Электрохимическая очистка воды

Кроме солей вода содержит мелкодисперсные примеси, которые представляют собой устойчивые коллоидные системы. Эта проблема особенно остро ощущается теми, кто в качестве источника водоснабжения выбрал поверхностный или подповерхностный водоем, например, пробурил скважину на песок. Для удаления взвешенных частиц целесообразно использовать устройства для электрохимической очистки воды.

Как работают и где применяются способы электрохимической очистки воды

Вода, полученная из природных источников, является электролитом, то есть проводником электрического тока. Большинство ее естественных примесей - это соли, которые вымываются из пород водоносного горизонта. Они диссоциируют на положительно заряженные ионы металлов и кислотные остатки с отрицательным зарядом.  Способность воды проводить электрический ток используется в промышленной и коммерческой водоподготовке.

В коллоидных системах частицы постоянно находятся во взвешенном состоянии. Это свойство обусловлено броуновским движением, стерическим эффектом и электростатическим отталкиванием. Мелкодисперсные примеси испытывают постоянные соударения с молекулами воды и никогда не "слипаются" между собой. Поэтому отстаивание коллоидных растворов не дает эффекта.

Электрохимическая очистка воды представляет собой комбинацию химических превращений, сопровождающихся воздействием постоянного электрического тока. Они позволяют преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия и перевести коллоидные растворы в форму, удобную для удаления.

Наиболее популярные методы электрохимической очистки воды

В водоподготовке применяют две технологии электрохимической очистки воды - электрохимическую коагуляцию воды и электрофлотацию. Они достаточно хорошо изучены и дают стабильные результаты.

Электрокоагуляция

Для электрохимической коагуляции (электрокоагуляции воды) используют электролизер с растворимыми электродами. Анод изготавливают из алюминия, магния или стали. Материал катода не имеет принципиального значения. В установках с реверсивной работой его делают из того же материала, что и анод. При воздействии электрического тока в электролизере происходят следующие процессы:
Атомы металла на аноде превращаются в ионы (Meⁿ⁺) с выделением электронов и растворяются в воде. Вода разлагается на кислород (O₂) и ионы водорода (H⁺).

На катоде происходит разложение молекул воды с выделением газообразного водорода (H₂) и гидроксильного иона (OH^-).
Процессы, протекающие в объеме электролита, определяются его pH и составом примесей.

В результате работы электролизера взвеси вступают в реакции с образованием осадка, который может быть удален отстаиванием или при помощи механического фильтра.

Электрофлотация

Электрофлотационная очистка (электрофлотация) основана на переносе взвешенных частиц из объема воды на ее поверхность пузырьками газов. H₂ и O₂ образуются на электродах. Благодаря высокой дисперсности пузырьки газа способны захватывать мельчайшие частицы вплоть до ионов. Загрязнения приобретают хлопьевидную форму и удаляются без особого труда.

В установках водоподготовки электрокоагуляция и электрофлотация часто работают в тандеме, что повышает эффективность очистки.

Электромембранные методы очистки

Кроме электрохимической обработки воды, существуют также электромембранные методы.Разность потенциалов является движущей силой для очистки электромембранными методами - электродиализом и электродеионизацией. Эти технологии нацелены на обессоливание воды, или удаление ионов растворенных солей.

Электродиализ

В процессе электродиализа ионы переносятся к противоположно заряженному электроду через специальные ионоселективные мембраны.  В простейшей электродиализной ячейке «работают» катод, анод, катионообменная и анионообменная мембраны. Они разделяют раствор на чистую обессоленную воду и два потока концентрата.

Мембраны не пропускают молекулы воды и другие частицы с нейтральным зарядом. Электродиализ позволяет снизить солесодержание и довести его до «питьевых» нормативов.

Электродеионизация

Технологическая вода для химического производства, фармацевтики, подпитки паровых котлов требует глубокого обессоливания. В результате электродеионизации удается получить пермеат высокой чистоты с удельным сопротивлением до 20 МОм × см.

В установке электродеионизации пространство между ионоселективными мембранами заполняется смесью ионообменных смол, которые также участвуют в поглощении ионов. Процессы ионного обмена в смолах и их регенерация происходят непрерывно, и это считается одним из базовых преимуществ метода.

Электрохимическое обеззараживание воды

Электрохимическое обеззараживание воды - это технология, которая считается одной из самых современных и эффективных альтернатив классическому хлорированию. В процессе электролиза хлорид натрия превращается гипохлорит - сильнодействующий дезинфектант. Солевой раствор подается в электролизер в постоянном или периодическом режиме в зависимости от конструкции установки электрохимического обеззараживания воды. Полученный гипохлорит добавляется в воду, подлежащую обеззараживанию.

Такая технология электрохимической водоподготовки позволяет отказаться от производства, транспортировки и хранения жидкого хлора. Вместо него используется дешевое и безопасное сырье - поваренная соль. Для сокращения расхода гипохлорита натрия выполняется предварительная дезинфекция методом озонирования.

Преимущества электрохимических установок для очистки воды

Электрохимические способы применяются как для подготовки питьевой воды, так и для очистки сточных вод. К основным преимуществам электрохимических фильтров для воды можно отнести:

1. Сравнительно небольшие массово-габаритные характеристики установок для очистки воды.
2. Низкие энергозатраты.
3. Работа электрохимических установок не требует добавления вредных реагентов, не повышает общего солесодержания в воде на выходе.
4. Неутилизируемый остаток образуется в малых количествах и может быть размещен на полигоне.
5. Применяются для удаления железа, умягчения воды, обеззараживания и обессоливания.

Возможность применения методов электрохимической очистки питьевой и сточных вод определяется предварительным лабораторным исследованием образцов воды, взятой из источника. Необходимо выяснить состав раствора, определить его качество по всем целевым показателям и в соответствии с этим выбрать компоненты для системы комплексной водоочистки. Наличие некоторых примесей в исходной воде может привести к тому, что на выходе образуются вредные или опасные продукты реакций. Если электрохимическая очистка проводится в соответствии с правильной технологической схемой, то эффективность дезинфекции, удаления взвешенных и растворенных веществ будет высокой.