Техникасы мен технологиясы
жүктеу/скачать 0,66 Mb. Pdf көрінісі
|
табиги суларды тазарту адистери
| Су тазартудың электрохимиялық əдістері.
Ағынды суларды электрохимиялық тазарту əдістерін, олардың құрамындағы органикалық, сондай-ақ бейорганикалық əр түрлі еріген жəне диспергирленген қоспаларды бөліп алу үшін қолданылады. əдіс технологиялық схемасының қарапайымдылығымен, тазарту кезінде реагенттер қолданылмайтындығымен сипатталады. Электр энергиясының шығыны көп жұмсалатындығы – əдістің кемшілігіне жатады. Су тазартудың барлық электрохимиялық əдістерін негізгі үш топқа бөлуге болады: айналу əдісі, бөлу əдісі жəне аралас əдістер. Əдістердің бірінші тобы залалсыздандыру жəне судан тезірек бөліп шығару мақсатымен, ластаушы заттардың физика-химиялық жəне фазалық- дисперстік сипаттамаларын өзгертеді. Əдістердің екінші тобы бөліп алынатын заттың физика-химиялық жəне фазалық-дисперстік қасиеттерін айтарлықтай өзгертпей, қоспаларды электролиттің локальды көлемінде қоюландыруға арналған. Үшінші топқа бір аппаратта ластаушы заттарды айналдырудың жəне бөліп алудың бірнеше əдістерін біріктіретін əдістер жатады. Электрохимиялық процестердің жүруі зарядталған бөлшектердің екі фаза арасында алмасуына, фазалардың бөліну шекарасында электр потенциалының кенет өзгеруіне негізделген. Егер мысал ретінде теріс зарядталған электродты алсақ, оның бетінде оң иондардан тұратын қабат пайда болады, яғни электр потенциалы кенет өзгереді де, электр тогы түзіледі. Табиғи жəне ағынды суларды тазартудың электрохимиялық əдісі электролиттердің судағы ерітінділерінің электролиз процесін жүргізгендегі электр энергиясына негізделген. Электролиз келесі элементтерден тұратын системаларда жүргізіледі: - электролит ерітіндісінен – иондарға диссоциацияланған екінші текті өткізгіштен, (ластанған сулар негізінен электролиттер ерітіндісі болып табылады, себебі оның құрамында ылғи да əр түрлі концентрациялы иондар болады); - электродтардан – электролиттер ерітіндісіне батырылған бірінші текті өткізгіштерден; - сыртқы ток күшінен; - ток өткізгіштерден – электродтарды ток көзімен жалғастыратын, бірінші текті металл өткізгіштерден; Металл өткізгіштердегі электр тогы – бұл ток көзінің теріс полюсынан оң полюсына қарай жылжитын электрондардың ағыны. Егер ток көзінің полюстарын металл өткізіштермен жалғастырсақ, онда ток көзі оң полюс арқылы насос сияқты электрондарды өзіне сорады да, теріс полюс арқылы өткізгішке итеріп отырады. Егер электролит ерітіндісіне ток көзінің полюстарымен жалғастырылған екі электрод батырылған болса, олардың біреуі оң (анод), екіншісі теріс зарядталады (катод). 46 Су өзі нашар өткізгішке жатады, электрондар суда металл өткізгіштегідей қозғала алмайды, алайда электролиттердің диссоциациясы кезінде түзілген иондар, екі бағытта қозғалады: оң иондар (катиондар) катодқа қарай, теріс иондар (аниондар) анодқа қарай жылжиды. Катиондар катодқа жетіп, өздеріне жетіспей тұрған электрондарды қосып алып, нейтраль атомдарға немесе атомдар тобына (молекулаға) айналады. Сонымен қатар, аниондар өздерінің «артық» электрондарын анодқа беріп, олар да нейтральды атомдар мен атомдар тобына айналады. Электрондардың катиондардан катодқа, жəне аниондардан анодқа үздіксіз ауысуы электрондардың электродтарды ток көзінің полюстарымен жалғастыратын өткізгіштегі қозғалысын ұстап тұрады. Электродтардың бөліну шекарасында – ерітінді электр өткізгіштіктен иондық өткізгіштікке ауысады, жəне де электр тогының екінщі текті өткізгіштер арқылы өтуі, электродтарда электрохимиялық реакция өнімдерінің, яғни иондар мен электродтардың əрекеттесуінің өнімдерінің түзілуімен қатар жүреді. Электродтардың электрод – ерітінді бөліну шекарасындағы ион мен электрон арасындағы реакция, электр энергиясының химиялық энергияға айналуын анықтайды. Элекролиз кезінде тотығу-тотықсыздану процестері жүреді: анодта электрон беру (тотығу), катодта – электрон қосып алу (тотықсыздану). Алайда электрохимиялық рекциялардың механизмі заттардың əдеттегі химиялық айналымынан мүлдем өзгеше. Электролиз процесін жүргізудің, химиялық реакциялардың жүруіне қарағандағы айырмашылығы, реагенттерді жəне электрондар атомдар немесе молекулалардың бір тобынан екіншісіне металл электрод-өткізгіштер арқылы жүзеге асырылатын, түзілген гетерогенді системаларды бөлу қажет. Кез келген электролиздің негізі – электр тогының көмегімен электрод- ерітінді шекарасында заттардың ыдырау процестері немесе жаңа өнімдер алу процестері болып табылады. Электролиз кезінде, ерітіндінің құрамындағы компоненттердің фазалық-дисперстік жағдайына байланысты, коллоидтардың электрокинетикалық қасиеттерімен байланысты құбылыстар да байқалуы мүмкін. Осы кезде қатты немесе газ тəрізді өнімдердің түзілуімен жүретін, немесе жеке фазалар мен процестердің бөлінуінсіз, электрод материалының еруі арқылы жүретін, тотығу жəне тотықсызданудың электрохимиялық реакциялары жүруі мүмкін. Электролиз жүретін ерітіндінің көлемінде электрод процестерінің əсерінен ортаның активті реакциясы (рН) жəне системаның тотығу-тотықсыздану потенциалы (Еh) өзгеруі, сондай-ақ су қоспаларының фазалық –дисперстік айналымы (өзгеруі) жүреді. Су ерітінділері электролизінде электродтардағы негізгі процестерге: катодта – сутек бөлінеді, металл иондарының разряды металдың электрохимиялық бөлінуімен жүреді (тұнуы), немесе жеке фаза бөлінуімен жүретін заттардың тотықсыздануы, немесе металл электродтарының еруі. Электрохимиялық процестерді су дайындау жүйесінде жəне ағынды суларды тазартуға қоолданудың кейбір мысалдарын қарастырайық. 47 Катодта бөлінген сутек көпіршіктерінің сұйықтың құрамындағы ерімеген қоспаларды сұйықтың көлемінен оның бетіне тасымалдайтын қабілеті бар: сутек көпіршіктері су ағынымен көтеріле отырып, қоспа бөлшектерімен кездесіп, оларға жабысады да судың бетіне флотациялайды. Электролизді газ көпіршіктерін алу үшін пайдалану, ағынды суларды жүзгіндерден, коллоидты ластанудан электрофлотациялық тазарту əдісінде, сондай-ақ беттік активті заттардың көбікті сепарациясында қолданыс тапты. Металл иондары разрядының қатты фаза бөліну арқылы жүретін, катодтық процестеріне ағынды суларды цинк, никель, мыс, кадмий жəне т.б. иондардан (мысалы гальваника өндірісінің ағынды суларын) тазарту үшін қолданылатын металлдардың электрокристаллизация процестері жатады. Катодтық процестер органикалық заттарды да тотықсыздандыру үшін қолданылуы мүмкін. Органикалық заттардың катодтық тотықсыздануы сутек иондарының атомарлық сутек жəне органикалық қосылыстардың атомарлық сутекпен химиялық тотықсыздануынан тұратын екі бірінен кейін бірі жүретін разрядынан тұрады. Анодтық процестерді екі процеске бөлуге болады: еритін жəне ерімейтін анодта жүретін процестер. Ерітіндінің тұздық құрамына жəне электролиз жағдайларына байланысты электрохимиялық еру процесіне ұшырамайтын материалдардан жасалған анодта жүретін типтік процестерге оттек жəне хлор бөлінуі жатады. Сутектің асқын тотығы, озон, басқа да қосылыстар түзілуі мүмкін. Осы кезде түзілген анодтық өнімдердің түзілген моментінде химиялық энергияның ерекше үлкен қоры бар, өте күшті тотықтырғыштарға жатады, сондықтан олар табиғи жəне ағынды суларды органикалық қосылыстардан залалсыздандыру жəне тазарту үшін кең қолданылады. Ас тұзы ерітіндісін немесе табиғи хлоридтер ерітіндісін – жер асты минералды суларын жəне теңіз суларын – натрий гипохлориді ерітіндісі сияқты судың жоғары тиімді дезинфектанттарын алу үшін қолданады. Ағынды суларды ерімейтін электродтар пайдалану арқылы жүретін электрохимиялық тазарту процесінде органикалық қоспалардың анодтық тотығу процестерінің үлкен маңызы бар, олардың көпшілігі көмір қышқыл газын, азот, аммиак жəне басқа да газ тəрізді өнімдер түзіп терең деструктивті ыдырауы мүмкін. Темір, алюминий, мыс, мырыш жəне басқа да металдардан жасалған анодтарды қолданған кезде ерітіндіде осы металдардың иондары өтуімен, электролиттік еруі жүреді, соңынан гидролиз арқылы ерімейтін гидроксидтер түзеді. Жаңадан түзілген гидроксидтердің коллоидты жəне жүзгін бөлшектеріне адсорбциялық активтілігі жоғары. Жалпы түрде электрокоагуляция деп аталатын осы процесс, суды ерімеген қоспалардан, кейде электрогенерирленген коагулянттардың ұлпақтарында сорбциялану қабілеті бар еріген қосылыстардан да тазарту үшін кеңінен қолданылады. Суды электрохимиялық өңдеу процесінің бір түріне электродиализ жатады – электродтар арасын бөлек камераға бөліп тұратын жартылай өткізгіш мембраналар қолдану арқылы жүретін электролиз процесі; осы кезде тұздардың 48 иондарын бөліп алуға, концентрлі минералды жəне органикалық қышқылдар, сондай-ақ күйдіргіш сілті алуға болады. Электродиализ тұзды жəне тұздырақ суларды тұщыландыру үшін, сондай-ақ шахта суларынан, басқа да ағынды сулардан еріген тұздарды бөліп алу үшін қолданылады. Электрохимиялық активті ион алмасу мембраналары қолданылатын электродиализаторлар жоғары концентрлі өндірістік ағынды сулардан бағалы компоненттерді бөліп алу үшін ұсынылады. Сонымен электрохимиялық процестер су дайындау технологиясында жəне ағынды суларды тазартуда қазіргі кезде кең қолданыс тауып отыр жəне болашақта да табуы мүмкін. Электрохимиялық əдістер су жүйелерін тазартудың физика-химиялық əдістеріне жатады. Ол көп сатылығымен жəне су тазарту аппараттарында жүретін физика-химиялық құбылыстардың салыстырмалы күрделілігімен ерекшеленеді. Жекелеген стадияларының механизмі мен жүру жылдамдығы көптеген факторларға байланысты. Ол факторларды электроөңдеу аппараттарын оптималды құрастыру жəне су тазартудың технологиялық процесін ұтымды жүргізу үшін тауып, ескеру қажет. жүктеу/скачать 0,66 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|