Химические методы очистки сточных вод

К химическим методам очистки стоков относят нейтрализацию кислот и окисление различных минеральных соединений.

В сточных водах обогатительных фабрик могут присутствовать минеральные кислоты. Наиболее часто в них содержится серная кислота, которую подают на фабриках в качестве регулятора сре­ды. Концентрация минеральных кислот может колебаться в ши­роких пределах.

Основной реагент, применяемый при нейтрализации сточных вод, — гашеная известь (наиболее дешевая из применяемых ще­лочей). Кислые воды нейтрализуют также щелочами и их отхода­ми, мелом, магнезитом, мрамором и молотым известняком. Не­смотря на дешевизну извести, ее применение связано с определен­ными недостатками, главный из которых — небольшая скорость реакции между кислотой и частицами известковой суспензии. Ней­трализация воды обычно наступает через 15—20 мин после ввода в сточные воды извести.

Необходимую дозу извести для нейтрализации кислоты рас­считывают по уравнению их взаимодействия. Полученную дозу увеличивают на 5 %.

Для нейтрализации кислых вод можно применять метод фильт­рования через слой материала, состоящего из магнезита или до­ломита. Преимуществами данного метода являются простота об­служивания установки и отсутствие аппаратов для дозирования реагентов. Фильтры-нейтрализаторы выполняют горизонтальными и вертикальными. В вертикальных фильтрах применяют куски магнезита или доломита крупностью 3—8 см, высота фильтрую­щего слоя составляет 0,8—1,2 м. Скорость фильтрования не должна превышать 5 м³/(м²·ч).

Выбор метода очистки стоков от катионов меди зависит от их концентрации. Концентрированные стоки очищают в две сту­пени, а разбавленные — в одну. Наиболее распространен метод цементации меди на железном скрапе или никелевом песке. Медь в кислой среде выделяется на поверхности железа или никеля, а последние переходят в объем раствора:

2Cu²⁺ + Fe₂ → 2Fe²⁺ + Cu₂↓;

2Cu²⁺ + Ni₂ → 2Ni²⁺ + Cu₂↓.

Метод цементации применяют для предварительной очистки стоков. После цементации сточные воды подвергают нейтрализа­ции и доочистке стоков от катионов меди, железа и никеля.

Вторая ступень очистки сточных вод — осаждение меди в виде гидроксида или основной углекислой соли меди:

Сu²⁺ + 2ОН⁻ → Сu (ОН)₂ ↓;

2Сu²⁺ + 2ОН⁻ + СО₃²⁺ → Сu₂ (ОН)₂ СО₃↓.

Получаемые осадки труднорастворимы в воде. Так как произ­ведение растворимости карбоната меди в несколько раз меньше, чем гидроксида, медь рекомендуется осаждать из стоков в виде гидрокарбоната. Для этой цели широко применяют известь III сорта.

В кислых сточных водах кроме катионов меди находятся так­же катионы других металлов, поэтому подаваемая известь расхо­дуется на связывание всех катионов, присутствующих в сточных водах, и на нейтрализацию кислоты. В таких условиях необходи­мую дозу извести определяют пробным известкованием сточных вод.

Так как катионы меди, никеля, цинка, свинца, кобальта, кад­мия, и других металлов могут находиться только в кислых сточ­ных водах, с помощью извести из сточных вод можно выделить все указанные элементы. рН начала и полного осаждения из кис­лых и нейтральных растворов приведены ниже.

Катионы ……………………… Cu²⁺ Ni²⁺ Zn²⁺ Pb²⁺ Co²⁺ Cd²⁺ Fe²⁺ Fe³⁺

pH среды:

в начале осаждения ……… 5,3 6,7 5,4 6 6,7 7,2 7 2,7

при полном осаждении ….. 8–9 9–9,5 8–9 8,5 8 8,5–9 9–14 4–14

При осаждении некоторых катионов необходимо строго выдер­живать интервалы рН. Это особенно характерно для гидроксида цинка, который при рН 12÷13 начинает растворяться и перехо­дить в объем раствора в виде цинкатов [Zn(OH)₃]⁻.

Для очистки сточных вод от катионов цветных металлов могут применяться метод электрохимического окисления и ионообмен­ные смолы.

Ртуть удаляют из сточных вод осаждением ее в виде трудно­растворимого сульфида или поглощением при фильтровании сточ­ных вод через слой катионита.

Ксантогенаты — распространенные собиратели при флотации сульфидных руд. Ксантогенаты эффективно действуют в щелочных средах, а в кислых разлагаются с образованием серо­углерода и спирта. Поэтому одним из методов очистки сточных вод от ксантогенатов является их разложение в кислой среде (при рН < 4) с последующей доочисткой от образующихся сульфид-ио­нов и сернистого ангидрида. Данный метод приемлем в том слу­чае, если в сточных водах нет цианистых соединений.

Более эффективен и распространен метод окисления ксанто­генатов «активным» хлором и озоном. Под термином «активный» понимают суммарное содержание в воде свободного хлора Сl₂, хлорноватистой кислоты и гипохлорит-иона ОСl⁻. Основное дейст­вие при применении хлорной извести или гипохлорита кальция оказывает гипохлорит-ион.

Реакция окисления ксантогенатов «активным» хлором имеет вид:

2ROCSSK + 16С1₂ + 20Н₂О → 2ROH + К₂SО₄ + 3H₂SO₄ + 32НС1 + 2СО₂.

Для очистки сточных вод от цианидов используют следую­щие методы: окисление; перевод цианидов в нетоксичные ферро- и феррицианиды; выдувка из кислой среды; применение ионооб­менных смол; электрохимическое окисление на аноде и озониро­вание.

Сущность метода окисления цианидов заключается в их пере­воде в цианаты. В этом случае используют хлорную известь, гипохлорит кальция и натрия и жидкий хлор в щелочной среде.

При подаче в сточные воды «активного» хлора окисление про­стых цианидов протекает по реакциям

CN⁻ + OC1⁻ → CNO⁻ + C1⁻;

CN⁻ + С1₂ + 2ОН⁻ → CNO⁻ + 2С1⁻ + Н₂О.

При окислении цианидов значение рН должно быть 10—11.

Метод выдувки из кислой среды применяют для очистки сточ­ных вод, загрязненных простыми цианидами. Сточные воды под­кисляют до рН 2,8.

В кислой среде свободный циан-ион CN⁻ образует синильную кислоту:

CN⁻ + Н⁺ → HCN ↑.

Синильная кислота легко улетучивается при аэрации сточных вод. Воздух, содержащий синильную кислоту, пропускают через раствор едкого натрия, в котором синильная кислота улавливает­ся с образованием цианистого натрия:

HCN + NaOH → NaCN + Н₂О.

После отдувки цианидов сточные воды доочищают «активным» хлором.

Ионообменные смолы применяют для сорбции цианидов из сточных вод. Из нейтральных и слабокислых вод цианиды с наи­большей эффективностью поглощаются сильноосновными анионитами.

Электрохимическое окисление цианидов на аноде происходит в несколько стадий, при этом цианиды разлагаются вначале до цианатов, а затем до элементарного азота и двуокиси углерода. При электрохимическом окислении в качестве анодов применяют графит или магнетит.

Сущность метода перевода цианидов в нетоксичные ферро- и феррицианиды заключается в обработке сточных вод сульфатом железа, при этом образуется простой цианид железа:

CN⁻ + Fe²⁺ → Fe(CN)₂ ↓.

Взаимодействие цианида железа с циан-ионом приводит к образованию комплексного растворимого цианида железа:

Для лучшего осаждения цианидов и связывания избытка железа в сточную воду подают известь. В настоящее время данный ме­тод находит ограниченное применение, так как в сточной воде мо­жет оставаться до 2 мг/л ядовитых цианидов.

Сточные воды от цианидов могут быть очищены методом озо­нирования. Озон получают из атмосферного воздуха. В щелочной среде цианиды окисляются до цианатов, которые разлагаются да углекислоты и нитратов.

Окисление простых цианидов озоном протекает по реакции

CN⁻ + O₃ → CNO⁻ + O₂.

Метод озонирования эффективнее метода окисления «актив­ным» хлором, так как отпадает необходимость разложения в сто­ках остаточной концентрации хлора.

На рис. 107 показана схема озонаторной установки для очист­ки сточных вод. Атмосферный воздух проходит несколько ступе­ней подготовки в теплообменниках 1, влагоотделителях 2, войлоч­ных фильтрах 3 и осушительных камерах 4, после которых поступает в озонатор 5. Полученный озон последовательно подают в основной 6 и предварительный 7 реакторы. Сточная вода посту­пает на озонирование сначала в предварительный, а затем в ос­новной реакторы. Очищенная сточная вода удаляется из основно­го реактора, а отработанный газ — из предварительного.

Роданиды образуются в сточных водах при взаимодействии цианидов и сульфида натрия. Роданиды, как и цианиды, окисля­ются до цианитов «активным» хлором.

Сточные воды очищают от фенолов и крезолов при их концентрации более 2 г/л методами экстракции, адсорбции, ион­ного обмена. В сточных водах обогатительных фабрик концентра­ция фенолов невелика, поэтому для их очистки применяют методы, связанные с окислением фенолов до безвредных соединений. К та­ким методам относят: окисление фенолов и крезолов хлорной из­вестью, гипохлорнтами натрия, кальция, озоном и электрохимиче­ское окисление. Содержание фенолов в очищенных сточных водах, согласно нормам ПДК, не должно превышать 0,001 мг/л.

Обработка сточных вод хлорсодержащими реагентами позво­ляет разложить до безвредных веществ также дитиофосфаты и сульфиды.

Наиболее сложная задача — очистка стоков от нефтепродук­тов, под которыми понимают большую группу углеводородов неф­ти, керосина, мазута и масел. Нефтепродукты подают в процесс при флотации углей, вольфрамово-молибденовых и других типов руд. Концентрация нефтепродуктов в сточных водах обогатитель­ных фабрик составляет около 10 мг/л, а ПДК 0,3—0,1 мг/л.

Очистка сточных вод от нефтепродуктов осуществляется по сложной схеме, предусматривающей улавливание нефтепродуктов в нефтеловушках, коагуляцию стоков сульфатом железа и изве­стью, отдувку нефтепродуктов из сточных вод или флотационную очистку, фильтрование сточных вод через кварцевые и сульфоугольные фильтры.

После очистки сточных вод, содержащих керосин, по указанной схеме в очищенной воде после сульфоугольного фильтра керосина не обнаружено.

Экстракция

Экстракционную очистку сточных вод применяют при относи­тельно высокой (более 2 г/л) концентрации в сточных водах ор­ганических соединений. Сущность метода заключается в следую­щем. В сточные воды подают экстрагент, в котором растворяются органические соединения, находящиеся в стоках. После растворе­ния органических соединений их концентрация в экстрагенте во много раз превышает их концентрацию в сточных водах. Экстра­гент выделяют из сточных вод, подвергают регенерации, извлекая органические соединения, и снова используют для экстракционной очистки сточных вод.

К экстрагенту, применяемому для очистки сточных вод, предъ­являют следующие требования: он должен хорошо растворять из­влекаемое органическое вещество и быть нерастворимым в воде; плотность экстрагента должна быть больше плотности воды для их относительно простого разделения. Кроме того, желательно, чтобы регенерация растворителя осуществлялась более легкодо­ступными методами без потерь экстрагента.

При очистке сточных вод в качестве экстрагентов широко при­меняют хлороформ, четыреххлористый углерод, диизопропиловый и дибутиловый эфиры, бутилацетат, бензол, толуол.

Для смешивания экстрагента с водой в промышленных усло­виях используют метод противоточной экстракции, при котором экстрагент и вода движутся навстречу друг другу. При этом сточ­ные воды, как более легкая фаза, движутся снизу вверх, а экстра­гент — сверху вниз. Экстрагент распределяется по объему экстрак­ционной колонны с помощью насадок, тарелок или механическим перемешиванием.

Внутренняя полость экстракционной колонны 1 (рис. 108) за­полнена насадками 2 для равномерного распределения экстрагента по всему объему колонны. Экстрагент подают в колонну в ее верхней части. С целью интенсификации очистки, экстрагент по­дают в нескольких точках через инжекторы, распыляющие его на мелкие капли. Скорость движения сточных вод в колонне должна быть на 15—20% ниже критической. Критической называют ско­рость движения сточных вод, при которой экстрагент выносится сточными водами из колонны.

Для экстрагирования могут применяться колонны с перфори­рованными сетчатыми насадками, колонны с подвижньши сетча­тыми насадками, центробежные экстракторы и экстракторы смесительно-отстойного типа.

Чаще всего экстракцию применяют для очистки сточных вод от фенолов.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: