В.Ф. Панин
Теоретические основы защиты окружающей среды
Конспект лекций по учебной дисциплине. Томск: ТПУ, 2009. – 115с.
2. Защита гидросферы от загрязнений
2.7. Очистка сточных вод
2.7.5. Химическая очистка сточных вод
К
химической очистке сточных вод [19] относят, как правило, очистку от загрязнений при
использовании химических реагентов. Она широко применяется при локальной
очистке сточных вод предприятия. В целом, химочистка стоков может быть
использована и как доочистка промышленных сточных вод, например, их
дезинфекция. Основные методы химической очистки: нейтрализация и окисление.
2.7.5.1. Нейтрализация
Типичная реакция нейтрализации:
.
При подборе соответствующей концентрации
нейтрализующего иона, например, ОН-, вводимого в стоки с гашёной
известью, концентрация каждого из ионов становится приблизительно равной, то
есть значение рН приближается к 7. К нейтральным относятся воды с рН = 6,5...8,5.
Чаще
всего стоки загрязнены кислотами: серной Н2SO4, азотной
НNO3, соляной HCl или их смесями, реже - азотистой HNO2,
фосфорной H3PO4, сернистой H2SO2,
сероводородной H2S и органическими, например, уксусной CH3COOH,
пикриновой HOC6H2(NO2)3, угольной H2CO3
и др.
Способы
нейтрализации:
а) взаимная нейтрализация кислых и щелочных стоков;
б) нейтрализация реагентами;
в) фильтрование через нейтрализующие материалы.
Взаимная
нейтрализация кислых и щелочных стоков. Кислые стоки в промышленности
обычно сбрасываются равномерно в течение суток, щелочные – по мере отработки
щелочных растворов, для которых необходимо устраивать регулирующий резервуар.
Из резервуара щелочные стоки равномерно выпускаются в камеру реакции, где и
происходит взаимная нейтрализация. Метод особенно распространён в химической
промышленности.
Нейтрализация
стоков реагентами. В качестве реагентов используются растворы кислот,
негашёной СаО и гашёной извести, кальцинированной соды Na2CO3,
каустической соды NaOH, аммиака NH3OH. Реагентная нейтрализация
используется в случаях, когда на предприятии образуются только или кислые, или
щелочные стоки, или если невозможно произвести взаимную нейтрализацию кислых и
щелочных стоков.
Для
нейтрализации минеральных кислот применяют любой щелочной реагент, чаще
известь, а также карбонаты кальция или магния, например:
,
.
Образующийся гипс кристаллизуется из разбавленных
растворов (таковыми являются сточные воды) в виде CaSO4 × 2H2O.
Для
нейтрализации органических жирных кислот используют известь, содержащую 25…30 %
активного оксида кальция или смесь извести с 25%-ной технической аммиачной
водой.
Нейтрализация
стоков фильтрованием через нейтрализующие материалы. Обычно применяется
для нейтрализации кислых сточных вод, в качестве нейтрализующих материалов
используются известь, известняк, доломит CaCO3×MgCO3, магнезит MgCO3,
обожжённый магнезит MgO, мел CaCO3. Крупность фракций
фильтроматериала 3…8 см, скорость фильтрования до 5 м/ч, продолжительность
контакта – не менее 10 мин.
Конструктивно
фильтры выполняются с вертикальным движением кислых стоков.
При
нейтрализации кислых стоков предусматривается надёжная изоляция оборудования
или изготовление его из кислотоупорного материала. Методы расчёта
нейтрализационных установок приведены в [17, 21].
2.7.5.2. Окисление
Метод
используется для обезвреживания стоков, содержащих токсичные соединения
(цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые
нецелесообразно извлекать из сточных вод или очищать другими методами: стоки
участков гальванических покрытий в машиностроении и приборостроении; стоки
производств переработки свинцово-цинковых и медных руд в горнодобывающей
промышленности; стоки цехов варки целлюлозы в целлюлозобумажной
промышленности и т.п.
При
очистке стоков используют окислители: хлор, гипохлорат кальция и натрия, хлорную
известь, диоксид хлора, озон, кислород воздуха и технический кислород. Реже
применяют пероксид водорода, оксиды марганца, перманганат и бихромат калия.
Окисление
активным хлором – один из наиболее распространенных способов очистки стоков
от ядовитых цианидов, сероводорода; содержание цианидов в стоках может
достигать 100 мг/л и более, и это требует их очистки перед подачей на
биологическую очистку или перед выпуском в водоём.
Так,
окисление ядовитых цианид –ионов СN- производится переводом их в
нетоксичные цианиты CNO-, которые гидролизуются с образованием ионов
аммония и карбонатов:
,
.
Окисление цианидов хлором можно проводить только в
щелочной среде (рН ³ 9…10) образующиеся цианиты можно окислить до элементарного
азота и диоксида углерода:
,
.
При снижении рН происходит прямое хлорирование цианида
с образованием токсического хлорциана:
.
При наличии в стоках аммиака, аммонийных солей или
органических веществ, содержащих аминогруппы, хлор, хлорватистая кислота и
гипохлориты вступают с ними в реакцию, образуя моно- и дихлорамины и
трёххлористый азот:
,
,
.
Окисление кислородом воздуха используется для окисления сульфидных стоков и стоков
нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Окисление гидросульфидной и
сульфидной серы протекает через ряд стадий:
.
При этом сера изменяет свою валентность с –2 до +6.
Если рН = 7…13,75, то продуктом окисления сероводорода,
гидросульфида сульфита является тиосульфат.
Разрушение
сульфидных соединений можно осуществлять диоксидом углерода, содержащимся в
дымовых газах, при этом образование карбонатов происходит следующим образом:
,
.
Выделяющийся
сероводород – сырьё для получения серной кислоты.
Озонирование.
Озон способен разрушить (обезвредить) в водных растворах при нормальной
температуре многие органические (неорганические) вещества, его преимущество в
том, что его можно получить непосредственно на очистной станции (посредством
тихого электрического разряда в газовой среде) из технического кислорода или
кислорода атмосферного воздуха.
Так,
уже упомянутые ядовитые цианид-ионы под воздействием озона окисляются в
нетоксичные цианит-ионы:
.
Принципиальная
технологическая схема озонирования стоков состоит из двух основных узлов:
получение озона и очистка сточных вод.
Озон
и его водные растворы чрезвычайно коррозионны. Наиболее устойчивые материалы:
нержавеющая сталь и алюминий.
Озонирование
эффективно при очистке стоков от фенолов, циклопентана, циклогексана,
тетраэтилсвинца, цианидов, крезолов, поверхностноактивных веществ. Процесс
озонирования можно интенсифицировать совместным воздействием озона и
ультразвука или озона и УФ-излучения.
Электрохимическое
окисление. В его основе лежат анодное окисление и катодное восстановление.
На аноде (графит, магнетит, диоксиды свинца, магния, рутения, нанесённые на
титановую основу) в зависимости от солевого состава стоков и условий
электролиза выделяются кислород и галогены, окисляются некоторые органические
вещества. На катоде (свинец, цинк, легированная сталь) происходит выделение
газообразного водорода и восстановление некоторых органических веществ.
Опыт
применения электрохимических методов для очистки стоков показал их высокую
эффективность при удалении фенолов, цианидов, нетросоединений, сульфидов,
аминов, кетонов, альдегидов, спиртов.
Для
снижения расхода электроэнергии и интенсификации окисления в сточные воды
добавляют минеральные соли, обычно NаCl, который разлагается с выделением на
аноде атомов хлора, участвующих в процессе окисления, например:
,
.
Основные
параметры процесса: плотность тока до 100 А/м2; объёмная плотность
тока до 3 А/л; количество вводимого хлорида натрия 5…10 г/л.
Радиационное
окисление органических и минеральных веществ в сточных водах происходит за
счёт реакции этих веществ с продуктами радиолиза воды: (в
присутствии кислорода), Н2О2, Н+. В качестве
источников излучения могут быть использованы радиоактивные кобальт и цезий,
тепловыделяющие элементы (твэлы), радиационные контуры, ускорители электронов.
Имеется лабораторный опыт очистки стоков от фенолов, цианидов, красителей,
инсектицидов, поверхностно-активных веществ.
Радиационное
окисление примесей в стоках – перспективный метод. В практике очистка стоков
пока широко не используется из-за сложного аппаратурного оформления и больших
затрат.
|