RU1807009C - Способ очистки сточных вод от ионов т желых металлов - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : очистку ведут в дйафрагменном электролизере с катодной и анодной камерами. В первом цикле из циркулирующей сточной воды осаждают ионы на электроде, пол рность которого в Следующем цикле измен ют на противоположную дл  элюировани  электроосажденного металла в раствор. Дл  катода и анода используют одинаковые электроды из пористого титана, через которые осуществл ют фильтрацию очищаемой воды в дополнительные камеры, образованные электродами из пористого титана, через которые осуществл ют фильтрацию очищаемой воды в дополнительные камеры, образованные электродами и стенками электролизера. Электролиз осуществл ют при плотности тока 0,05-0,15 А/дм2 и скорости циркул ции раствора 30-90 лДКг-ч).1 ил.

Description

Изобретение относитс  к области очистки; Сточных воД, содержащих ионы т желых металлов, и может быть использовано при очистке промывных вод гальванических производств.

Цель изобретени  - повышение эффективности использовани  воды и электролитов в гальваническом производстве, получение экологически чистого замкнутого цикла.

При таком способе процесс очистки идёт непрерывно (при одной пол рности электродов - осаждение металла на электрод в первой камере и фильтраци  воды в дополнительную камеру, при этом во второй камере происходит элюирование ранее осажденного металла в раствор, в виде ионов, при изменении пол рности - в первой камере происходит элюирование металла в виде ионов в раствор, а во второй электроосаждение ионов на электроде и фильтраци ).

При этом повышаетс  эффективность использовани  воды и электролита, обеспечиваетс  экологически чистый замкнутый цикл, т.к. очищенна  вода возвращаетс  ни промывку, а концентрированный раствор электролита - в ванну гальванопокрыти , ионы т желых металлов не попадают в окружающую среду..

В зависимости от исходной концентрации ионов т желых Металлов в пределах 15- 250 мг/л и рН 2-5, характерных дл  сточных вод гальванического производства, выбираетс  плотность тока в пределах 0,05-0. f5 А/дм2 и скорость циркул ции 30-90 ч). При более низкой, чем 0,05 А/дм2, плотности тока слишком мала-скорость выделени - металла на катоде и будет мала степень очистки . При плотности тока, большей 0,15

ОЭ О

3

/дм2, на катоде совместно с металлом наинаетс  интенсивное выделение водорода.

Меп+ +

2H+ + 2e H2t.

При этом падает выход по току металла , следовательно, эффективность очистки. роме того, указанные параметры по току е вызывают растворение электродов из поистого титана.

При малой скорости циркул ции ( 30 /{м2- ч))степень очистки высока, но резко растет длительность обработки, При высо- кой скорости циркул ции ( 90 л/(м ч|)даже при максимально допустимой плотности тока сточные воды не успевают очищатьс  от ионов т желых металлов до допустимых значений.

Больша  удельна  поверхность и высока  пористость (до 50%) титанового электрода обеспечивай практическое отсутствие диффузионных ограничений при электролизе и достаточную скорость фильтрации. Кроме того, пористые титановые электроды обладают более высокой, электропроводностью , по сравнению с электродами из активированного угл , углеродного волокна или войлока. В выбранном диапазоне плотности тока такие электроды без специальной обработки успешно работают как в качестве катода, так и нерастворимого анода.

В то врем , как на титановом пористом катоде происходит выделение из сточных вод т желых металлов, на совершенно идентичном пористом титановом аноде при отсутствии циркул ции во второй камере идет растворение т желого металла, накоп- лекного на электроде в предыдущем цикле, когда анод был катодом. При этом в св зи с -отсутствием циркул ции концентраци  ионов металла во второй камере возрастает и достигает значений нескольких граммов в литре, что позвол ет по окончании цикла, отключив ток, слить концентрированный раствор и вернуть его в гальваническую ванну . После этого производитс  переключение циркул ции очищаемой сточной воды на опорожненную камеру, перекрываетс  циркул ци  в первой, делаетс  изменение-пол рности электродов. Бывший анод становитс  катодом, а катод - анодом, и процесс продолжаетс . При этом полностью исключаютс  потери т желых металлов , загр знение окружающей среды. Вода, очищенна  в катодной камере от ионов т желых металлов до концентрации 5-7 мг/л, возвращаетс  в промывную ванну, где снова используетс  дл  промывки деталей. В зависимости от исходной концентрации ионов т желых металлов в промывной воде

и условий электролиза (плотности тока, скорости циркул ции) нужна  степень очистки может быть достигнута как.за один проход очищаемой сточной воды через катодную камеру, так и за несколько. В .этом случае организуетс  рециркул ци  до достижени  допустимой остаточной концентрации ионов металла. Необходимо отметить, что в процессе электролиза рН в катодной камере 0 растет, что может вызвать выпадение гидро- ксидов р да металлов. Однако, это практически не мешает очистке, т.к. гидроксиды задерживаютс  фильтрующим электродом, а затем при анодной стадии раствор ютс  5 вместе с металлом.

Способ по сн етс  чертежом, на котором приведено устройство дл  реализации способа, где:

1,2 - титановые пористые электроды; 0 3 -диафрагма;

4, 5 - электродные камеры; В, 7 - камеры очищенной воды; 8, 9 - патрубки подвода очищаемой во- ды:

510, 11 - патрубки дл  слива очищенной воды; . . 12, 13 - запорные вентили; И, 15-вентилидл  слива концентрированного раствора;

0 16 - переключатель пол рности электродов;

17 - источник посто нного тока;

18 - двухходовой кран; 19-сборный бак; 5 20 - центробежный насос;

21 - напорный бак;

22 - трубопровод подачи воды. Способ очистки сточных вод от ионов т желых металлов осуществл етс  следую0 щим образом.,

Пример 1. Исходную реальную промывную воду гальванического сернокислого меднени  с рН 2,7, концентрацией ионов меди (И) 56 мг/л .и сухим остатком 584 мг/л

5 фильтровали через пористый титановый катод при плотности тока 0,15 А/дм2 и скорости циркул ции 36 л/ijto2- ч).После полной смены воды в катодной камере (50-55 мин) концентраци  ионов меди (II) снизилась до

0 7,4 мг/л, а сухой остаток до 280 мг/л, величина рН возросла до 6,8.

Такую воду можно вернуть дл  промывки деталей после нанесени  гальванических покрытий,

5 в анодной камере 5 за это же врем  концентраци  ионов меди (II) возросла до 250 мг/л эр счет растворени  с пористого титанового анода меди, выделенной ранее при катодном процессе, а величина рН стала равной 2.5.

После осуществлени  12 таких циклов концентраци  ионов меди (II) в анодной камере стала 0,59 г/л, объем воды, очищенной в катодной камере, составил 1,88 л со средней остаточной концентрацией ионов меди 6,7 мг/л и сухим остатком 260 мг/л, величина рН 7,1,

Затем ток отключили, слили концентрированный раствор из камеры 5 (объем 150 мл), содержащий 0,59 г/л ионов меди (II). Этот раствор можно вернуть в ванну гальванического меднени  дл  пополнени  убыли электролита за счет уноса его с покрытыми детал ми. На пористом титановом аноде визуально меди не наблюдалось. Переключили циркул цию исходной сточной воды на камеру 5, а в камере 4 циркул цию перекрыли . Сделали переполюсовку электродов, т.е. анод 2 подключили катодом, а катод 1 - анодом и включили ток. Все эти операции занимают 2-3 минуты, так что процесс практически непрерывный. Напр жение на ванне составило в среднем 7,5 В, удельный расход электроэнергии - 6,2 кВт-ч/м сточной воды, степень очистки 88%.

П р и м е р 2. Исходную промывную воду гальванического сернокислого кадмирова- ни  с рН 3,0, концентрацией ионов кадми  75 мг/л и сухим остатком 527 мг/л фильтровали через пористый титановый катод при плотности тока 0,12 А/дм и скорости циркул ции 30 л Дм2- ч).

После двухкратной смены воды в катодной камере 4 концентраци  ионов кадми  снизилась до 5,3 мг/л, сухой остаток - до 252 мг/л, величина рН возросла до 7,2. Така  вода вновь пригодна дл  промывки деталей . .

В анодной .камере 5 за это же врем  концентраци  ионов кадми  возросла до 216 мг/л за счет растворени  с пористого титанового анода кадми , выделенного ранее при катодном процессе, а величина рН стала 2,7.

После осуществлени  10 таких циклов концентраци  ионов кадми  в анодной камере 5 стала 0,71 г/л, а объем воды, очищенной в катодной камере, составил 1,57 л со средней остаточной концентрацией кадми  6,2 мг/л и сухим остатком 247 мг/л, величина рН 6,9.

Далее провели операции переключени  пол рности электродов 1 и 2 и циркул ции, аналогично примеру 1.

Напр жение на ванне составило в среднем 8,7 В, удельный расход электроэнергии 7,1 кВт Ч/м сточной воды, степень очистки 92%.

Аналогичные процессы осуществл лись и Дл  локальной очистки промывных вод от

ионов других т желых металлов - цинка, никел , кобальта и т.д.

Устройство дл  реализации способа содержит диэфрагменный электролизер с 5 электродами из пористого титана 1 и Z,диафрагму 3 из термоусаженной перхлорвини- ловой ткани или анионитовой мембраны (например МА-40), раздел ющую приэлект- родные пространства, но не преп тствую0 щую прохождению электрического тока. Электроды плотно прилегают к стенкам электролизера и образуют электролизные камеры 4 и 5 и камеры очищенной воды 6 и 7. Очищаема  вода поступает в донную

5 часть электролизных камер через патрубки 8 и 9, а очищенна  вода отводитс  из верхней части камер очищенной воды 6, 7 через патрубки 10 и 11. На патрубках 8 и 9 имеютс  запорные вентили 12 и 13. посредством

0 которых можно перекрывать циркул цию в любой из электродных камер. В дне электродных камер имеютс  патрубки с вентил ми 14 и 15 Дп  слива концентрированных растворов. Пористые титановые электроды

5 1 и 2 соединены через переключатель пол рности 16с источником посто нного тока 17.

Дл  осуществлени  процесса очистки воды в несколько Циклов патрубки 10 и 11

0 присоединены к двухходовому крану 18, который может направл ть очищенную до необходимой степени воду на технологические нужды, или, если очистка недостаточна, вновь возвращать ее в сбор5 ный бак 19, откуда центробежным насосом 20 подаетс  в напорный бак посто нного уровн  21. Из бака 21.вода самотеком поступает вновь в камерыЗлектролизера за новый цикл очистки через трубопровод 22. В этот

0 же, бак поступает и исходна  сточна  вода п.еред первым циклом очистки.

Устройство работает следующим образом .

Исходна  сточна  вода поступает через

5 патрубок 12 в электродную камеру 4. Электрод 1 в это врем  должен быть подключен катодом (переключатель 16 находитс  в положении 1). Вода, содержаща  ионы т желых металлов (например меди),проходит

0 через камеру 4 и фильтруетс  через пористый титановый катод 1 . в камеру очищенной воды б. При этом на поверхности титанового катода происходит разр д ионов меди по реакции Си2

5 + 2е Си0, а также, вследствие повышени  рН в приэлектродном слое до величины больше 6, могут выпадать гидроксиды и основные соли меди, которые задерживаютс  в порах титанового катода. В камере 10 со- бираетс  вода, очищенна  до концентрации

5-7 мг/л, если в исходной сточной воде концентраци  ионов меди не превышала 50 мг/л. Така  вода с помощью двухходового крана 18 может быть возвращена в технологический процесс (на промывку деталей или приготовление растворов). Если степень очистки воды недостаточна, то с помощью того же крана 18 она может быть возвращена на повторный цикл очистки в сборный бак 19.

В то врем , как на электроде 1 ш ел катодный процесс осаждени  т желого металла , на электроде 2, включенном как анод, происходило растворение ранее:накоплен- ного (в катодный период) металла например той же меди по реакции Си°-2е Си2+, Циркул ци  в анодной камере 5 отсутствовала , т.к. кран 13 был перекрыт. Таким образом , в анодной камере 5 накапливались ионы меди (II) за счет растворени  металлической меди с анода, а также гидроксидов и основных солей из пор анода, т.к. при электролизе анолит подкисл етс  и величина рН становитс  равной 2. Наличие диафрагмы и отсутствие циркул ции в анодной камере 5 способствуют накоплению меди. После полного растворени  меди с анода (а это происходит , когда в катодной камере 4 пройдет несколько циклов очистки воды -до 10-20 и более), концентрированный раствор из анодной камеры 5 сливаетс  через патрубок с краном 15. Этот раствор имеет высокую концентрацию ионов меди (II) и малый объем (в данных опытах 150 мл) и может быть возвращен в электролизную ванну, где нанос тс  гальванопокрыти .

Далее производитс  переключение циркул ции - открываетс  вентиль 13, закрываетс  вентиль 12. В этом случае через электродную камеру 5 начнет циркулировать сточна  вода, подлежаща  очистке, а в электродной камере 4 циркул ци  прекращаетс . Затем с помощью переключател  16 мен ют пол рность электродов, перевед  его в положение II, при этом электрод 1 станет анодом, а электрод 2 - катодом, и теперь внрвь повтор ютс  все вышеописанные процессы - на электроде 1 пойдет растворение осевшей на катоде в предыдущей серии циклов меди, а на электроде 2 начнетс  накопление меди.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом характеризуетс  непрерывно- стью процесса очистки, возможностью .создани  безотходного замкнутого производства за счет возврата очищенных

вод на промывку, а сконцентрированных - в технологический процесс. Устройство дл  реализации способа отличаетс  компактностью и простотой установки, отсутствием движущихс  частей, длительностью службы

пористых титановых электродов вследствие высокой коррозионной стойкости титана, возможностью полной автоматизации процесса .

Claims (1)

1. Формулаизобретени 

   Способ очистки сточных вод от ионов т желых металлов путем электролиза в двухкамерном диафрагменном электролизере , в одной из камер которого в первом цикле из сточной воды осаждают металл на

   электроде-катоде, пол рность которого в следующем цикле измен ют на противоположную дл  элюировани  осажденного металла в раствор в виде ионов, отличающийс  тем, что, с целью повышени 

   эффективности использовани  воды и электролитов в гальваническом производстве и создани  экологически чистого замкнутого цикла, электроды выполнены из пористого титана и размещены с зазором по отношению к стенкам электролизера, очищаемую

   воду подают в электролизную камеру в про- странство между диафрагмой и электродом,

   элюирование осажденного металла ведут в

   непроточном режиме в электродной камере,

   полученный концентрированный раствор возвращают в ванну гальванопокрыти , периодически производ т смену пол рности электродов, а очищаемую воду в каждом Цикле подают в катодную камеру при скорости циркул ции воды через электрод 30-90 )и на электродах поддерживают плотность тока 0,05-43,15 А/дм .

   ffi

   ЙЯ

   ТУ

   i

   it/

   3si

   22