Добро пожаловать!

Сайт студент-строитель рассчитан на широкую аудиторию читателей и поэтому подойдет не только для студентов, но и для тех людей, которые интересуются строительством в профессиональных целях!

Студент-строитель – сайт для решения строительных проблем!

Электрокоагуляция и ее виды

Электрокоагуляция

Наличие электрического заряда у частиц коллоидов и взвесей позволяет использовать для их коагуляции наложение электрических и магнитных воздействий от внешних источников тока. Такой вид коагуляции носит название электрокоагуляция</strong>. Различают следующие ее виды: электростатическая, электрохимическая и гальваническая.

Электростатическая коагуляция протекает за счет поляризации коллоидных частиц под влиянием внешнего электрического поля и слипания образовавшихся диполей (рис.1). Возможно применение как постоянного поля, так и пульсирующего и даже знакопеременного. Такая электрокоагуляция подобна дальней агрегации и при выключении поля происходит распад агрегатов. Однако, для электростатической коагуляции требуются очень большие напряженности электрического поля, порядка E?(10-30)кВ/м, что в практике очистки природных и сточных вод вряд ли выполнимо.

Рис.1. Электростатическая коагуляция. 

Разновидностью электростатической можно считать электроконтактную коагуляцию, которая возникает при фильтровании воды в электрическом поле (рис.2). Считается, что возможна частичная поляризация двойных электрических слоев зерен загрузки и частиц коллоидов под действием поля, образуются диполи, которые далее слипаются (коагулируют). Но требуемые для коагуляции напряженности электрического поля очень велики и данный вид может применяться только для очистки глубокообессоленных вод.

Рис. 2. Электроконтактная коагуляция.

Кстати, при наложении электрических полей происходит также миграция частиц: электрофорез и диполофорез. Электрофорез – это движение загрязненных частиц в электрическом поле. Диполофорез – это миграция диполей в неоднородном электрическом поле.

Электрохимическая коагуляция протекает за счет электролиза воды и изменения рН и окислительно-восстановительного потенциала в объеме воды, особенно, вблизи электродов. Электролиз ведется с нерастворимыми электродами. Теоретически при разности потенциалов на электродах более 1,22В вода должна подвергаться разложению по реакциям:

— на катоде (отрицательном электроде)

2H2O+2е-?Н2?+2OН-

Водород выделяется в атмосферу, повышение же концентрации ионов ОН- ведет к повышению рН воды вблизи катода. Среда здесь восстановительная.

— на аноде (положительном электроде)

2H2О – 4e-?O2+4H+

В результате повышения концентрации ионов водорода вода у анода подкисляется и ее рН падает, кроме того здесь среда становится окислительной. Величина разности потенциалов обычно поддерживается 2-2,5В.

Толщина слоев, в которых протекает подкисление и подщелачивание (приэлектродных слоев) очень мала, порядка 0,1-0,5мм, но больше размеров коллоидных частиц. Изменение рН и окислительно-восстановительного потенциала среды ведет к изменению ?1-потенциала частиц коллоидов и взвесей. В конечном итоге некоторые виды коллоидов могут коагулироать в кислой среде (например, белки), другие виды коллоидов коагулируют в щелочной среде (например, гидроксиды металлов). Скоагулированные частицы осаждаются, чаще всего, на поверхности электродов.

Гальваническая электрокоагуляция протекает за счет электрохимического растворения в воде электродов. В качестве материала электродов используют сталь или алюминий. При напряжении на электродах более потенциала разложения воды (1,22В) и растворения металла протекают следующие реакции:

— на катоде

2H2O+2е-?Н2?+2OН-

— на аноде – растворение металла в воде

Fe-2e-?Fe2+ или Al-3е-?Аl3+.

В результате анодной реакции в воду поступают высокозаряженные ионы железа или алюминия. Кроме того, продукты катодной и анодной реакции реагируют между собой:

Fe2++2OH-?Fe(OH)2?

Al3++3OH-?Al(OH)3?.

Образуются малорастворимые гидроксиды алюминия и железа, как и при коагуляции алюминиевыми или железными коагулянтами. Дальнейший ход коагуляции аналогичен. Коагуляция при растворении металлов в воде считается более эффективной.

Скорость растворения электродов зависит от плотности тока электролиза:

i=J/Fэл,  A/м2

Здесь J – величина тока электролиза, А; FЭЛ – площадь анода или катода. Оптимальными считаются плотности тока: для алюминиевых электродов, катодная плотность iК=10-35 А/м2, анодная iА=20-150 A/м2. для железных электродов iА=iК=10-100 A/м2.

Электрокоагуляция и ее виды – статья на сайте “студент строитель.ру”

Водоснабжение и водоотведение