ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Основными методами химической очистки сточных вод являются нейтрализация и окисление.

Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед их сбросом в водоемы или использованием в технологических процессах нейтрализуют. Практически нейтральными считаются воды, имеющие pH 6,5—8,5.

Нейтрализацию можно проводить различным путем: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, абсорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией аммиака кислыми водами. В процессе нейтрализации могут образовываться осадки.

Для нейтрализации кислых вод используют NaOH, КОН, Na2C03, NH4OH (аммиачную воду), СаС03, MgC03, доломит (CaC03 MgC03), цемент. Наиболее доступным реагентом является гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием 5—10% активной извести Са(ОН)2. Иногда для нейтрализации применяют отходы производства, например, шлаки металлургических производств.

Реагенты выбирают в зависимости от состава и концентрации кислой сточной воды. Различают три вида кислотосодержащих сточных вод:

  • • воды, содержащие слабые кислоты (Н2СОэ, СН3СООН);
  • • воды, содержащие сильные кислоты (НС1, HN03);
  • • воды, содержащие серную и сернистую кислоты.

При нейтрализации производственных сточных вод, содержащих серную кислоту, реакция в зависимости от применяемого реагента протекает по уравнениям

При нейтрализации известковым молоком сточных вод, содержащих серную кислоту, в осадок выпадает гипс (CaS04-2H20), что вызывает его отложение на стенках трубопроводов.

Для нейтрализации щелочных сточных вод используют также различные кислоты или кислые газы, например, отходящие газы, содержащие С02, S02, N02, N203 и др. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовывать сточные воды, но и одновременно очищать от вредных компонентов сами газы.

Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами является ресурсосберегающей технологией, так как при этом ликвидируется сброс сточных вод, сокращается потребление свежей воды, экономится тепловая энергия на подогрев свежей воды, а также очищаются дымовые газы от кислых компонентов (С02, SO, и др.) и от пыли.

Химическая обработка сточных вод наряду с нейтрализацией в ряде случаев может включать окисление загрязнений, содержащихся в сточных водах. Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды).

Для очистки сточных вод используют, например, следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, гипохлориты кальция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, пероксид водорода, кислород воздуха, пероксо- серные кислоты, озон, пиролюзит и др.

В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в результате химических реакций переходят в менее токсичные, которые удаляют из воды.

Активность вещества как окислителя определяется величиной окислительного потенциала. Первое место среди окислителей занимает фтор, который из-за высокой агрессивности не может быть использован на практике. У других веществ величина окислительного потенциала следующая: у озона — 2,07; у хлора — 0,94; у пероксида водорода — 0,68; у перманганата калия — 0,59.

Окисление активным хлором. Хлор и вещества, содержащие активный хлор, являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов и др.

При введении хлора в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты:

Окисление цианидов хлором можно проводить только в щелочной среде (pH > 9—10):

Образующиеся цианаты можно окислить до элементарного азота и диоксида углерода:

При наличии в сточной воде аммиака, аммонийных солей или органических веществ, содержащих аминогруппы, хлор, хлорноватистая кислота и гипохлориты вступают с ними в реакцию, образуя моно- и дихлорамины, а также треххлористый азот:

Окисление кислородом воздуха. Реакция окисления кислородом идет в жидкой фазе при повышенных температуре и давлении. При окислении сточных вод целлюлозных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств протекают следующие реакции:

С повышением температуры и давления скорость реакции и глубина окисления сульфидов и гидросульфидов увеличиваются.

Кислород воздуха используют также при очистке воды от железа. В этом случае реакция окисления в водном растворе протекает по схеме

Разрушать сульфидные соединения можно также диоксидом углерода, содержащимся в отходящих дымовых газах. Образование карбонатов происходит по следующим уравнениям:

Выделяющийся сероводород, выносимый дымовыми газами и паром, направляется на сжигание, а при использовании диоксида углерода он служит сырьем для получения серной кислоты.

юо

Озонирование. Озон — сильный окислитель, обладающий способностью разрушать в водных растворах при нормальной температуре многие органические вещества и примеси. Окисление озоном позволяет одновременно обеспечить обесцвечивание воды, устранение привкусов и запахов и обеззараживание. Озон окисляет как неорганические, так и органические вещества, растворенные в сточной воде. Озонированием можно очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др. При обработке воды озоном происходит разложение органических веществ и обеззараживание воды; бактерии погибают в несколько тысяч раз быстрее, чем при обработке воды хлором.

При проведении реакции окисления сероводорода на первой стадии наблюдается выделение серы, а на второй — окисление непосредственно до H2S04:

Реакции протекают одновременно, но при избытке озона преобладает вторая.

При окислении цианидов протекают следующие реакции:

Действие озона в процессах окисления может происходить в трех различных направлениях: непосредственное окисление с участием одного атома кислорода; присоединение целой молекулы озона к окисляемому веществу с образованием озонидов; каталитическое усиление окисляющего воздействия кислорода, присутствующего в озонированном воздухе. Окисление веществ может быть прямым и непрямым, а также осуществляться катализом и озонолизом.

Непрямое окисление — это окисление радикалами, образующимися в результате перехода озона из газовой фазы в жидкость и его саморазложения.

Озонолиз представляет собой процесс фиксации озона на двойной или тройной углеродной связи с ее последующим разрывом и образованием озонидов, которые, как и озон, являются нестойкими соединениями и быстро разлагаются.

Процесс очистки сточных вод значительно ускоряется при совместном использовании ультразвука и озона, ультрафиолетового облучения и озона. Ультрафиолетовое облучение ускоряет окисление в 102-104 раза.

Эффективным способом является электрохимическое окисление. Электрохимические методы очистки основаны на электролизе производственных сточных вод. Химические превращения при электролизе могут быть весьма различными в зависимости от вида электролита, а также материала электродов и присутствия различных веществ в растворе. Основу электролиза составляют два процесса: анодное окисление и катодное восстановление.

Электрохимическую обработку целесообразно применять при очистке концентрированных органических и неорганических загрязнений и небольших расходах сточных вод. Эффективность электрохимического окисления представлена ниже на примере электролизной обработки отработанной культуральной жидкости производства кормовых дрожжей при плотности тока 20 мА/см2 в виде зависимости химического потребления кислорода (ХПК, мг/л) от времени t (мин):

ХПК, мг/л 1468 1369 1247 1126 1024 879 742 652

t, мин О 5 10 15 20 25 30 35

Анализ представленных выше данных показывает, что при электролизной обработке отработанной культуральной жидкости производства кормовых дрожжей при плотности тока 20 мА/см2 ХПК очищаемой жидкости снижается примерно в 2 раза в течение 35 мин, что подтверждает высокую эффективность использования электрохимического окисления.

В качестве анода используют электролитически нерастворимые материалы (уголь, графит, магнетит, диоксиды свинца, магния, рутения), нанесенные на титановую основу, в качестве катода — свинец, цинк и легированную сталь. Большое значение при электрохимическом окислении имеет плотность тока.

Чтобы предотвратить смешение продуктов электролиза, особенно газов (водорода и кислорода), которые могут образовывать взрывоопасные смеси, применяют керамические, полиэтиленовые, асбестовые и стеклянные диафрагмы, разделяющие анодное и катодное пространство.

В процессе анодного окисления происходит деструкция органических веществ с получением промежуточных или конечных продуктов окисления (органических кислот, С02, Н20).

При электролизе щелочных сточных вод, содержащих цианиды, на аноде происходит окисление цианид-ионов с образованием ци- анат-ионов и их дальнейшее электрохимическое окисление до конечных продуктов:

В целях повышения электропроводимости сточных вод, снижения расхода электроэнергии и интенсификации процесса окисления в сточные воды добавляют минеральные соли. Наиболее эффективно добавление хлорида натрия, который разлагается с выделением на аноде атомов хлора, участвующих в процессе окисления:

Известны способы радиационного окисления. При действии излучений высоких энергий на водные среды, содержащие различные органические вещества, возникает большое число окислительных частиц, обусловливающих процессы окисления. Радиационно-химические превращения протекают не за счет радиолиза загрязняющих воду веществ, а за счет реакции этих веществ с продуктами радиолиза воды: ОН-, НО2- (в присутствии кислорода), Н202, Н+ и егидр (гидратированный электрон), первые три из которых являются окислителями. В качестве источников излучения могут быть использованы радиоактивные кобальт и цезий, тепловыделяющие элементы, радиационные контуры, ускорители электронов.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Назовите основные методы химической очистки сточных вод.
  • 2. Перечислите реагенты, используемые для нейтрализации сточных вод.
  • 3. По какому показателю оценивается активность вещества как окислителя?
  • 4. Укажите вещество, занимающее первое место среди окислителей.
  • 5. Опишите особенности действия хлора как окислителя.
  • 6. Что такое озонирование? Укажите возможности его использования в практике очистки сточных вод.
  • 7. Перечислите возможности совместного использования ультрафиолета и озона.
  • 8. Опишите возможности анодного окисления в процессах очистки сточных вод.

Темы рефератов

  • 1. Методы химической очистки сточных вод. Нейтрализация.
  • 2. Методы химической очистки сточных вод. Окисление.
  • 3. Реагенты, используемые для нейтрализации сточных вод.
  • 4. Окислители, используемые в практике очистки сточных вод.
  • 5. Хлорсодержащие реагенты, используемые в практике очистки сточных вод в качестве окислителя.
  • 6. Озонирование сточных вод.
  • 7. Обработка сточных вод ультрафиолетом.
  • 8. Комплексная обработка сточных вод реагентами и ультрафиолетом.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >