Химические методы очистки сточных вод

Нейтрализация. Применяется во многих отраслях промышленности для обработки производственных сточных вод, содержащих щелочи и кислоты. рН сточных вод доводится до 6,5 – 8,5. В большинстве кислых сточных вод содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделять для предупреждения коррозии металлов водоотводящих путей и очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах.

На практике применяют следующие способы нейтрализации:

взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод. Производится в емкостях с мешалкой или без нее. В последнем случае перемешивание ведут воздухом.

нейтрализация реагентами. В качестве реагентов используются растворы кислот, негашеная и гашеная известь, кальцинированная сода, аммиак и др.

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

нейтрализация дымовыми кислотными газами, содержащимися в газообразных отходах теплоэнергетических установок.

Окисление. Относится к деструктивным методам и применяется для обезвреживания токсичных примесей, которые невозможно извлечь из сточных вод другими известными методами (цианиды, растворенные соединения мышьяка, меркаптаны и др.).

Для этих целей используются различные окислители: газообразный и сжиженный хлор, хлорная известь, гипохлориты кальция и натрия, диоксид хлора, озон, кислород воздуха, перманганат калия, бихромат калия, пероксид водорода и др.

Наиболее распространенными окислителями являются газообразный хлор, а также вещества, содержащие «активный хлор». Хлор в зависимости от рН среды может находиться в растворе в виде различных соединений.

В сильно кислой среде присутствует молекулярный хлор. По мере уменьшения кислотности процесс взаимодействия хлора с водой

Cl₂ + H₂O → HCl + HСlO; HСlO ↔ H⁺ + СlO^- смещается вправо. Сумма Cl₂ + HСlO + СlO^- называется свободным «активным» хлором.

В щелочной среде образуются гипохлориты. При повышенных температурах происходит диспропорционирование по уравнению: 3СlO^- ↔ 2Сl + СlO₃^- . В качестве реагентов, содержащих гипохлорит-ион СlO^- , служит гипохлорит кальция или натрия, также товарная хлорная известь. Хлорная известь состоит из смеси гипохлорита и гидроксида кальция с водой. Она содержит 20 – 25 % активного хлора, а гипохлорит натрия – 60 %.

Процесс хлорирования проводят в специальных хлораторах периодического и непрерывного действия, напорных и вакуумных. Рассмотрим окисление цианидов гипохлоритами и хлором (процесс идет при рН 9 - 11).

СΝ^- + СlO^- → CNO^- + Сl^-

СΝ^- + Cl₂ + 2OH^- → CNO^- + 2Сl^- + H₂O

Образующиеся цианаты (CNO^-) легко гидролизуются в воде или окисляются хлором до азота и углекислого газа.

CNO^- + 2H₂O → CO₃ ^2- + NH₄ ⁺ ;

CNO^- + 3Cl₂ +4OH^- → 2CO₂ + N₂ + 6Сl^- + 2H₂O

Окисление цианидов до цианатов происходит за счет атомарного кислорода в момент его выделения из окислителя:

СlO^- → Сl^- + О

Кроме того, хлор и хлорсодержащие агенты обладают выраженной бактерицидной реакцией и их используют для обеззараживания воды.

Для окисления соединений Fe²⁺ в Fe³⁺ используется кислород:

Fe²⁺ + O₂ + 2H₂O → 4Fe³⁺ + 4OH^-

Fe³⁺ + 4H₂O → Fe(OH)₃ ↓+ 3H⁺

Сероводород окисляют кислородом:

2H₂S + O₂ → 2S↓+ 2H₂O.

Кислородом разрушают также фенолы, нефтепродукты.

Озонирование. Позволяет обеспечивать обесцвечивание воды, устранение привкусов и запахов, обеззараживание, насыщение кислородом. Его применяют для очистки сточных вод от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, ПАВ, цианидов, красителей, пестицидов и др. Озон активнее хлора и по отношению к вирусам, т.к. действует непосредственно на протоплазму клетки.

Промышленное получение озона основано на выделении его из атмосферного или обогащенного кислородом воздуха под действием электрического разряда в генераторах с высоким напряжением (5 – 25 кВт и более). При этом происходит диссоциация молекулы кислорода O₂ ↔ 2О с последующим образованием молекулы озона O₂ + О ↔ O₃. Чистый озон разлагается со взрывом, поэтому его концентрация в озоно-воздушной смеси не должна превышать 10 % по массе.

Для озонирования сточных вод используют контактные аппараты.

Химическое восстановление. Относится к деструктивным методам очистки. Используется в случае содержания в сточных водах легко восстанавливаемых веществ.

В качестве восстановителей используются: диоксид серы, сульфат железа(ΙΙ), гидросульфит натрия, боргидрид натрия, гидразин, железный порошок, активированный уголь, отходы органических веществ.