Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

К настоящему времени разработаны и внедряются в промышленных масштабах

следующие альтернативные методам на основе хлора методы обеззараживания воды:

озонирование, ультрафиолетовое облучение и другие методы.

Антисептик под названием "анавидин" разработан специалистами Иркутского института химии СО РАН. С его помощью можно осуществлять обеззараживание питьевой и бытовой воды. При этом, в отличие от жидкого хлора, которым сейчас осуществляется обеззараживание, антисептик не обладает вредным воздействием на организм человека.

Анавидин обладает широким спектром антибактериального действия, причем уничтожает ряд бактерий и вирусов, устойчивых к хлору. Кроме того, анавидин не имеет токсичного действия, хорошо растворяется в воде, не придает ей дополнительных вкусов и запахов. В процессе приготовления не требует специальных сооружений и дополнительных мер безопасности. Для обеззараживания воды требует 1 мг препарата на 1 л воды, полная очистка воды происходит через 60 минут.

Применение анавидина для очистки питьевой воды разрешено Департаментом Государственного санитарно-эпидемиологического надзора РФ. Препарат может использоваться как в промышленности, так и в системе очистки городских сточных вод.

Также применяются другие дезинфицирующие вещества: Аламинол, Акватабс 8, Деконекс 50, Гипохлорид кальция, Дехлор, Жавелион 1500, ЖавельСолид 1500, Клорсепт-17, Клорсепт-25, Ника экстрам, Пюржавель 1500, Хлорамин и т.д.

1.3.1. Электрохимические методы

Наиболее часто при этом прибегают к использованию электрохимических методов.

Электрохимические методы обеззараживания природных и сточных вод находят всё более широкое применение в технологии водоподготовки как у нас в стране, так и за рубежом.

В настоящее время наиболее перспективным методом является метод обеззараживания воды с использованием электролитического гипохлорита натрия, получаемого на месте потребления путем электролиза растворов хлоридов. Сохраняя все достоинства метода хлорирования с применением жидкого хлора, метод обеззараживания электролитическим позволяет избежать основных трудностей таких как транспортирование и хранение токсичного газа.

Гипохлорит натрия применяется для обработки бытовых и промышленных вод, для разрушения животных и растительных микроорганизмов, устранения запахов (особенно образующихся из серосодержащих веществ), обезвреживания промышленных стоков, например, от цианистых соединений.

Он может быть использован для обработки воды, содержащей аммоний. Процесс осуществляют при температуре выше 70⁰С в щелочной среде с добавлением СаСl₂ или CaCO₃ для разложения соединений аммиака.

Для очистки от фенолов ( содержание 0,42 – 14, 94 мг/л) используют 9% раствор гипохлорита натрия в количестве 0,2-8,6 мг/л. Степень очистки достигает 99,99%. При обработке гипохлоритом воды, содержащей фенолы, происходит образование фенолоксифенолов.

В ходе обработки вод, содержащих гумусовые кислоты, последние превращаются в хлороформ, дихлоруксусную кислоту, трихлоруксусную кислоту, хлоральдегиды и некоторые другие вещества, концентрация которых в воде значительно ниже. Известны данные об использовании натрия для удаления ртути из сточных вод.

2. Процесс обеззараживания воды на основе гипохлорита натрия

2.1.Общие сведения о процессе электролитического получения

гипохлорита натрия

При электролизе на электродах при пропускании электрического тока через растворы или расплавы электролитов протекают окислительно-восстановительные реакции.

Электрохимический способ получения гипохлорита натрия (NaClO) основан на получении хлора путем электролиза водного раствора хлорида натрия (NaCl) и его взаимодействии со щелочью в одном и том же аппарате – электролизере.

В данном случае, когда в качестве электролита используется раствор поваренной соли, сущность процесса заключается в следующем:

На аноде идет разряд ионов хлора (процесс окисления):

2Cl^- =Cl₂ + 2e^-

Выделяющийся хлор растворяется в электролите (NaCl) с образованием хлорноватистой и соляной кислот:

Cl₂ + H₂O = HClO +HCl

На катоде происходит разряд молекул воды (процесс восстановления):

H₂O + e^- = OH^- + H⁺

Атомы водорода после рекомбинации выделяются из раствора в виде газа, оставшиеся же в растворе ионы OH^- образуют возле катода с ионами Na⁺ щелочь.

Вследствие перемешивания анолита с католитом происходит взаимодействие хлорноватистой кислоты со щелочью с образованием гипохлорита натрия:

HClO + NaOH = NaClO + H₂O

Если все количество щелочи, образующееся на катоде, будет поступать к аноду, то процесс электролиза протекает только с образованием раствора гипохлорита натрия.

Получающийся гипохлорит натрия в значительной степени диссоциирует с образованием ионов ClO^- , которые способны к дальнейшему анодному окислению с образованием хлорат-иона СlO₃^-:

6СlO^-+6OH^- -6e^-=6H₂O +4Cl^- +2ClO₃^- + 1,5O₂

Концентрация ионов СlO^- существенно влияет на дальнейший ход электролиза. Ионы ClO^- разряжаются при значительно меньших потенциалах анода, чем ионы Сl^-, поэтому уже при незначительных концентрациях гипохлорита натрия на аноде начинается совместный разряд ионов Сl^- и СlO^-.

Образование хлората может протекать и химическим путем по реакции:

2HClО+ClO^- = ClO₃^-+2Cl^- + 2H⁺

Получаемый раствор гипохлорита натрия достаточно стоек и может длительное время храниться без значительного разложения при соблюдении следующих факторов, влияющих на его стойкость:

1. низкая температура ( не более 20⁰С)

2. исключение воздействия света

3. отсутствие ионов тяжелых металлов

4. значение водородного показателя рН не менее 10

Разряд ионов Сl^- приводит к образованию гипохлорита натрия с постепенно увеличивающейся концентрацией, а разряд ионов СlO^- уменьшает его концентрацию. При достаточной длительности электролиза скорости этих двух процессов становятся одинаковыми (v₁=v₂) и дальнейший рост концентрации образующегося гипохлорита натрия прекратится.

Поэтому задачей получения гипохлорита натрия является осуществление процесса электролиза в таких условиях, при которых равновесная концентрация гипохлорита натрия наступала бы как можно позднее. Очевидно, что этим условиям будут благоприятствовать все факторы, облегчающие разряд ионов Сl^- и затруд­няющие разряд ионов CIО^-.

2.2.Факторы, влияющие на электролиз хлорида натрия

Наиболее существенное значение для ведения электролиза на оптимальном уровне имеют следующие факторы:

1. концентрация растворов хлоридов

2. температурный режим

3. анодная плотность тока

4. характер движения жидкости

5. способ разложения электродов

1. Чем выше концентрация хлоридов, тем меньше перенапряжение выделения хлора и тем больше сдвигается его равновесный потенциал в электро­отрицательную сторону. Следовательно, увеличение концентрации NaCI облегчает выделение хлора. Однако чем выше концентрация раствора NaCI, тем больше расход поваренной соли на 1 кг гипохлорита натрия, поэтому в практических условиях концентрацию раствора хлористого натрия выби­рают в зависимости от требуемой концентрации гипохлорита натрия. Чем меньше раствор должен содержать гипохлорита, тем меньше может быть исходная концентрация NaCI .

2. Процесс окисления гипохлорита с последующим образованием хлоратов замедляется при понижении температуры раствора, поэтому электролиз це­лесообразно вести при низких температурах в интервале 20—25°С.

3. Выход гипохлорита по току увеличивается с возрастанием анодной плот­ности тока, так как в этих условиях затрудняется доступ ионов СlO^- к аноду. При очень малых плотностях тока, отвечающих интервалу потенциалов +0,8—1,33 В, на аноде будет выделяться кислород, затем при достижении равновесного потенциала выделения хлора начнется совместное выделение кислорода и хлора, причем с ростом плотности тока выход хлора по току будет быстро возрастать. При плотностях тока около 1000 А/м² на выделе­ние кислорода будет расходоваться всего несколько процентов тока.

4. Весьма существенное значение имеет характер движения электролита. Если прианодный слой электролита не нарушается, то в нем находится преимущественно слабо диссоциированная хлорноватистая кислота, а обра­зование гипохлорита натрия происходит на некотором расстоянии от анода. В этом случае ионы СlO^- могут поступать к аноду из глубины раствора только благодаря диффузии и электропереносу, поэтому при отсутствии пе­ремешивания прианодного слоя в растворе может накапливаться гипохлорит натрия более высокой концентрации, чем это соответствует началу раз­ряда ионов СlO^-, Из сказанного следует, что необходимо избегать механического перемешивания раствора.

5.Для проведения процесса электролитического получения гипохлорита натрия с минимальными энергетическими затратами большое значение имеет выбор материала анода. Аноды работают в условиях непосредственного соприкосновения с химически активными веществами, поэтому основным требованием к материалу анода является их химическая устойчивость. От стойкости электродных материалов и их удельного износа зависят продолжительность эксплуатации, затраты на ремонт и обслуживание электролизеров. Материал анода должен способствовать разряду ионов Сl^-,т. е. перенапряжение хлора на нем должно быть наименьшим.

2.3.Характеристика катодов и анодов установки электролиза

хлорида натрия

С конца 60-х годов началось широкое внедрение в хлорную промышленность и постепенная замена графитовых электродов на титановые аноды из диоксидов рутения и титана. За рубежом они нашли применение под названием DSA (dimensionally stable anodes). В отечественной практике они применяются под названием ОРТА (оксидные рутениево-титановые аноды). ОРТА являются официально зарегистрированным товарным знаком.

Малоизнашиваемые аноды типа ОРТА обладают рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с графитовыми электродами:

Они обладают более высокими селективными и электрокаталитическими свойствами (перенапряжение выделения хлора на ОРТА значительно ниже) по отношению к основному процессу – выделению хлора на аноде. Это позволяет при всех прочих равных условиях ведения электролиза осуществлять процесс при более низком значении напряжения на ванне и интенсифицировать его, используя более высокие анодные плотности тока (вплоть до 10 кА/м² на ртутных электролизерах, что недостижимо на графите). Тем самым увеличивается выход конечного продукта с единицы поверхности анода, что обеспечивает возможность выполнять конструкции электролизеров меньших габаритов при аналогичной производительности.

Коррозионная стойкость ОРТА значительно выше, чем у графитов анодов – время непрерывной эксплуатации металлоксидных анодов (без существенной потери своих электрофизических характеристик) в диафрагменных хлорных электролизерах составляет ~ 5-6 лет, в электролизерах с ртутным катодом ~ 1,5 и более лет, в хлоратных и гипохлоритных электролизерах ~ 1 год. Графитовые аноды в хлорных электролизерах имеют срок пробега не более 6 месяцев; в хлоратных и гипохлоритных электролизерах не более 3-4 месяцев. При этом ОРТА, имея достаточно хорошие технико-эксплуатационные характеристики, позволяют проводить процесс электролитического получения ГПХН при минерализации хлорида в питающем растворе до 20-25 г/л. Это обстоятельство дает возможность проводить электролиз до более глубокой степени конверсии поваренной соли и снижает ее удельный расход в пересчете на конечный продукт.

Аноды типа ОРТА и их модификации (термин «dimensionally stable anodes» дословно означает «размерно стабильные аноды» или, что более принято на практике – «аноды неменяющихся размеров») в процессе длительной эксплуатации не меняют своей формы и в первую очередь межэлектродного расстояния по отношению к противоэлектроду (катоду), что несвойственно графиту. Титановую подложку анодов по мере срабатывания активного покрытия можно подвергать многократной регенерации и повторному нанесению активного покрытия, что в условиях и относительной дороговизны титана является немаловажным положительным фактором.

К недостаткам ОРТА можно отнести их сравнительно высокую стоимость. Для сохранения их коррозионной стойкости следует предусматривать меры, предотвращающие повышение анодного потенциала. ОРТА нельзя рекомендовать для использования в установках с периодическим изменением полярности электродов, поскольку в результате восстановления окислов образуется металлический рутений, который не стоек в условиях анодной поляризации. Однако, несмотря на указанные недостатки окисно-рутениевых анодов, из всех новых разработанных МИА они нашли наиболее широкое применение на практике.

Характеристики

Список файлов реферата