Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ КРАСИТЕЛЕЙ

Изобретение относится к электрохимическим способам очистки сточных вод текстильной и трикотажной промышленности, содержащих красители.

Известен способ очистки сточных вод, содержащие красители, сущность которого заключается в следующем. Сточные воды, содержащие красители, смешивают с пероксидом водорода и подвергают электролизу, в качестве анода в электрохимической ванне используют титан с нанесенным на его поверхность композиционным электрохимическим покрытием платина-графит, содержащим 10-20 мас.% графита, а плотность анодного тока 200-300 А/м² [1].

Недостатком способа является смешивание пероксида водорода с исходным раствором содержащие красители, так как пероксид водорода при электролизе способен восстанавливаться на катоде до воды, что способствует потере его окислительной способности.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению является способ очистки сточных вод от красителей путем электролиза под давлением 0,5-0,6 МПа. Процесс проводят в автоклаве, корпус которого служит катодом [2].

Недостатком указанного способа является использование в качестве анода платинового электрода и низкая скорость очистки сточных вод от красителей.

Задача предлагаемого способа - повышение степени очистки сточных вод от красителей.

Технический результат - повышение эффективности процесса и увеличение производительности электролизера.

Технический результат достигается за счет увеличения выхода продуктов восстановления кислорода, являющихся сильнейшими окислителями, и устранения диффузионных ограничений. Увеличение выхода активных частиц происходит за счет использования порошка из намагничиваемого материала, который обладает большой поверхностью контакта с раствором и растворенным газообразным кислородом, восстанавливающимся на поверхности порошка до пероксидных радикалов и ионов. Кроме того, в данных условиях обесцвечивание высокоокрашенных сточных вод происходит и за счет окисления красителей на аноде и в объеме раствора растворенным кислородом.

Сточные воды, содержащие красители, подвергают электролизу при избыточном давлении кислорода до 1,0 МПа. В качестве анода служит графит, а катодом является порошок из намагничиваемого материала (железный порошок), насыпанный внутрь автоклава. При электролизе сточных вод, содержащих красители, окисление красителей происходит выделяющимся на аноде кислородом и на катоде - активными частицами, образующимися за счет восстановления кислорода. При этом из-за увеличения площади поверхности катода выход активных частиц (ионов O₂ ^-, HO₂ ^-, радикалов HO₂ ^·, НО^· и т.д.) увеличивается, что приводит к повышению эффективности процесса. Перемешивание железного порошка в магнитном поле способствует улучшению массообменных процессов за счет устранения диффузионных ограничений.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что проводят электролиз растворов, содержащих красители, при подаче кислорода под давлением 1,0 МПа при плотности тока 0,1 А/см² в течение 180 мин в автоклаве с насыпным катодом из железного порошка при его перемешивании в магнитном поле. Процесс осуществляется в автоклаве.

Осуществление электролиза сточных вод при анодной плотности тока 0,1 А/см², содержащих органические красители, в данных условиях позволяет обесцветить сточные воды на 100%, при этом в растворе могут оставаться некоторые карбоновые кислоты, в частности малеиновая кислота, не представляющая экологической опасности.

Пример 1. Готовится модельный раствор красителя прямого черного 2С с концентрацией 0,1 г/л в 0,5М растворе Na₂SO₄. Раствор заливают в автоклав с насыпным железным катодом и графитовым анодом, автоклав помещают на лабораторную магнитную мешалку. Проводится электролиз под давлением кислорода 1,0 МПа при плотности тока 0,1 А/см² в течение 180 мин. Степень обесцвечивания раствора составляет 100%, ХПК раствора также снижается практически до нуля.

Пример 2. Для установления доли катодного процесса в общую степень очистки раствора от красителей электролиз проводится в диафрагменном электролизере. В электролизер, как в примере 1, заливается раствор красителя прямого черного 2С с концентрацией 0,1 г/л и 0,5 М раствор Na₂SO₄. При проведении электролиза при давлении 1,0 МПа степень обесцвечивания раствора в катодной камере достигает величины до 99%. Такая зависимость степени обесцвечивания раствора красителя от давления кислорода объясняется тем, что растворимость кислорода с давлением существенно возрастает и на катоде (с большой видимой поверхностью) образуются активные частицы катодного восстановления кислорода.

Пример 3. Электролиз, как и в предыдущем случае, проводят в диафрагменном электролизе и определяют степень очистки в анодной камере. При давлении кислорода 1,0 МПа снижение ХПК составляет 95%.

В таблице показана зависимость степени обесцвечивания раствора от давления кислорода. Осуществление электролиза под давлением кислорода способствует интенсификации окислительного процесса красителя. Как видно из данных таблицы, повышение давления кислорода до 1,0 МПа приводит к существенному ускорению процесса обесцвечивания раствора красителя.

При использовании в качестве катодного материала железного порошка, перемешиваемого в магнитном поле, наблюдается интенсификация обесцвечивания красителя при подаче кислорода под давлением в систему, а также в результате накопления кислорода в автоклаве при электролизе. Полученные результаты можно объяснить увеличением растворимости кислорода под давлением, что способствует росту скорости катодной реакции его восстановления. При осуществлении электролиза под давлением кислорода с использованием железного порошка в качестве катода производительность электролизера увеличивается в 20 раз.

Установлено, что при повышении давления кислорода, плотности тока и времени электролиза степень обесцвечивания раствора красителя прямого черного 2С увеличивается. Оптимальные результаты получаются при давлении кислорода 1,0 МПа, плотности тока 0,1 А/см² и времени электролиза 180 мин.

Способ можно реализовать как в лабораторных, так и в промышленных масштабах при сооружении установок локальной очистки сточных вод цехов крашения текстильно-трикотажных изделий.

Предлагаемый способ обладает рядом преимуществ:

- увеличивается выход активных частиц восстановления кислорода в результате того, что в качестве катода используется насыпной катод из намагничиваемого материала с большой видимой поверхностью;

- осуществление электролиза с использованием железного порошка в качестве катода приводит к увеличению производительности электролизера;

- проведение электролиза под давлением приводит к снижению напряжения на электролизере за счет снижения газонаполнения электролита.

Литература

1. Пат. № 2021977 (Россия). Способ очистки сточных вод от красителей / Першина Е.Д., Фаерман М.Д., Богдановский Г.А./ Опубл. 30.10.1994.

2. Пат. № 2216522 (Россия). Способ очистки сточных вод от красителей / Алиев З.М., Исаев А.Б., Харламова Т.А./ Опубл. 20.11.2003.