Химические методы очистки сточных вод

К химическим методам относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Химическую очистку проводят как предварительную перед биологической или после нее как метод доочисткн сточных вод.

Нейтрализация применяется для обработки производственных сточных вод многих отраслей промышленности, содержащих щелочи и кислоты. В большинстве своем кислые стоки содержат соли тяжелых металлов, которые необходимо из них выделять. Нейтрализация сточных вод осуществляется с целью предупреждения коррозии материалов водоотводящих сетей и очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах. В практике применяются следующие способы нейтрализации:

- взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод (нейтрализация смешением);

- нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь, гашеная известь, кальцинированная сода, аммиак и др.);

- фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит, магнезит, мел и др.).

Нейтрализацию смешениемприменяют, если на одном предприятии или на соседних предприятиях имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в емкостях с мешалкой или без премешивания. В последнем случае используют барботаж воздуха при скорости его подачи 20 - 40 м/с.

Реагентную нейтрализацииосуществляют на станциях. Для нейтрализации кислых вод могут быть использованы: NaOH, КОН, Na₂CO₃, аммиачная вода, СаСО₃ и т. д. Наиболее дешевым реалентом является гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием активной извести Са(ОН)₂
5 - 10 %.

В случае нейтрализации фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы,используют слой магнезита, доломита, известняка. Процесс ведут в фильтрах - нейтрализаторах. Для нейтрализации щелочных сточных вод используют отходящие газы, содержащие СО₂, SO₂, NO₂ и др. Применение кислых газовпозволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно производить высокоэффективную очистку самих газов от вредных примесей.

Окислительный метод очисткиприменяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные вещества (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые целесообразно извлекать из сточных вод, либо очищать другими методами (сероводород, сульфиды). Такие виды сточных вод встречаются в машиностроительной (цехи гальванических покрытий), горнодобывающей (обогатительные фабрики свинцово - цинковых и медных руд), нефтехимической (нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы), целлюлозно - бумажной (цехи варки целлюлозы) и в других отраслях промышленности. В качестве окислителей используют газообразный и сжиженный хлор, гипохлорит кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха и др. В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в результате химических реакций переходят в менее токсичные, которые удаляют из воды.

Окисление хлором.Для окисления ядовитых цианидов, сероводорода, гидросульфида, сульфида, метилмеркаптана используется хлор или его соединения. При введении хлора в воду образуется хлорноватистая и соляная кислоты:

Сl_2: + Н₂О ® НОСl + НСl.

Далее происходит электролитическая диссоциация хлорноватистой кислоты, степень которой зависит от рН среды. При рН = 4 молекулярный хлор практически отсутствует:

НОСl ® Н⁺ + ОСl^-.

Сумма С1^- + HOCl + ОСl^- называется свободным «активным хлором». В присутствии аммонийных соединений в воде образуется хлopноватистая кислота, хлорамин NH₂Cl и дихлорамин NHCl₂. Хлор в виде хлорамина называется связанным «активным» хлором. Процесс хлорирования проводят в хлораторах периодического и непрерывного действия, напорных и вакуумных. Принципиальная схема очистки вод хлорированием показана на рис. 48.

Рис. 48. Схема установки для очистки воды хлорированием: 1 - усреднитель; 2, 5 – насосы; 3 – инжектор; 4 – емкость.

Хлорирование проводится в емкости, включенной, в систему циркуляции. В инжекторе газообразный хлор захватывается сточной водой, циркулирующей в системе до тех пор, пока не будет достигнута заданная степень окисления, после чего вода выводится для использования.

Источниками «активного» хлора могут быть также хлорат кальция, гипохлориты, диоксид хлора. Хлорат кальция (хлорную известь) получают при взаимодействии

СаСl₂ + Сl₂ ® CaOCl₂ + Н₂О.

Гипохлорит натрия образуется при пропускании газообразного хлора через раствор щелочи:

Сl₂ + 2NaОН ® NaClO + NaCl + H₂O.

При введении гилохлорита натрия в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты по реакции:

NaClO + Н₂О = НСlO + NaOH

При обезвреживании вод от цианидов процесс проводят в щелочной среде. Очистка основана на окислении токсичных примесей в менее токсичные (приблизительно в 1000 paз) цианат-ионы с их последующим гидролизом в нейтральной среде до NH и СО по следующим реакциям:

при рН = 9 - 10

CN + 2ОН^- + NaClO = CNO + СlO^- + NaОН,

при рН = 7

CNO +2H₂O = NH + СО .

Гипохлориты окисляют в сточных водах соединения аммония, аммиак и органические вещества, содержащие аминогруппы до моно- и хлораминов, а также до треххлористого азота по следующим реакциям:

NH₃ + НСlO = NH₂Cl + Н₂О

NH₂Cl + НСlO = NHCl₂ + Н₂О

NHCl₂ + НСlO = NCl₃ + Н₂О.

Озонирование.Начиная с 1896 г. и до настоящего времени метод обеззараживания воды хлором является в нашей стране наиболее распространенным способом борьбы с бактериальным загрязнением. Однако оказалось, что хлорирование воды несет в себе серьезную опасность для здоровья людей. Исключить этот опасный для здоровья людей эффект и добиться снижения содержания канцерогенных веществ в питьевой воде возможно путем замены первичного хлорирования на озонирование или обработку ультрафиолетовыми лучами, а также и применением безреагентных методов
предочистки на биологических реакторах.

Применение озона, который по сравнению с другими окислителями имеет ряд преимуществ, наиболее перспективно. Озон можно получать непосредственно на очистных установках, причем сырьем служит технический кислород или воздух. Окисление озоном позволяет обеспечить обесцвечивание воды, устранение привкусов и запахов и обеззараживание. Бактерии погибают в этом случае в несколько тысяч раз быстрее, чем при обработке воды хлором. Применение озона не приводит к увеличению солевого состава очищаемых сточных вод, не загрязняет воду продуктами реакции, а сам процесс легко поддается полной автоматизации. В реактор, куда поступает обрабатываемая вода, озон вводят барботированием озоновоздушной смеси через слой воды, противоточной абсорбцией озона водой в абсорберах с различными насадками, смешиванием воды с озоновоздушной смесью в эжекторах или роторных механических смесителях. Применение озона эффективно при обработке сточных вод, содержащих фенолы, циклопентан, тетраэтилсвинец, нафтеновые и сульфонафтеновые кислоты, цианиды, крезолы, поверхностно-активны вещества, нефть и др. Технологические схемы установок для очистки сточных вод озонированием показаны на рис. 49.

Следует заметить, что обработка воды озоном или ультрафиолетовым облучением практически полностью вытеснила хлорирование на станциях очистки воды во многих странах Западной Европы. В нашей стране применение этих экологически эффективных технологий ограничено из-за высокой стоимости переоборудования водоочистных станций.

Рис. 49. Cxeмы установок для очистки сточных вод озоном: а - одноступенчатая: 1 - смеситель; 2 – насос; 3 - реактор; 4 – сборник; 5 - озонаторная установка; 6 - блок отходящих гатов; б - двухступенчатая с предварительным озонированием; в - двухступенчатая с разделением сточных вод на два потока: 1, 2 – реакторы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: