Окислительно-воссановительная очистка сточных вод

Окисление и восстановление как метод очистки применяется для обезвреживания промышленных сточных вод от цианидов, сероводо­рода, сульфидов, соединений ртути, мышьяка, хрома. В процессе окис­ления токсичные загрязнения переходят в менее токсичные. В каче­стве окислителей обычно используют хлор С1₂, диоксид хлора С1O₂, гипохлориты натрия NaClO и кальция Са(С1O)₂, перманганат калия КМnO₄, дихромат калия К₂Сг₂O₇, пероксид водорода Н₂O₂ и др.

При хлорировании водных растворов цианидов, отличающихся весьма высокой токсичностью, процесс проводят в щелочной среде (рН > 9). Вначале цианиды переходят в цианаты:

CN^- + 2OH^- + Cl₂ = CNO^- + 2Cl^- + H₂O

а последние превращаются в молекулярный азот и диоксид углерода:

2CNO^- + 4OH^- + 3Cl₂ = CO₂ + 6Cl^- + N₂ + H₂O

Озон, в силу своей высокой окислительной способности, уже при нормальной температуре разрушает многие органические компонен­ты сточных вод. Благодаря озонированию одновременно происходят обесцвечивание и обеззараживание сточной воды, а также насыщение ее кислородом.

Методы восстановительной очистки сточных вод применимы в тех клучаях, когда они содержат легко восстанавливаемые вещества, в ча­стности, соединения ртути, хрома и мышьяка. При этом соединения ютути восстанавливают до металлической ртути, которую отделяют от роды отстаиванием или фильтрацией. Восстановителями служат се­роводород, алюминиевая'пудра, железный порошок, сульфид железа.

Озон и хлор используют для обеззараживания (дезинфекции) воды, т.е. для удаления из нее болезнетворных вирусов и бактерий.

Осаждение как метод очистки сточных вод.

Ионы тяжелых металлов: цинка, меди, ртути, кобальта, кадмия, никеля, мышьяка, свинца и хрома можно удалить из промышленных кточных вод, переводя их в малорастворимые соединения с последую­щим отделением осадка от воды. Осаждение проводят в виде гидроксидов, карбонатов или сульфидов, характеризующихся низкими зна­чениями произведений растворимости.

Физико-химическая очистка производственных сточных вод

Коагуляция

Коагуляция - это процесс укрупнения коллоидных частиц в жидкости за счет электростатических сил межмолекулярного взаимодействия. В результате коагуляции образуются агрегаты – более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных). Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением их общего числа в объеме дисперсионной среды (в нашем случае – жидкости). Одним из видов коагуляции является флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно оседающие рыхлые хлоповидные скопления.

Для очистки производственных сточных вод применяют различные минеральные коагулянты:

1.Соли алюминия.

2. Соли железа.

3. Соли магния.

Коагулянты в воде гидролизуются с образованием гидроксидов металлов:

Ме³⁺ + 3Н₂О = Ме(ОН)₃ + 3Н⁺

которые оседают и захватывают взвешенные частицы загрязняющих веществ.

Флотация.

Флотация — процесс выделения из воды в пенный слой взвешен­ных и эмульгированных загрязнений в результате прилипания к пу­зырькам газа, подаваемого снизу в очищаемой жидкости.

Процесс очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов «частицы-пузырьки», всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Приминание частицы, находящейся в ней, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью.

Сорбция

Сорбция – это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называется сорбентом, а поглощаемое – сорбатом. Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента (абсорбция) и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, зазывается хемосорбцией.Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных.

В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины и др. Эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок.

Экстракция

При относительно высоком содержание в производственных сточных водах растворенных органических веществ, представляющих техническую ценность (например, фенолы и жирные кислоты), эффективным методом очистки является экстрация органическими растворителями – экстрагентами. Экстракционный метод очистки производственных сточных вод основан на распределении загрязняющего вещества в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Отношение взаимно уравновешивающихся концентраций в двух несмешивающихся (или слабосмешивающихся) растворителях при достижении равновесия является постоянным и называется коэффициентом распределения.

Очистка сточных вод экстракцией состоит из трех стадий. Первая стадия — интенсивное смешение сточной воды с экстрагентом (орга­ническим растворителем). В условиях развитой поверхности контакта между жидкостями образуются две жидкие фазы. Одна фаза — экст­ракт содержит извлекаемое вещество и экстрагент, другая — рафинат — сточную воду и экстрагент. Вторая стадия — разделение экстракта и рафината; третья стадия — регенерация экстрагента из экстракта и рафината.

Ионный обмен

Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раство­ра с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать собственные ионы на другие ионы в растворе. Вещества, составляющие эту твер­дую фазу, носят название ионитов, те из них, которые способны погло­щать из растворов электролитов положительные ионы, называются катионитами, отрицательные ионы — анионитами.

Иониты — бывают неорганические и органические. Это могут быть природные вещества или вещества, полученные искусственно. К неор­ганическим природным ионитам относятся глинистые материалы, це­олиты, полевые шпаты, слюды, к неорганическим синтетическим — силикагели, пермутиты. Наибольшее значение для очистки сточных вод приобрели ионообменные смолы — органические искусственные иониты. Они представляют собой высокомолекулярные соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными груп­пами. Пространственная углеводородная сетка (каркас) называется матрицей, а обменивающиеся ионы — противоионами. Каждый противоион соединен с противоположно заряженными ионами, называе­мыми фиксированными, или анкерными. Полимерные углеводород­ные цепи, являющиеся основой матрицы, связаны (сшиты) между со­бой поперечными связями, что придает прочность каркасу. При написании ионита матрицу обозначают в общем виде R, а активную группу указывают полностью. Например, сульфокатиониты записы­вают как RSО₃H. Здесь R — матрица, Н — противоион, SО₃ — анкер­ный ион.

Катиониты в качестве противоионов могут содержать не только ионы водорода, но и ионы металлов, т. е. находиться в солевой форме. Точно так же и аниониты могут находиться в солевой форме, если в качестве противоионов они содержат не гидроксид-ионы ОН, а ионы тех или иных кислот А^-. Реакция ионного обмена протекает следую­щим образом:

при контакте примеси воды (в данном случае NaCl) с катеонитом

RSО₃H + NaCl = RSО₃Na + HCl,

при контакте с анионитом

ROH + NaCl = RCl + NaOH.

После насыщения катиониты регенерируют растворами кислот, ани­ониты — растворами щелочей. При этом первые переходят в Н-форму, а вторые – в ОН-форму.

Обратный осмос

Обратный осмос заключается в фильтровании растворов неоргани­ческих или органических веществ через полупроницаемые (молекулы воды проходят, молекулы растворенных веществ — нет) перегородки (мембраны). Так, если осмотическое давление морской воды состав­|шет 20—25 атмосфер (2,0—2,5 МПа), то для ее опреснения, т. е. для рродавливания через мембраны чистого растворителя (воды), следует приложить давление 6—7 МПа.

Ультрафильтрация.

Ультрафильтрация основана на разделении растворов фильтрова­нием через мембраны с диаметром пор 5—200 нм, в то время как при 'обратном осмосе используются мембраны с диаметром пор до 1 нм. Для ультрафильтрационной очистки от крупных органических или неорганических молекул используют давление 0,1—0,5 МПа. В каче­стве материала мембран используются ацетат целлюлоза, полиамиды и другие полимеры.

Электрохимическая очистка

Электрохимическая очистка применяется для очистки сточных вод от различных растворимых диспергированных примесей; к ней отно­сятся: 1) разложение нежелательных примесей за счет анодного окис­ления и катодного восстановления; 2) удаление растворенных неорга­нических соединений с использованием полупроницаемых мембран (электродиализ); 3) разложение примесей путем электролиза с исполь­зованием растворимых анодов и получение нерастворимых соедине­ний, выпадающих в осадок. Все эти процессы протекают на электро­дах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока.

Перегонка и ректификация.

Простая перегонкаосуществляется путем постепенного испарения уточной воды. Метод применяется для удаления соединений, которые Умеют температуру кипения ниже температуры кипения воды (аце­тон, спирты и т. д.).

Перегонку с водяным паром(эвапарацию) или другим инертным носителем применяют для удаления легколетучих соединений (аммиака, аминов, фенолов). Перегонку производят в периодически действу­ющих аппаратах или непрерывно действующих дистилляционных колоннах.

Термические методы.

Термические методы включают:

1) термическое концентрирование с последующим выделением примесей (испарение, вымораживание, образование кристаллогидратов).

2) термическое окисление органических веществ в присутствии катализатора

3) огневое обезвреживание с утилизацией или без утилизации тепла. Сущность метода заключается в распылении воды в нагретые до 1100 градусов топочные газы, при этом вода испаряется, а органические примеси сгорают до углекислого газа и паров воды.