Промислова екологія - Апостолюк C.O. - 5.5. Хімічне очищення стічних вод

Хімічне очищення стічних вод здійснюють переважно трьома способами: нейтралізацією, окисленням і відновленням.

Нейтралізацію проводять для доведення рН січних вод до 6,5—8,5, тобто близького до нейтрального. Отже, нейтралізувати потрібно стічні води з рН < 6,5 (з кислою реакцією середовища) і з рН > 8,5 (з лужною реакцією середовища). Нейтралізацію здійснюють змішуванням кислот стічних вод з лугами додаванням реагентів або фільтруванням через нейтралізуючі матеріали.

Кількість реагенту для нейтралізації стічних вод визначається за формулою

де /г — коефіцієнт запасу реагенту; В — вміст активної речовини у стічній воді; V — об'єм стічних вод, м3; т — витрата реагенту для нейтралізації активних речовин, кг/м3.

Практика свідчить, що найбільшу небезпеку для навколишнього середовища створюють кислі стоки.

При хімічному очищенні застосовують такі способи нейтралізації:

— взаємну нейтралізацію кислих і лужних стічних вод змішуванням;

— нейтралізацію стічних вод реагентами (розчинами кислот, негашеним вапном СаО, гашеним вапном Са(ОН)2, кальцинованою содою N8003, каустичною содою КаОН, розчином аміаку

№ЕЇ4ОН);

— фільтруванням стічних вод через нейтралізуючі матеріали (вапно, вапняк СаС08, доломіт СаС03 • MgC08, магнезит MgCOз, крейда СаС03).

Вибір способу нейтралізації стічних вод залежить від багатьох факторів: виду та концентрації кислот у стічних водах; витрат і режиму подачі відпрацьованих вод на нейтралізацію; наявності реагентів і місцевих умов та ін.

Нейтралізацію розчином вапна й вапняку рекомендують проводити тільки при рівномірній подачі стічних вод, що містять сильні кислоти. Фільтрування через шари вапняку, доломіту й крейди рекомендують для стічних вод, що містять соляну, азотну, сірчану кислоти при рівномірній подачі стічних вод.

В останні роки запропонований спосіб нейтралізації лужних стічних вод димовими газами, які містять С02, 802, N0" та ін. Це дозволяє одночасно очищати й гази, які відходять.

На рис. 5.12, а наведена схема доломітового фільтра-нейтралізатора. У ньому проводиться нейтралізація кислих стічних вод, забруднених соляною, сірчаною або азотною кислотами фільтруванням через шар доломіту. При цьому протікає така хімічна реакція:

Рис. 5.12. Основні види обладнання для хімічного очищення стічних вод: а — вертикальний доломітовий фільтр-нейтралізатор: 1 — подавання кислих стічних вод; 2 — приймальна камера; З—доломітовий фільтр; 4 — гравій; 5 — дренаж; 6 — випуск нейтралізованих стічних вод; б — контактна камера озонування стічних вод: І — подавання стічних вод; 2,6 — камера озонування; 3 — введення озону; 4 — металокерамічні розпилювальні труби; 6 — вивід стічних вод; в — камера електролітичного знешкодження (анодного окислення): 1 — напівпроникна перегородка; 2 — анод; 3 — катод

Після відпрацювання доломіт вивантажують з фільтра і заміняють свіжим.

Процес нейтралізації постійно контролюється — систематично реєструється стан рН на виході із нейтралізатора. Стабільність і безперебійність роботи фільтра забезпечується надійною автоматикою.

Окислення застосовують для знешкодження виробничих стічних вод, в складі яких є токсичні домішки або сполуки, що недоцільно вилучати. На практиці часто застосовують окислювачі: хлор, хлорне вапно, діоксид хлору, озон, технічний кисень, гіпохлорид кальцію і натрію, кисень та ін.

Залежно від агрегатного стану хлору або хлоровмісних реагентів, що вводять у воду, визначають технологію оброблення стічних вод. Якщо цю воду обробляють газоподібним хлором або озоном, то процес окислення здійснюють в окислювальних колонках або контактних камерах (рис. 5.12, б). Якщо окислювач знаходиться в розчині, то його спочатку подають у змішувач, а потім у контактний резервуар.

При окисленні розчинені отруйні речовини перетворюють у нетоксичні сполуки або в осад відстоюванням або фільтруванням стічних вод.

Хлор, що вводиться у стічну воду, гідролізується з утворенням хлорнуватистої та соляної кислот [1]:

Сильнішим окислювачем, ніж хлор, є озон. Він володіє здатністю руйнувати при нормальній температурі у стічних водах значну кількість органічних сполук і домішок. Озон добувають безпосередньо на очисних спорудах в озонаторах. Він утворюється при електричному розряді в кисневому середовищі між двома електродами, до яких підводиться напруга 5—25 кВ.

У процесі оброблення стічних вод озон, що подаєтеся в контактну камеру (див. рис. 5.12, б) у вигляді суміші, вступає в хімічні реакції з речовинами, що забруднюють воду.

Наведемо приклад характеру реакції окислення сірководню [1]:

При надлишку озону переважає реакція, в результаті якої утворюється сірчана кислота:

Після цього протікає реакція гідролізу до утворення мало-шкідливих продуктів. Цей спосіб окислення озоном у практиці називають озонуванням.

Озонування дає можливість одночасно знебарвлювати воду, усуває її присмаки, неприємні запахи тощо. Озонуванням можна очищати стічні води від фенолів, нафтопродуктів, поверхнево-активних речовин (ПАР), барвників у ароматичних вуглеводнів, пестицидів на промислових підприємствах.

Озон як окислювач має унікальні властивості. У водному розчині він дисоціює швидше, ніж у повітрі; дуже швидко дисоціює в слабколужних розчинах. У кислотних розчинах озон виявляє високу стійкість. У чистому сухому повітрі озон розкладається дуже повільно. При обробленні води озоном відбуваються розкладання органічних речовин і знешкодження води; бактерії гинуть у декілька тисяч разів швидше, ніж при обробленні хлором, розчинність озону у воді залежить від рН і вмісту у воді розчинених речовин. Невеликий вміст кислот і нейтральних солей збільшує розчинність озону.

Дія озону в процесах окислення може відбуватися трьома способами: безпосереднє окислення за участі одного атома кисню; приєднання цілої молекули озону до речовини, що окислюється з утворенням озонідів; окислювальна дія кисню за допомогою каталізатора — озону.

Озон подають у стічну воду у вигляді озоно-кисневої суміші. Концентрація озону в суміші — близько 3 %. Для підсилення процесу окислення суміш диспергують у стічній воді на дрібненькі бульбашки газу (див. рис. 5.12, б). Озонування — це процес абсорбції, який супроводжується хімічною реакцією в рідкій фазі. Витрата озону, необхідного для окислення забруднень, може визначатись за рівнянням масообміну:

де ф — витрата озону, що переходить із газової фази в рідку, кг/с; Рр — коефіцієнт масовіддачі в рідкій фазі при протіканні в ній хімічної реакції, м/с; .Р — поверхня контакту фаз, м2; Ар — рушійна сила процесу, кг/м8.

Озон отримують із кисню повітря під дією електричного розряду в генераторах.

Метод відновлення застосовують для очищення стічних вод у випадках наявності легковідновлюваних речовин (ртуть, миш'як, хром). На промислових підприємствах цей метод застосовують рідко.

Разом з озонуванням і хлоруванням виробничих стічних вод застосовують електрохімічне окислення, що ґрунтується на електролізі виробничих стічних вод (див. рис. 5.12, в). Основу електролізу виробничих стічних вод становлять два процеси: анодне окислення і катодне відновлення.

На аноді, виготовленому з платини або графіту, виділяються кисень і галогени, а також окисляються деякі органічні сполуки, наявні у стічних водах. На катоді виділяється водень і відновлюються деякі органічні сполуки. Внаслідок високої вартості електрохімічне окислення для очищення стічних вод має обмежене застосування.