Электролиз. 
Экология

По своей сути электролиз водных растворов является совокупностью процессов, протекающих в растворе при пропускании через него электрического тока, таких как:

• • миграция ионов;
• • диффузия ионов, разряжающихся на электродах;
• • электрохимические реакции разряда ионов;
• • вторичные химические реакции продуктов электролиза между собой, с веществом электролита и электрода.

В электролизере при пропускании электрического тока на катоде идет выделение газообразного водорода, разряд растворенных в воде металлов с образованием катодных осадков соответствующих металлов, восстановление некоторых ионов воды и органических веществ с образованием новых продуктов (рис. 5.17).

На аноде (из неактивного металла), в зависимости от солевого состава сточных вод и условий электролиза, выделяются газообразный кислород и галогены, окисляются некоторые ионы воды и органические примеси с образованием новых продуктов. При использовании активных анодов (из железа или алюминия) идет их электролитическое растворение и переход в виде ионов в раствор. Затем эти ионы при соответствующем значении pH превращаются в гидраты окислов или основные соли металлов, которые могут выполнять коагулирующие функции.

Иногда катодное и анодное пространства разделяют пористой полунепроницаемой перегородкой (диафрагмой или ионообменной мембраной). Назначение перегородки — не допускать смешения растворов, препятствовать диффузии, переносу нерастворимых частиц, не затрудняя при этом переноса ионов. Тогда поступающая на обработку вода либо последовательно проходит каждую из двух образовавшихся камер, либо циркулирует в одной из них.

Рис. 5.17. Схема электролизера:

1 — корпус; 2 — анод; 3 — катод; 4 — диафрагма Эти процессы используются для очистки сточных вод от растворенных примесей (цианидов, аминов, спиртов, альдегидов, нитросоединений, сульфидов, меркаптанов). В процессах электрохимического окисления вещества, находящиеся в сточной воде, полностью распадаются с образованием диоксида углерода С0₂, аммиака NH₃ и воды или образуются более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалять другими методами.

Эффективность электрохимических методов оценивается плотностью тока, напряжением, коэффициентом полезного использования напряжения, выходом по току, выходом по энергии.

Плотность тока — это отношение силы тока к единице площади поверхности электрода (А/м², А/см²):

Напряжение электролизера определяется как сумма разности электродных потенциалов и падения напряжения в растворе:

где е._Л и е_к — равновесные потенциалы анода и катода; Ае_я и Ае_к — величины анодной и катодной поляризации; Д{/_эл и Д⁷_диаф_Р — падение напряжения в электролите и на диафрагме.

Падение напряжения в электролите (сточной воде) при отсутствии пузырьков газа определяют по закону Ома:

где i — плотность тока в сточной воде, А/см²; р — удельное сопротивление электролита, Ом • см; б — межэлектродное расстояние, см.

При выделении газовых пузырьков вследствие удлинения потока между электродами At/, возрастает.

Коэффициент полезного использования напряжения — это отношение разности электродных потенциалов к напряжению электролизера:

Выход по току — это отношение теоретически необходимого количества электричества к практически затраченному, выраженное в долях единицы или в процентах.