Плазмохімічне очищення стічних вод різного складу

При обробленні води катіони розчинених металів згідно закону електрохімії рухаються до протилежно зарядженого електроду, вчасності до катоду, при цьому у прикатодній області відбувається концентрування катіонів

а також

або

Оптимальними умовами для утворення осаду є P=2,5∙10⁴ Па, I= 15мА; а для послідуючого його розчинення P=2,5∙10⁴ - 1,5∙10⁴ Па, I= 25 - 40 мА.

Плазмохімічний спосіб очищення є ефективним для розчинів біхромату і хромату калію, а також хромокаліевих квасців з концентраціями згідно хрому від 2,37∙10'⁴ до 7,0∙10'⁴ моль/л.

Відновлення хрому може відбуватися як за рахунок електрохімічної реакції на електроді

так і за рахунок хімічної реакції з пероксидом водню в оброблюваному розчині

При обробленні розчинів сульфату заліза (III) зміна ступеня окиснення заліза не спостерігається; відбувається тільки утворення пероксиду водню.

Висока ефективність методу оброблення розчинів при нейтралізації комплексних ціанідних сполук важких металів пов’язана з тим, що при обробленні стічних вод КНП, разом з гетерофазними процесами електрохімічної деструкції ціанідних сполук, можливі і гомогенні процеси реакцій радикалів середовища.

При дії КНП ціан група руйнується за тим самимже механізмом, але у більшому ступені.

Аналіз літературних даних дозволяє представити в узагальненому вигляді основні методи очищення радіоактивних вод:

1. Передфільтрація (видалення зважених речовин): намивна фільтрація; електромагнітна фільтрація; сепарація у полі дії відцентрових сил.

2. Пряме осадження (переведення в осад колоїдно-дисперсних домішок): пряме осадження; адсорбція на утворюваному осаді (коагулянт).

3. Флотація: флотація осадів; пінна флотація.

4. Сорбція та іонний обмін: органічні іоніти; неорганічні сорбенти; глинисті мінерали.

5. Дистиляція: випаровування.

6. Електрокоагуляція: електрофорез; електролітична коагуляція;

електрохімічна коагуляція.

7. Електродіаліз: гомогенні мембрани; гетерогенні мембрани;

інтерполімерні мембрани.

8. Зворотний осмос (ультрафільтрування): напівпроникні мембрани.

Кожен з перерахованих методів має свої переваги і недоліки. Для реагентних методів, сутність яких полягає у переведенні розчинних радіоактивних елементів у нерозчинні при додаванні різних реагентів з наступним відділенням утворених осадів від розчинника, недоліком є безповоротна втрата цінних компонентів з осадом, тривалість регенерації і виділення кінцевих продуктів, а також неможливість повторного використання очищеної рідини у технологічному циклі внаслідок її забруднення використаними для очищення реагентами. Для електрохімічних методів переведення розчинених у рідких середовищах радіоактивних елементів у нерозчинні з урахуванням широкого спектра комбінацій застосування електричного струму, недоліками є неповнота вилучення радіоактивних компонентів при високих енергетичних витратах, що особливо характерно для розбавлених і сільноразбавленних розчинів.

Застосування плазмохімічного способу очищення дозволяє досягти високої ефективності в області концентрування і вилучення з розчинів з різною активністю синтетичних і природних радіонуклідів з прийнятним рівнем енергетичних витрат. Основним параметром, що забезпечує глибоке вилучення радіоактивних компонентів з водних розчинів, є сила струму у зоні дії нерівноважної плазми. Переносниками струму у розчинах слугують іони. Але так як абсолютні швидкості руху іонів і катіонів у цьому розчині неоднакові, то більшу частку струму переносять швидші іони. Отже зі збільшенням струму лінійно зростає ступінь вилучення з розчинів важких радіонуклідів. Збільшення струму можливе до 150-200 мА. Подальше його підвищення призводить до виникнення дугового розряду і, як наслідок, зниження ефективності процесу.

Особливістю стічних вод гальванічних і травильних виробництв є те, що поряд з іонами полівалентних (важких) металів, у них містяться у значних кількостях супутні мінеральні та органічні компоненти. Вони різноманітні, у більшості випадків токсичні, практично не руйнуються біохімічними та іншими методами і, крім того, істотно ускладнюють вилучення металів. Все ускладнюється ще і тим, що постійне розширення і оновлення асортименту продукції, яка випускається призводить до того, що відбувається постійна зміна складу стічних вод. Основним параметром, що забезпечує глибоке осадження полівалентних металів у результаті плазмового оброблення їх водних розчинів, є сила струму і величина анодної напруги. Основними факторами, що впливають на цю величину, є тиск (Р) у системі (збільшення останнього викликає збільшення напруги на аноді) і відстань (h) між електродом у газовій фазі і поверхнею рідини (при її збільшенні збільшується площа взаємодії плазми і поверхні рідини і змінюється напруга на аноді). При введенні ряду органічних добавок (сечовини, тіосечовини, оцтової кислоти, спиртів, кетонів, альдегідів та ін.) у воду, відбуваються структурні зміни, що впливають на процес взаємодії розчинених іонів з найближчими молекулами і на їх міграційні властивості.

Застосування плазмохімічного способу очищення дозволяє досягти високої ефективності при обробленні розчинів, що одночасно містять сполуки міді, нікелю та цинку.

Показниками найбільш розповсюджених органічних забруднювачів є феноли, канцерогени та галогенвмісні сполуки. Під дією КНП відбувається зниження вмісту фенолу майже у 2 рази. Ефективність очищенні висока, проте вміст фенолів в отриманих водах перевищує ГДК (ГДК - 0,001 мг/дм³) при початковому рівні 10ГДК. Аналогічна закономірність характерна і для бензопірену. Під дією КНП відбувається зниження концентрації бензопірену (на 35%), і його вміст у воді не перевищує норм ГДК. Найбільша ефективність очищення характерна для галогенвмісних сполук, що утворюються у воді при обробленні її хлором на станціях водопідотовлення та є токсичними для людини. В процесі оброблення води плазмовим розрядом спостерігається зниження концентрації галогенвмісних сполук на 78%. При цьому їх кількість знаходиться у межах гігієнічного нормативу (30 мкг/дм³).

3.4