CC BY
41
А. И. ИЗЪЮРОВА и И. П. ОВЧИНКИН
Очистка воды электролизом с применением железных электродов
Из научно-исследовательской лаборатории гигиены и эпидемиологии Главсанупра Министерства путей сообщения СССР
Испытания желез-ных электродов для очистки воды электролизом проводились в тех же условиях, в каких проводится очистка воды алюминиевыми электродами1.
Электролиз прудовой воды с помощью железных электродов дает следующие физико-химические изменения в ией (табл. 1).
Таблица 1. Влияние электролиза с применением железных электродов на физико-химический состав воды
ч ¿г ч =я Железо в мг/л Бактериологические данные
Продолжитель- н % Я ж
ь я а
ность электро- ш V СО о. и о X (Г о 3 е< X ° £• о о 4> о в о о а и эХ X О X о, н Е 1-
лиза Про: в см Г а. ч V 3 О ч X н ч <-> и Оц х X м о £ се т 3 •о о ^ о и Ч X о в- * X ч о м
Прудовая исход-
ная . . . 51 7,2 3,0 32 9,00 1,4 _ 1,4 800 1.0
Электролиз
И часа . . . 14 7,3 3,0 32 0,67 7,8 3,2 11,0 640 0,1
1 час .... 7 7,35 3,0 32 4,08 15,й 5,5 21,3 560
1И часа . . 7 7.4 3,0 32 1,38 12,8 8,5 21,3 3-0 1.0
2 .... 7 7,4 3,0 32 0 10,3 9,7 20,0 40 1,0
2 И . . . . 12,5 7,5 3,1 3,4 33 0 3,9 15,3 19,2 —
3 щ • • • 10 7,75 33 0 8,0 21,3 29,2 3 150
Пленка .... 800 0,01
При электролизе воды с применением железных электродов в воду переходят как окисные, так и закисные соединения железа. Количество их за 1 час электролиза доходит до 21,3 мг/л, из них 15,8 мг/л в окисной форме и 5,5 мг/л в закисной.
Закисные соединения в присутствии растворенного кислорода в воде постепенно переходят в окисные. 'Когда весь кислород исчерпан, закисные соединения постепенно накопляются и вода приобретает зеленовато-голубой цвет.
Прозрачность воды в связи с образованием гидроокиси железа с течением опыта все больше снижается, но по мере поднятия в пленку окисной формы вода немного осветляется.
Солевой состав воды при электролизе ее с помощью железрых электродов, судя по данным о щелочности и хлоридах, почти не изменяется, только под конец опыта при большом накоплении закиси железа увеличиваются щелочность и рН воды.
Бактериологические показатели здесь изменяются почти так же, как при электролизе алюминиевыми электродами, т. е., благодаря коагуляции и поднятию коагулянта в пленку, происходит снижение общего числа бактерий и увеличение коли-титра.
Основной задачей при очистке воды с применением железных электродов является освобождение ее от закисных соединений путем
1 Гигиена и санитария, № 3, 1947.
перевода их в окясные. Для этого требуются добавочные окислители в виде кислорода или активного хлора. Кислород можно получить из воэдуха или из химических соединений, хлор — из хлорной извести или можно пользоваться элементарным хлором, который получается из хлоридов воды при электролизе с нерастворимыми анодами.
Наиболее простым способом получения окислителя является аэрация зоды воздухом, которую можно провести, продувая воздух через воду во время электролиза. Проведенные опыты аэрации воды этим методом дали следующие результаты (табл. 2).
Таблица 2. Результаты аэрации воды при электролизе с применением
железных электродов
Продолжительность электролиза Прозрачность в см Цветность Растворенный кислород в мг/л БПК Железо в мг/л Бактериологические данные
окисное 1 закиси ое общее число колоний коли-титр
Прудовая исход- 1
ная ...... >60 76 0 88 3,84 1,15 — 1.15 14 130 0,1
Электролиз 15 ми-
нут ...... 41 — — — 6,0 Нет 6,0
30 минут . . . 24 — ] 0,5.5 — 12,0 12,0 1 460 0,1
1 час . ... 7.5 — 10,10 — 21,0 21,1 960 70
1 час 30 минут 4,6 — 9,; — 33,3 •' 33,3 120 1.0
2 часа .... 5,0 — 7,81 <г- 33,3 33,3
Пропущенная че-
рез бумажный *
фильтр . . . >60 18 0,98 0,08 • 0,08 2 > 100
Приведенные данные показывают, что растворенный кислород в воде водностью не расходуется, а остается в значительных количествах; за-юйзше соединения быстро переходят в гидроокись, образуя обильные хлопья.
Главная масса крупных хлопьев выпадает довольно быстро (через 3<Г минут), а мелкие оседают очень медленно. Так, через 18 часов прозрачность воды дошла до 19,5 см при температуре 3—5°. В теплое летнее время осветление происходит быстрее; та«, например, через 12 часов стояния прозрачность воды дошла до 60 см, при этом в воде осталось железо в количестве 0,1 мг/л.
Но если мутную воду с прозрачностью 2,6 см пропустить через песчаный или бумажный фильтр, то прозрачность ее становится > 60 см, цветность с 76° падает до 18°, ВПК—с 3,84 до 0,98 мг/л, количество бактерий с 14 130 до 2 и коли-титр с 0,1 повышается до > 100.
Освободиться от закисных соединений железа можно также при электролизе воды введением второго анода из графита или никеля. Никелевый анод пригоден при содержании в воде хлоридов до 15 мг/л. Графитированный уголь « никель, являясь нерастворимыми электродами, во время электролиза образуют кислород и активный хлор. Тот и другой продукт электролиза является окислителем закисных соединений железа (табл. 3).
Содержание окислов железа в воде при работе железного анода постепенно увеличивается, а после выключения железного анода и оставления одного никелевого анода вода от железа очищается выделяющимися в процессе электролиза газами (водород и кислород), а хлопья гидрата железа поднимаются в пленку.
Таблица 3. Окисление закисного железа электролизом.
Аноды —никель и железо, катод — железо (данные в мг/л,)
Растворенный кислород в мг/л Железо
Продолжительность электролиза Хлориды Активный хлор общее заки-сное
Электролиз с двумя анодами:1 40 ........ 5,3 4,0 0 0,45 0,69 5,43 4,42 9,37 Следы 16,0 22,0 3,0 Нет » » »
Количество растворенного кислорода в начале опыта немного снижается, вследствие расхода его на окисление закисных соединений железа, а после выключения железного анода и оставления в действии никелевого анода содержание кислорода сильно увеличивается. Кроме кислорода, в воде появляется небольшое количество активного хлора.
Добавочные приемы освобождения от закисных соединений железа источников 'питьевого водоснабжения вряд ли будут нужны, так как -растворимость в воде кислорода достаточна для перевода закисного железа в окиеное. Другое дело с бытовыми сточными водами, где кислорода может совсем и не быть. В этих случаях потребуются дополнительные приемы освобождения воды от закисных соединений железа.
Какой из методов аэрации более приемлем — продувание воздуха снизу во время электролиза, аэрация воды после электролиза на градирне, введение дополнительных нерастворимых анодов или применение химических реагентов, — подскажет экономика и опыты в полупроизводственных условиях.
В некоторых случаях, смотря по требуемой степени очистки воды, можно сточную воду после электролиза прямо опускать в отстойник, как это производили Уебстер и др.
При очистке бытовых сточных вод в зимнее время при содержании кислорода в них 7,73 мг/л мы получили воду со следующими показателями (табл. 4).
Таблица 4. Очистка бытовой сточной воды электролизом с применением железных анодов и фильтрацией через песчаный фильтр
(данные в мг/л)
9 т Продолжительность электролиза и фильтрования Прозрачность в см ГП о. Хлориды Железо общее Растворенный кислород Окисляемое 1ь БПК Бакте логич( дань ЯС о ш 5 Ч К О в- м рио-:ские ше = о. ч 1-о я X н А V
Сточная исходная 1.5 6,5 106 6,6 7,73 101,5 198,97 15 600 \ 0 0001
Электролш 1 час 2,5 6,6 103 46,0 1,67 50,75 53,55 3 600 0,001 0,8 7,0
Электролиз 1 час 31,5
30 минут . . . 4.5 6.7 102 48,0 Нет 28,70 100 1,0
Фильтрование 1 час 35,0 6,7 102 3,2 — 31,72 21,24 —
Фильтрование 1 час 26,15
30 минут . . . 40,0 6,7 102 5,0 — 7,02 2 10,0
1 Вначале были включены 2 анода (железный и никелевый); через 40 минут железный анод был выключен.
Сточная вода, взятая из Ростокинской аэростанции московской канализации, представляет смесь бытовых и промышленных сточных вод. Активная реакция у нее довольно низкая, количество бактерий также невелико.
При очистке ее электролизом в течение Р/г часов снижение ВПК доходит до 85,6%>, а после фильтрования—до 96,5%. В бактериологическом отношении она также значительно улучшается. Окисляемость этой воды остается довольно высокой.
Содержание железа в воде после очистки сравнительно высоко, потому что при низкой температуре коагуляция окиси железа происходит медленно. Но даже такая мутная ¡вода (с прозрачностью в 4,5 см) содержит мало органических окисляющих веществ и при стоянии в термостате при температуре 20° в течение 5 суток не загнивает. Это указывает на то, что органические вещества скоагулировались и поднялись в пленку; мутность же воды обусловливается присутствием гидратов окиси железа.
Проведенные опыты электролиза прудовой воды без дополнительной аэрации, но с фильтрацией сразу же после электролиза через песчаный фильтр и дальнейшим электролизом ее с помощью угольных электродов для обеззараживания дали очищенную и обеззараженную воду с хорошими физико-химическими и бактериологическими показателями (табл. 5).
Таблица 5. Прудовая вода, очищенная и обеззараженная электролизом
л к V >я л Бактериологи-
V н и о я ■о л и О К 3 о о «с 3 а: я _ V 0.0 <_> о X ческие показатели
" я в- и о 3 3 о ж
Время тролиз; Г о. о. п _ О 5е О." С а X н и а сг о е; V N О О « и Ч 4> £ ч си о ч X а 5 ч < С! О с. и о н ч и о 2 = а- м ч о в м О Ъ£ С из число КОЛОНР 1 КОЛИ-титр
Прудовая ис-
ходная . . . —. 7,45 30 56 3,0 13,2 1,45 44,0 Нет 6,16 7,62 2,63 1600 0,01
Электролиз же- 15
лезными ано-
дами минут 7,3 6 — 3,0 13,2 20,0 44,0 — 1,87 5,46 2,18 1300 0,01
Фильтрация че-
рез песчаный
фильтр —■ 7,55 60 17 2,8 6,6 0,22 44,0 — 2,36 4,28 0,49 8 10,0
Электролиз 15
угольными %1'г '
анодами . . минут 7,1560 20 2,8 17,60,20 40,0 0,67 2,56 4,28 3 >111
Как показывают данные таблицы, после 15-минутного электролиза с помощью железных электродов, затем фильтрования и обеззараживания электролизом с помощью угольных электродов также в течение 15 минут мы из грязной прудовой воды получили питьевую воду стандартного качества.
Для получения хорошей коагуляции взвешенных и .коллоидальных веществ очищаемой воды требуется от 18 до 23 мг/л железа. Такое количество железа при электролиз© получается без исчезновения растворенного кислорода в воде в течение 12—20 минут при силе тока 0,1 А и напряжении 7 V. Инженер Н. И. Панов (из Института им. Эрисмана) в своей работе указывает также, что доза железа в 20 мг/л вполне достаточна для коагуляции.
Из проведенных опытов видно» что количество бактерий при электролизе воды с алюминиевыми (и железными электродами сильно сни-
жается, но в процессе электролиза они не гибнут, а лишь концентрируются в пленке.
Для создания необходимой бактерицидности в воде нами изучалось действие медных электродов. Проводимые бактериологом В. И. Штуцер наблюдения показали, что при медных электродах происходит не только удаление бактерий в пленку, как при алюминиевых и железных электродах, но и гибель микроорганизмов.
Обеззараживание воды электролизом с применением медных электродов вполне возможно. Однако рекомендовать этот способ мы воздерживаемся, поскольку осадок, полученный при очистке, не подвергается биологическому разложению и воду необходимо подвергать тщательной очистке, чтобы удалить из нее всю муть, обладающую ядовитыми качествами.
Выводы
1. При электролизе с применением железных электродов вода очищается так же хорошо, как и при алюминиевых электродах, но только при условии фильтрования воды, так как окись железа коагулируется медленно.
2. При работе с железными электродами в водах с небольшим содержанием растворенного кислорода, например, сточных, потребуется введение дополнительного окислителя для перевода закиси железа в окись. Окисление можно получить, применяя аэрацию или вводя дополнительные нерастворимые аноды — графитовые 'или никелевые.
3. В очищенной воде, подвергнутой электролизу с применением железных электродов, количество бактерий сильно снижается, но при очистке питьевых вод все же желательно подвергнуть ее обеззараживанию (хлорирование электролизом).
4. Расход электроэнергии на очистку воды электролизом в "лабораторных условиях проведения опытов довольно высок, но при правильном устройстве производственной установки соответствующей высоты и площади электродов эта величина значительно снизится.
Н. Н. ТРАХТМАН
К методике определения активного хлора
в воде
Из кафедры коммунальной гигиены I Московского ордена Ленина медицинского института
При хлорировании воды, производимом хлором или раствором хлорной извести, возникает необходимость в определении величины активного, или так называемого остаточного, хлора как условного показателя достаточности инициальной дозы и эффективности хлорирования. До сих пор в литературе не имеется единого мнения по поводу методики этого определения.
В «Стандартных методах исследования питьевых и сточных вод» (1927) рекомендовалось производить определение активного хлора иодометрическим методом при подкислении крепкой уксусной кислотой. В «Стандартных методах химического и бактериологического исследования воды» (1940) рекомендуется тот же способ, но с подкис-лением буферным раствором с рН, равным 4,5.
2 Гигиена и санитария, № 7
