Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Химические методы очистки сточных вод
К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Все эти методы связаны с расходом различных реагентов, поэтому дороги. Их применяют для удаления растворимых веществ и в замкнутых системах водоснабжения. Химическую очистку проводят иногда как предварительную перед биологической очисткой или после нее как метод доочистки сточных вод.
Нейтрализация
Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН=6,5-8,5.
Нейтрализацию можно проводить различным путем: смешиванием кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, абсорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией аммиака кислыми водами.
Нейтрализация смешиванием. Метод применяют, если имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в емкости с мешалкой и без мешалки.
Нейтрализация путем добавления реагентов. В качестве реагентов используют NаОН, КОН, Nа2СО3, NН4ОН (аммиачная вода), СаСО3, МgСО3, доломит (СаСО3∙МgСО3), цемент. Иногда для нейтрализации применяют различные отходы производства. Например, шлаки сталеплавильного, феррохромового и доменного производств используют для нейтрализации вод, содержащих серную кислоту. Наиболее дешевым реагентом является гидроксид кальция с содержанием активной извести Са(ОН)2 5-10 %.
Реагенты выбирают в зависимости от состава и концентрации кислой сточной воды. При этом учитывают, будет ли в процессе образовываться осадок или нет. Принципиальная схема установки приведена на рис. 15.
Различают три вида кислотосодержащих сточных вод:
1) воды, содержащие слабые кислоты (Н2СO3, СН3СООН);
2) воды, содержащие сильные кислоты (НС1, НNO3);
3) воды, содержащие серную и сернистую кислоты.
Рис. 15. Схема станции реагентной нейтрализации: 1 песколовки; 2 усреднители; 3 склад реагентов; 4 растворный бак; 5 дозатор; 6 смеситель; 7 нейтрализатор; 8 отстойник; 9 осадкоуплотнитель; 10 вакуум-фильтр; 11 накопитель обезвоженных осадков; 12 шламовая площадка
Для нейтрализации вод 1 и 2 групп может быть использован любой названный выше реагент. Соли этих кислот хорошо растворимы в воде. Кальциевые соли серной и сернистой кислот (3 тип) плохо растворимы в воде и выпадают в осадок. При нейтрализации вод, содержащих серную кислоту, известковым молоком в осадок выпадает гипс СаSО4∙2Н2O. Происходит отложение гипса на стенках трубопроводов и их забивка. Для устранения забивки трубопровода необходимо промывать их чистой водой или добавлять в сточные воды специальные умягчители, например гексаметафосфат. Для нейтрализации щелочных сточных вод используют различные кислоты или кислые газы.
Нейтрализация фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы. В этом случае для нейтрализации кислых вод проводят фильтрование их через слой магнезита, доломита, известняка, твердых отходов (шлак, зола). Процесс ведут в фильтрах-нейтрализаторах, которые могут быть горизонтальными или вертикальными. Для вертикальных фильтров используют куски известняка или доломита размером 30-80 мм с продолжительностью контакта не менее 10 мин.
Нейтрализация кислыми газами. Для нейтрализации щелочных сточных вод в последнее время начинают использовать отходящие газы, содержащие СО2, SO2, NO2, N2O3 и др. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно производить высокоэффективную очистку самих газов от вредных компонентов. Это пример ресурсосберегающей технологии, позволяющей исключить использование кислот, создать бессточную схему водопотребления.
Очистка сточных вод методом окисления примесей
Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды).
Такие виды сточных вод встречаются в машиностроительной (цехи гальванических покрытий), горнодобывающей (обогатительные фабрики свинцово-цинковых и медных руд), нефтехимической и целлюлозно-бумажной (цехи варки целлюлозы) промышленностях.
В качестве окислителей используют хлор, гипохлорит кальция, гипохлорит натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород, кислород воздуха. В ряде случаев (для окисления фенолов, крезолов, циансодержащих примесей) могут быть использованы пероксид водорода, оксиды марганца, перманганат и бихромат калия.
Окисление активным хлором один из самых распространенных способов очистки сточных вод от фенола, крезола, цианидов, сероводорода, гидросульфида, метилмеркаптана, а также против биологического обрастания сооружений.
Хлор поступает в производство в жидком виде, содержит не менее 99,5 % Cl2. В состав хлорной извести входят различные вещества: CaCl2∙Ca(OH)2∙H2O; хлорат кальция CaClO2; гипохлорит кальция Ca(ClO)2. В зависимости от соотношения указанных веществ хлорная известь выпускается марок А, Б, В. Гипохлорит кальция Ca(ClO)2 выпускается трех сортов.
При введении в воду хлор гидролизуется с образованием хлорноватистой и соляной кислот: Cl2 + H2O ↔ HOCl + HCl. Далее происходит диссоциация хлорноватистой кислоты, степень которой зависит от pH среды. При значениях pH>4 молекулярный хлор в воде практически отсутствует. Образовавшаяся в результате гидролиза хлора хлорноватистая кислота диссоциирует на ион гипохлорита OCl- и ион водорода H+.
Сумма Cl2, HOCl, OCl- называется свободным «активным» хлором. В присутствии аммонийных соединений в воде образуется хлорамин NH2Cl и дихлорамин NHCl2.
Процесс хлорирования проводят в хлораторах периодического и непрерывного действия, напорных и вакуумных. Трубопроводы установки изготавливают из антикоррозионных материалов. Жидкий хлор перед подачей в установку испаряют.
При обезвреживании цианидов процесс проводят в щелочной среде pH=9. Цианиды можно окислить до элементарного азота и диоксида углерода по уравнениям:
CN- + 2OH- + Cl2 → CNO- + 2Cl- + H2O,
2CNO- + 4OH- + 3Cl2 → CO2 + 6Cl- + N2 + 2H2O.
Окисление ионов CN- может осуществляться путем перевода их в цианаты CNO-, которые затем гидролизуются с образованием ионов аммония и карбонатов:
CN- + OCl- → CNO- + Cl-,
CNO- + 2H2O → NH4+ + CO32-.
Пероксид водорода разлагает нитриты, нитрилы, альдегиды, фенолы, сульфаты. Одновременно происходит обесцвечивание сточных вод. Процесс обесцвечивания ускоряется в присутствии катализаторов FeSO4 и CuSO4. Промышленность выпускает 85-95 % пероксид водорода и пергидроль, содержащий 30 % H2O2. Пероксид водорода в кислой и щелочной средах разлагается по следующим схемам
2H+ + H2O2 + 2e → 2H2O,
2OH- + H2O2 + 2e → 2H2O + 2O2-.
В кислой среде более отчетливо выражена окислительная функция, а в щелочной восстановительная. В кислой среде пероксид водорода переводит соли двухвалентного железа в соли трехвалентного, азотистую кислоту в азотную, сульфиды в сульфаты. Цианиды в цианаты окисляются в щелочной среде.
Окисление кислородом воздуха проводят для удаления из сточных вод железа, окисления сульфидных стоков целлюлозных, нефтеперерабатывающих, нефтехимических заводов. Соединения двухвалентного железа окисляются в трехвалентные и, затем, в виде гидроксида трехвалентного железа удаляются. Процесс проводят при аэрировании воздуха через сточные воды в башне с насадкой. Образующийся гидроксид железа отстаивается, а затем отфильтровывается.
При окислении сульфидных стоков процесс окисления гидросульфидной и сульфидной серы протекает через ряд стадий при изменении валентности серы с -2 до +6. Принципиальная схема установки окисления сульфидов приведена на рис. 16.
Рис. 16. Схема установки окисления сульфидов:
1 приемный резервуар; 2 насос; 3 теплообменник; 4 окислительная колонна; 5 воздухораспределительное устройство; 6 сепаратор; 7 холодильник
Окисление пиролюзитом. Пиролюзит является природным материалом, состоящим, в основном из диоксида марганца, формула MnO2∙H2O. Сточные воды фильтруют через этот материал с целью окисления трехвалентного мышьяка в пятивалентный.
H3AsO3 + MnO2 + H2SO4 = H3AsO4 + MnSO4 + H2O.
Повышение температуры способствует увеличению степени окисления, поэтому окисление пиролюзитом проводят при температуре 70-80 оС.
Озонирование. Окисление озоном позволяет одновременно обесцветить сточные воды, устранить запахи и привкусы, провести обеззараживание. Озонированием можно очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, красителей, канцерогенных веществ, ароматических углеводородов, пестицидов и др. Кроме того, соединения металлов окисляются озоном до высшей валентности.
CN- + O3 → CNO- + O2,
MnSO4 + O3 + 2H2O → H2MnO3 + O2 + H2SO4,
2H2MnO3 + 3O3 → 2HMnO4 + 3O2 + H2O
Озон подают в сточные воды в виде озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси, в которой его содержание составляет 3 %. Установки для очистки сточных вод состоят из аппаратов для очистки и осушки воздуха, озонаторов, камер контакта сточных вод с озоном, оборудования для утилизации остаточного озона. В обрабатываемую воду озон вводят различными способами: барботирование воздуха, содержащего озон, через слой воды; смешение воды с озоновоздушной смесью в инжекторах или роторно-механических смесителях, в абсорберах различной конструкции.
Процесс озонирования интенсифицируется, если одновременно с озоном использовать ультразвук или УФ-облучение. Например, в последнем случае окисление ускоряется до 10000 раз.
Очистка сточных вод восстановлением
Этот метод широко используется для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка. В процессе очистки неорганические соединения ртути восстанавливают до металлической ртути с дальнейшим отделением ее от воды отстаиванием, фильтрованием или флотацией. Органические соединения ртути сначала окисляют с разрушением соединения, затем катионы ртути восстанавливают до металлической. Для восстановления ртути и ее соединений применяют сульфид железа, боргидрид натрия, гидросульфид натрия, железный порошок, сероводород, алюминиевую пудру и др.
Наиболее распространенным способом удаления мышьяка из сточных вод является его осаждение в виде трудно растворимых соединений. При больших концентрациях до 110 г/дм3 восстанавливают мышьяковую кислоту до мышьяковистой (используемой в стоматологии) диоксидом серы. Мышьяковистая кислота имеет небольшую растворимость в кислой и нейтральной среде и осаждается в виде триоксида мышьяка.
Метод очистки сточных вод от веществ, содержащих шестивалентный хром, основан на восстановлении его до техвалентного с последующим осаждением в виде гидроксида в щелочной среде. В качестве восстановителей могут быть использованы активный уголь, сульфат железа (II), бисульфит натрия, диоксид серы, отходы органических веществ (газетная бумага) и др. На практике наиболее часто используют растворы бисульфита натрия.
4 H2CrO4 + 6 NaHSO3 + 3 H2SO4 → 2 Cr2(SO4)3 + 3 Na2SO4 + 10 H2O
Реакция протекает быстро при pH=3-4 и избытке серной кислоты.
Восстановление диоксидом серы происходит по реакциям
SO2 + H2O → H2SO3
2 CrO3 + H2SO3 → Cr2(SO4)3 + 3 H2O
Наиболее быстро эти реакции протекают при pH 2-2,5. Этот процесс заслуживает особого внимания, поскольку здесь можно использовать отходящие газы, содержащие SO2. Аппаратура для данного процесса колонный аппарат.