Рис. 2.7. Схема электролизера с псевдоожиженным электродом:
1 — пористый распределитель потока раствора; 2 -электролизер;
3, 4 —токопроводящие электроды; 5 – псевдоожиженный слой частиц
Стремление приблизить производительность электролизера к производительности химического реактора, в котором процесс протекает во всем объеме сточной воды, привело к созданию конструкций электролизеров с насыпными или кусковыми электродами (рис. 2.8).
Рис. 2.8. Схема электролизера с графитовым насыпным анодом:
1 - графитовая разделяющая плита; 2 -катодные выступы; 3 -насыпной кусковой анод; 4 - канал для отвода газа; 5 -рама; 6 -канал для подвода сточной воды; 7 -канал для отвода сточной воды
В качестве материала загрузки может использоваться железо, алюминий, графит, свинец, ферромарганец, магнетит с размерами кусков от 1,5 до 10 см.
Конструкция электрода типа «Swiss-roll» представляет собой свернутый на металлическом стержне в длинный рулон «сэндвич» из двух электродов (анод и катод) и диафрагмы из неэлектропроводного материала между ними (рис. 2.9). Диафрагмой 4 служит пористый материал, например, полипропиленовая ткань или сетка. Она нужна для того, чтобы исключить электрический контакт между анодом и катодом и создать некоторое пространство для электролита (сточной воды). Рулон, состоящий из двух электродов и диафрагмы, помещается в электролизер.
Рис. 2.9. Конструкция электрода типа «Swiss-roll»:
1 - стержень; 2 - катод; 3 - анод; 4 -диафрагма
Электрический ток подводится к катоду 2 через корпус электролизера, а к аноду 3 через центральный металлический стержень 1. Движение воды осуществляется в направлении, параллельном центральному стержню.
Электролизеры типа «Swiss-roll» имеют следующие достоинства: относительно большая удельная поверхность электродов, возможность использования дешевых материалов для их изготовления, компактность и простота конструкции, высокая производительность благодаря использованию больших скоростей массопереноса, однородность распределения потенциала по поверхности электродов, достижение высоких выходов по току.
В различных отраслях народного хозяйства страны (в первую очередь, в машиностроении, приборостроении, авиастроении) широко применяется технология нанесения гальванических покрытий. Гальваническое производство является одним из крупных потребителей цветных металлов и достаточно дорогих химикатов. Оно расходует не менее 25% олова, 15% никеля, 50% кадмия, производимых в нашей стране. Общая поверхность изделий с гальваническим покрытием на 2000 г. составила около 2 млрд м2 в год, расход кислот и щелочей для этих покрытий составляет десятки тысяч тонн.
При химических покрытиях и подготовительных операциях потери химикатов с промывными водами иногда в десятки раз превышают их расход на обработку поверхности. Ежегодно при промывке изделий после гальванических и химических покрытий из рабочих ванн выносится не менее 3300 т цинка, 2400 т никеля, 500 т хрома, десятки тысяч тонн кислот и щелочей.
Для промывки изделий после гальванических покрытий ежегодно расходуется не менее 650 м3 воды. Расход воды на промывку после подготовительных операций в 3-7 раз превышает расход воды на промывку после гальванических покрытий, т. е. на производство гальванических покрытий ежегодно используется более 3200 м3 воды.
Источниками загрязнения окружающей среды в гальванотехнике являются не только промывные воды, но и отработанные концентрированные растворы. Сбросы отработанных растворов по объему составляют 0,2-0,3% общего количества сточных вод, а по общему содержанию сбрасываемых загрязнений достигают 70%. Залповый характер таких сбросов нарушает режим работы очистных сооружений, приводит к безвозвратным потерям ценных материалов.
Соединения металлов в сточных водах гальванического производства весьма вредно влияют на экосистему водоем - почва - растение - животный мир - человек. Например, соединения кадмия даже в очень малых концентрациях оказывают резко выраженное токсическое действие на рыб и другие водные организмы. Соединения меди также достаточно вредны для водной среды, при концентрации более 4 мкг/л оказывают токсичное действие и тормозят развитие многих водных организмов. Весьма вредны соединения шестивалентного хрома. При концентрации в воде более 0,1 мкг/л хром начинает накапливаются в организме рыб, а при концентрации более 10 мкг/л оказывает токсичное действие на микрофлору водоемов. Кадмий, медь, цинк, никель, хром и олово аккумулируются в водных организмах до весьма высокого уровня. Концентрация тяжелых металлов во многих водных бассейнах нашей страны уже достигла таких значений, когда они начинают отрицательно влиять на флору и фауну водоемов.
При поливе из водоемов цветные металлы выносятся на поля и концентрируются в верхнем наиболее плодородном гумусосодержащем слое почвы.
