа. Однако все же значительное содержание в осадке железа не дает возможности произвести утилизацию осадка, который может явиться источником повторного загрязнения окружающей среды, а также теряться содержащийся в осадке ценный продукт - гидроксид трехвалентного хрома.

Цель изобретения - повышение степени очистки.

Способ осуществляют следующим образом.

Содержащие шестивалентный хром сточные воды, например, гальванического производства, подают в проточный безди- афрагменный электролизер с титановыми катодами и анодами из титана с окисно-ру- тениевым покрытием. Электроды выполнены пластинчатыми с обеспечением соотношения поверхности электродов к объему обрабатываемой воды (8 - 12 дм2): 0,5дм3.Обработку воды ведут при поддержании катодной плотности тока 0,08 - 0,125 А/дм2 и перемешивании обрабатываfe

Ј

КЯ

S

о

емой воды воздухом, который подают с удельным расходом 36 - 45 дм3/л.мин.

В зависимости от концентрации шестивалентного хрома удельную скорость протока обрабатываемой сточной воды через электролизер поддерживают в пределах 0,5 - 10,0 л/дм2.ч, введением 10%-ного раствора серной кислоты регулируют рН, Создание таких условий обеспечивает прохождение реакции по уравнению:

+ 14Н+ + бе 2О3 + 7Н20, в результате чего происходит полный переход Cr(VI) в Сгг3+, при этом титан в обрабатываемую воду практически не переходит, а если и переходит, то в минимальном количестве, что обеспечивает высокую степень очистки обработанной сточной воды и возможность утилизации осадка гидроксида трехвалентного хрома.

Периодически используя фотоколориметрический метод анализа, определяют в обрабатываемой сточной воде содержание шестивалентного хрома до и после обработки. Регулируя плотность тока, удельный расход воздуха, объем обрабатываемой воды, скорость протока и рН устанавливают оптимальный режим обработки, обеспечивающий необходимую степень очистки обрабатываемых сточных вод от шестивэ- лентного хрома.

Проводят серию опытов 1 - 46 на лабораторной установке, включающей проточный электролизер, в котором размещены пластинчатые электроды (катод ВТ-1, а анод ОРТА или ТДА) с возможностью обеспечения различного соотношения площади рабочей поверхности катодов и анодов и обрабатываемой воды.

Установка обеспечивает возможность регулирования: плотности тока, расхода сжатого воздуха, подаваемого в обрабатываемую воду для ее перемешивания барбо- тированием. скорости протока обрабатываемой воды и рН среды (подачей в нее 10%-ного раствора серной кислоты).

Результаты опытов 1-46 приведены в табл.1

О п ы т 1. Берут сточную воду 0,25 дм с содержанием Cr(Vi) 100 мг/л, соотношение площади рабочей поверхности электродов (один катод и один анод) и объема обрабатываемой сточной воды в электролизере составляет 2:0,25 (дм2/л), перемешивание не производят, плотность тока поддерживают 0,5 А/дм , силу тока 0,5 А, напряжение 40 В, рН 7, удельная скорость протока сточной воды 1,25 л/дм2.ч. При таком режиме обработки удельные затраты электричества составляют 2,0 А.ч на 1 г восстановленного

шестивалентного хрома, удельные затраты электроэнергии 80 Вт.ч/г. Содержание Cr(VI) после очистки 85 мг/л. т.е. степень восстановления Cr(VI) составляет всего

15%,

Опыты2-3. Проводят аналогично опыту 1, но при этом уменьшают рН, что приводит к повышению степени восстановления Cr(VI) до 20 и 25% соответственно.

0 О п ы т 4. Уменьшение скорости протока обрабатываемой воды приводит к некоторому повышению степени восстановления (35%).

Опыты4-6. Изменяют содержание

5 Cr(VI) в обрабатываемой сточной воде.

О п ы т 7. По сравнению с опытом 5 увеличивают в 2 раза число катодов и анодов при неизменных остальных параметрах, т.е. увеличивают соотношение площади ра0 бочей поверности электродов к объему обрабатываемой воды, что приводит к резкому повышению степени восстановления СпУОдо70%.

Опыты8и9. Уменьшение плотности

5 и силы тока приводит к уменьшению степени восстановления Cr(VI).

Из сравнения результатов опытов 9 и 10 видно, какое влияние оказывает на ход процесса восстановления введение перемеши0 вания сточной воды при ее обработке в

электролизере. При неизменных остальных

параметрах при введении перемешивания

степень восстановления возрастает на 30%.

По результатам опытов 10-23 видно

5 влияние изменения силы и плотности тока, а также увеличение соотношения площади рабочей поверхности электродов к объему обрабатываемой воды на степень восстановления Cr(VI).

0В результатах опытов 24 - 26. 28 - 29 и

32 - 41 показано влияние изменения рН на степень восстановления Cr(VI).

Как видно из табл.1, степень восстановления Cr(VI) при проведении электролизера

5 с нерастворимым анодом увеличивается с увеличением рабочей поверхности электродов (катодов и анодов) при одинаковом объеме обрабатываемой воды в активной части электролизера (опыты 5, 7, 13, 18 и 23). Наи0 большая степень восстановления обеспечивается при отношении рабочей поверхности электродов (дм2) и объема обрабатываемой воды (л), равной от 8:0,5 до 12:0,5 (опыты 13 -23,28,31,40).

5

Оптимальная плотность тока в процессе электрохимического восстановления Cr(VQ составляет в пределах 0,08 - 0,125 А/дм2 (опыты 11 - 13. 16 - 18, 21 - 23). Обработка при плотности тока более 0,125 и менее 0,08

А/дм приводит к снижению степени восстановления шестивалентного хрома (опыты 10- 15).

Оптимальная скорость перемешивания согласно табл.1 составляет по удельному расходу барботируемого воздуха от 35 до 45 дм3/л.мин (опыты 10 - 46). При проведении барботажа с удельным расходом воздуха менее 35 дм3/л.мин (опыты 43 - 44) снижается степень восстановления Cr(VI). При проведении барботажа с удельным расходом более 45 дм3/л.мин (опыты 27 - 28) также наблюдается снижение степени восстановления Cr(VI) и, кроме того, возникает выплескивание раствора из электролизера.

Проводят серию опытов 47 - 56 с целью обоснования выбора материла катода и анода для наиболее эффективного восстановления Cr(VI). Опыты проводят в стационарной ячейке с двумя пластинчатыми электродами, расстояние между которыми устанавливают 20 мм. Площади рабочей поверхности как катода, так и анода составляют 1 дм . Объем обрабатываемой сточной воды 0,25 л. Для обработки берут сточную воду, содержащую 60 и 35 мг/л Cr(VI). Опыты проводят с разными материалами катода и анода. Результаты опытов приведены в табл.2.

О п ы т 47. Берут сточную воду с содержанием Cr(VI) 60 мг/л. рН устанавливают 1,6, плотность тока 1,5 А/дм , катод выполнен из меди, а анод из свинца, воду обрабатывают в течение 25 мин. В результате обработки на свинцовом аноде образовался осадок, а степень восстановления Cr(VI) составляет 20%.

Аналогично проводят опыты 48-51, в которых также меняют материалы катодов и анодов.

О п ы т ы 52 - 56. Проводят меняя материал катода и анода, но берут воду, содержащую Cr(VI) 35 мг/л, плотность тока поддерживают 3 А/дм и обработку ведут в течение 15 мин.

Результаты опытов по примеру 2 приведены в табл.2.

Результаты опытов, представленных в табл.2, подтверждают, что при использовании в качестве материалов катода титановых сплавов (ВТ-1), а для анода ОРТА или ТДА (опыты 51 и 56), обеспечивает самую высокую степень восстановления Cr(VI) и,

кроме того, практически материалы электродов (как катодов, так и анодов) не переходят в осадок. В результате обеспечивается высокая степень очистки, при этом исключается вторичное загрязнение обрабатываемой сточной воды материалом электродов, как это имеется при использовании электродов из свинца, графита, меди (опыты 48, 52 -55).

Использование предлагаемого способа

очистки сточных вод от шестивалентного хрома по сравнению с известным позволяет сократить расход электричества, повысить санитарно-гигиенические свойства обработанной сточной воды, образующийся в результате обработки сточных вод гидроксид трехвалентного хрома может быть сравнительно просто утилизирован непосредственно в гальваническом производстве. Сокращение объема образующегося при

нейтрализации обработанной сточной воды осадка способствует сокращению производственных площадей, также повышается степень очистки воды и практически исключается необходимость последующей доочистки.

Применение изобретения позволяет эффективно очищать сточные воды гальванических производств от шестивалентного хрома.

Формула изобретения

Способ очистки сточных вод от шестивалентного хрома, включающий обработку воды в бездиафрагменном электролизе с титановыми катодами и анодами из титана с

окисно-рутениевым покрытием, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки, обработку воды ведут при соотношении поверхности электродов к объему обрабатываемой воды (8-12

дм2):0,5 дм3, при поддержании катодной плотности тока 0,08 - 0,125 А/дм2 и перемешивании обрабатываемой воды воздухом, подаваемым с удельным расходом 36 - 45 дм /л .мин.

Таблица I

1745689

10 Продолжение таблицы 1

Сущность изобретения: очистку ведут в бездиафрагменном электролизере с ОРТА и титановыми катодами при соотношении по- веохности электродов и объема воды (8-12 дм2): 0,5 дм3 при катодной плотности тока 0,08 -0,125 А/дм2 и перемешивании воздухом с расходом 36 - 45 дм3/л.мин. 2 табл.

Табл ица2