Электрохимическая очистка природных вод от сероводорода

УДК 628.31

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПРИРОДНЫХ ВОД ОТ СЕРОВОДОРОДА

© 2010 Гусейнов М.А., Магомедова Д.Ш., Алиев З.М., Шапиев Б.И.*, Муташев Р.К.**

Дагестанский государственный университет * Дагестанская государственная медицинская академия

**СОШ № 10, г. Хасавюрт

Статья посвящена очистке природных и сточных вод от растворенного сероводорода электрохимическим методом. В ходе работы были сняты кривые зависимостей окислительно-восстановительных процессов на аноде и катоде.

The article is devoted to the natural water and the sewage treatment from the dissolved hydrogen sulfide with the electrochemical method. During the work the reciprocal curves of the redox processes at the anode and cathode were made.

Ключевые слова: сероводород, электрохимическая очистка, анодные процессы, катодные процессы, методы дегазации.

Keywords: hydrogen sulfide, electrochemical treatment, anodic processes, cathodic processes, decontamination methods.

Введение

Вода играет исключительно важную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизнедеятельности живых организмов. Дефицит качественной пресной воды, пригодной для использования и отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям, стал одной из самых острых социально-экологических проблем современности и встал в ряд глобальных. Для решения данной проблемы и удовлетворения все более возрастающих потребностей промышленности и сельского хозяйства в пригодной для использования воде, многие страны осваивают все новые источники вод, используют разнообразные методы очистки загрязненных и регенерации использованных вод [5].

Сероводородсодержащие воды, несмотря на их сравнительно широкое распространение в природе, изучены меньше, чем углекислые и другие газосодержащие подземные воды.

Широкое применение природные сероводородсодержащие воды получили в курортной практике для водолечения (Мацеста, Горячий Ключ, Уйск, Пятигорск, Талги, Кемери, Лебен Великий, Чаплинский источник на Чукотке, Хилово и др.). Наличие даже небольшого количества растворенного сероводорода в воде придает ей неприятный запах и привкус, вызывает коррозию металлических предметов и материалов трубопроводов, способствует развитию серобактерий, которые уменьшают внутреннее сечение труб и загрязняют воду, что оказывает отрицательное воздействие и на состояние здоровья человека и животных.

В настоящее время изучается возможность комплексного использования разнообразных природных подземных вод, в том числе и сероводородсодержащих, для теплоэнергетики, водоснабжения промышленных и сельскохозяйственных предприятий, бальнеотехнике [2].

Таблица

Химический состав природной воды Талгинского месторождения РД

Катионы г/л мг- экв./л экв. %

Литий (Ы+) 0,003 0,430

Аммоний №4+) не обн. не обн. не обн.

Калий (К+) 0,066 1,690 2,0

Натрий (№+) 1,366 59,380 61,0

Магний (Мй2+) 0,097 7,990 8,0

Кальций (Са2+) 0,577 28,800 29,0

й и а и ^ о +) 052 0,006 0,140 -

Железо закись (Бе2+) не обн. не обн. не обн.

Железо окись (Бе3+) не обн. не обн. не обн.

Алюминий (ЛР+) не обн. не обн. не обн.

Марганец (Мп2+) не обн. не обн. не обн.

Медь (Си2+) не обн. не обн. не обн.

Свинец (РЬ2+) не обн. не обн. не обн.

Цинк (2п2+) не обн. не обн. не обн.

СУММА 2,115 98,430 100,0

Анионы г/л мг- экв./л экв. %

Фтор (Б") 0,0007 0,04

Хлор (С1") 2,217 62,52 64,0

Бром (Бг-) 0,012 0,16

Йод (I") не обн. не обн.

Сульфат (Б042-) 1,254 26,11 27,0

Г идросульфат (Ш04") 0,074 2,23 2,0

Сульфит не обн. не обн. не обн.

Гидрокарбонат НСОз" 0,450 7,37 7,0

Карбонат (СОз2-) не обн. не обн. не обн.

Г идрофосфат (НР042") 0,00004 - -

СУММА 4,007 98,43 100,0

сероводород общий (ШБ) 0,065

кремниевая кислота (ШБЮз) 0,028

Мышьяк (Лб) не обн.

Бромная кислота (НВГО4) 0,040

Сухой остаток 5,628

Целью данной работы является исследование возможности очистки от растворенного сероводорода термальных вод Талгинского месторождения с использованием электрохимических методов. В таблице приведены данные исследования химического состава природной воды Талгинского месторождения РД.

Растворимость сероводорода в воде зависит от рН среды [2].

В водном растворе Н2Б диссоциирует в два этапа по схеме:

I

0x01

Окислительно-восстановительный потенциал ее равен = +0,1416В, в связи с чем сероводород хорошо взаимодействует со многими окислителями.

Существуют различные методы удаления сероводорода из природных и сточных вод:

1. Безреагентные, включающие термическую и вакуумную дегазации. Они не нашли широкого применения на практике из-за большого расхода энергии на подогрев воды и создание вакуума [1].

2. Реагентные [3]. В качестве реагентов рекомендуется использовать: хлор и его производные, гидрат окиси железа, марганцовокислый калий, кислород и перекись водорода.

Наиболее перспективными для очистки сточных вод от сероводорода являются электрохимические методы и как безреагентные, не изменяющие солевой состав системы, и как сравнительно легко управляемые и высокопроизводительные.

Однако применение электрохимических методов требует больших затрат электроэнергии, что необходимо учитывать при обработке вод с учетом общей минерализации и концентрации сероводорода [4].

В ходе работы нами проводились экспериментальные исследования по измерению электропроводности и электрохимической обработке сероводородсодержащих сточных вод после их использования в бальнеотехнике. По величине электропроводности воды можно судить о степени минерализации ее и целесообразности электрохимической очистки от сероводорода. Концентрацию сероводорода в сточной воде определяли йодометрическим методом по известной методике.

Экспериментальная часть

Для измерения электропроводности исследуемых сточных вод использовали ячейку с двумя платиновыми электродами. Измерения проводили на приборе - CONDUCTIVITY METER TYPE: ОК-102/1.

Измерения электропроводности осуществлялись от источника образования стока сероводородной воды на расстоянии 100, 500 и 1500 метров.

t 0x08 graphic

t 0x01 graphic

Рис. 1. Зависимость электропроводности сероводородсодержащего водного

раствора от концентрации

Как и следовало ожидать, с повышением концентрации сероводорода в воде электропроводность увеличивается. Так, при концентрации Н2Б в воде 24 мг/л электропроводность составила 3,5-10-4 См/см, а при концентрации 64,5 мг/л - 7,17-10"4 См/см.

Процесс электролиза проводили в стеклянной ячейке с использованием платиновых электродов при концентрации Н2Б в исходной сточной воде 64,5 мг/л.

На рис. 2. представлена зависимость степени окисления Н2Б от плотности тока (и).

110 100 90 80 70

^ 60

а'

50 40 30 20 10

0.01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11

2

А/см

Рис.2. Зависимость степени окисления сероводорода от плотности тока

Рис. 2. Зависимость степени окисления сероводорода от плотности тока

Как видно из рисунка, максимальная степень окисления сероводорода наблюдаются при плотности тока 0,1 А/см2. С повышением плотности тока возрастает степень окисления кислорода Н2О, а при ее значении выше 0,07А/см2 снижается эффективность процесса. Были сняты при такой же концентрации сероводорода катодные и анодные поляризационные кривые окисления ионов серы и ионов водорода на платиновых электродах (рис. 3 и 4).

Электролизу подвергали 1 литр сточной воды при силе тока 0,1 А в течение 30 минут, выход по току составляет ~90%.

, тА/см'

и. В

Рис. 3. Анодная поляризационная кривая окисления ионов серы на платиновом электроде в сероводородсодержащей воде

Рис. 4. Катодная поляризационная кривая разрядов ионов водорода на платиновом

электроде

в сероводородсодержащей воде

Анодная поляризационная кривая (рис. 3) состоит из 2-х прямолинейных участков, соответствующих окислению ионов серы до потенциала 1,2В и выделению кислорода начиная с потенциала 1,5В и областью предельного тока между указанным участком.

На катодной поляризационной кривой наблюдаются области электрохимической кинетики до потенциала -0,93В и смешанной кинетики при более отрицательном потенциале.

Выявленные кинетические закономерности показывают возможность использования электролиза для обезвреживания сероводородсодержащих вод и одновременного получения газообразного водорода.

Примечания

1. Кульский Л. А., Строкач П. П. Технология очистки природных вод. Киев : Высшая школа, 1981. С. 223-229. 2. Линевич С. Н. Комплексная обработка и рациональное использование сероводородсодержащих природных и сточных вод. М. : Стройиздат, 1987. С. 88. 3. Линевич С. Н. Очистка природных и сточных сероводородсодержащих вод. Новочеркасск : Новочеркасский политехнический институт. 1979. 49 С. 4. Минц Д. М., Мендриш Г. Л., Монастырский В. И. Электрохимический метод обеззараживания воды с использованием подземных минерализованных вод // Водоснабжение и сантехника. 1974. № 1. С. 33-35. 5. Николадзе Г. И., Минц Д. М., Кастальский А. А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. М. : Стройиздат, 1984. С. 246-256.

Статья поступила в редакцию 27.02.2010 г.

••• Известия ДГПУ, №1, 2G1G

••• Известия ДГПУ, №1, 2G1G

3

5

6

7

8

%• 10-4, см/см

20

30

40

50

7G