Очистка стічних вод методами окислення і відновлення

Для очистки стічних вод переважно використовують процес окислення і найпоширенішими окислювачами, які використовуються в промисло­вості є газоподібний і зріджений хлор, хлорне вапно, гіпохлорити натрію І калію, перманганат калію, біхромат калію, озон, пероксид водню, кисень, піролюзит тощо.

У процесі окислення (відновлення) токсичні забруднювачі, які містяться в стічних водах, внаслідок хімічних реакцій перетворюються в менш токсичні з наступним їх видаленням із води. Очистка окисленням (відновленням) пов'язана з витратами реагентів, тому доцільна тільки в тих випадках, коли забруднюючі речовини недоцільно або неможливо видалити із води іншими способами (ціанисті сполуки, сполуки арсену тощо).

Хлор і речовини, які містять "активний" хлор є найпоширенішими окислювачами. Їх використовують для очистки стічних вод від сірковод­ню, гідросульфідів, метилсірчистих сполук, фенолів, ціанідів, а також дім дезінфекції стічних вод. При потраплянні хлору в воду утворюється хлор­нуватиста і хлороводнева кислота (хлорна вода):

С1₂+ Н₂0 = НОСІ + НС1.

Після цього проходить дисоціація хлорнуватистої кислоти, ступінь якої залежить від рН середовища (при рН > 4 молекулярного хлору не існує), Суму С1₂+НОС1+ОС1 називають вільним "активним" хлором. У присут­ності амонійних сполук у воді утворюється хлорамін NН₆СІ і дихлорамін NНС1₂. Хлор у вигляді хлорамінів називають зв'язаним активним" хлором.

1 - усереднювач; 2,5 - насоси; 3 - ежектор; 4 - ємність. Рис. 4.25. Схема установки очистки води хлоруванням.

Хлорування проводиться в ємності (4). В ежекторі (3) газопо­дібний хлор захоплюється стічною водою, яка циркулює в системі ні досягнення необхідного ступеня окислення. При знезараженні вод від ціанідів процес проводять в лужному середовищі при pH > 9,0.Залежно від ступеня хлорування ціаніди окислюють до ціанатів або елементарного азоту і діоксиду карбону за рівняннями:

CN^- + 2 ОН^- + СІ₂ → CNO ^- + 2СІ^- + Н₂0;

2 CNO ^- + 4 ОН^- + З С1₂ → 2 СО₂ + 6 С1^- + N₂ + 2 Н₂0.

Джерелами "активного" хлору можуть бути також хлорне вапно, гіпохлорити, хлорати, діоксид хлору. Процес окислення ціанідів "активним" хлором можна проводити в одну стадію до одержання ціанатів, які легко гідролізують:

CN ^- + ОСІ ^- → CNO ^- + СІ ^-;

CNO ^- + 2 Н₂О → CO₃^2- + NH ^-.

Швидкість гідролізу, який активно проходить в слабокислому середовищі, не дуже висока. Слід звертати також увагу на pH середовища при веденні окислення (рІІ 8-11). Використову-ють хлорування і для знешкодження стічних вод від сірководню (дезодорація вод). При хлоруванні проходить окислення сульфурвмісних сполук. У випадку нестачі хлору, якщо вода містить меркаптани, може утворюватись диметилсульфіт з неприємним запахом

H₂S + Cl₂ → 2HCl + S↓;

2 CH₃SH + Cl₂ → 2 HCl + (CH₃)₂S₂.

При надлишку хлору (понад 600 г на 1 м³) може утворюватись метансульфокислота:

H₂S + З С1₂ + 2 Н₂0 → S0₂ + 6 HCl;

CH₃SH + З Cl₂ + 2 Н₂0 → CH₃S0₂C1 + 5 HCl.

Як носій "активного" хлору часто використовують хлорне вапно (містить до 33% "активного" хлору) або гіпохлорит кальцію (містить до 60% "активного" хлору). Витрати реагентів на процес хлорування (в кг/добу) розраховують за рівнянням:

х_і = (x_С1xWxn) / а,

де x_С1 – витрати "активного" хлору, які необхідні для окислення (ціанідів або сірководню), кг/м³;

W - витрати води, м³/доб;

п - коефіцієнт надлишку реагентів (1,2-1,3);

а - вміст "активного" хлору в реагенті.
Кисень повітря використовують для очистки стічних вод від феруму шляхом окислення двовалентного феруму до тривалентного з наступ­ним гідролізом останнього. При цьому виділяють гідроксид феруму(ІІІ):

4 Fe²⁺ + О₂ + 2 Н₂0 = 4 Fe³⁺ + 4 ОН^-;

Fe³⁺ + З Н₂0 = Fe(OH)₃ + З Н⁺.

Окислення піролюзитом проводять шляхом фільтрування стічної води через матеріал. Такий метод очистки використовують для окислення спо­лук тривалентного арсену до п'ятивалентного:

Н₃AsO₃+ MnO₃ + Н₂SO₄ = Н₃AsO₄ + MnSO₄ + Н₂0

Підвищення температури сприяє збільшенню ступеня окислення. Окислення озоном дозволяє одночасно забезпечити знебарвлення води, усунення присмаків і запахів, а також провести знезараження (дуже ефективне). Озонуванням можна очищати стічні води від фенолів, ціанідін, нафтопродуктів, сірководню, сполук арсену, поверхнево-активних речовин, барвників, канцерогенних ароматичних вуглеводнів, пестицидів тощо, У водному розчині, особливо в лужному середовищі, озон досить швидкої дисоціює за реакцією:

О₃ = О₂ + О.

Дія озону в процесах окислення може проходити в трьох різних напрямках:

> безпосереднє окислення за участю атомарного оксигену;

> приєднання цілої молекули озону до окислюваної речовини з утворенням ні стійких озонідів;

> каталітичне підсилення окислювальної здатності кисню, який присутній в озонованому повітрі.

Озон подають в стічну воду у вигляді озоно-повітряної або озоно-кисневої суміші з концентрацією озону біля 3%. Для підвищення ефективності процесу окислення суміш диспергують у стічній воді на дрібні бульбашки газу. Озонуванням є процес абсорбції, який супроводжується хімічною реакцією в рідкій фазі.

Озон одержують з кисню повітря під дією електричного розряду в генераторах, причому повітря (або кисню) перед подаванням в генератор осушують. Для озонування промислових стічних вод використовують апарати, які наведені на рис. 4.26.

а - з насадкою; 6 - барботажного типу.

Рис. 4.6. Контактні апарати для озонування

Можуть бути використані барботажні апарати, насадкові і тарілчасті колони. Процес очистки значно інтенсифікується при одночасному використанні ультразвуку і озону, ультрафіолетового випромінювання і озону. Особливо ефективна дія ультрафіолетового випромінювання: швидкість окислення озоном зростає в 100-1000 разів. Це зумовлені попереднім збудженням органічних молекул ультрафіолетовим вип­ромінюванням перед їх окисленням озоном.

Використання методу відновлення має менше значення для очистки стічних вод. Але, якщо стічні води містять легковідновлювані сполуки (спо­луки меркурію, сполуки хрому(УІ) тощо), очистку стічних вод можуть проводити методом відновлення.

У процесі очистки стічних вод від неорганічних сполук меркурію їх відновлюють до металічного меркурію з наступним видален­ням із води відстоюванням, фільтруванням або флотацією. Органічні сполуки меркурію спочатку окислюють для руйнування сполукн, а потім катіони меркурію відновлюють до металічного меркурію. Для відновлення використовують сульфід феруму, боргідрид натрію, гідросульфіт натрію, порошок феруму, алюмінієву пуд­ру тощо.

Методи очистки стічних вод від сполук хрому(УІ) базуються на їх відновленні до хрому(ІП) з наступним осадженням у вигляді гідроксиду в лужному середовищі. В якості відновників можна використати активоване вугілля, сульфат феруму(ІІ), водень, діоксид сульфуру, відходи органічних виробництв тощо. Найчастіше використовують розчини бісульфіту натрію і діоксид сульфуру:

4 H₂Cr0₄ + 6NaHSO₃ + ЗH₂SO₄ → 2 Cr₂(S0₄)₃ + З Na₂SO₄ + 10Н₂0

SO₃ + H₂O → H₂SO₃ 2 Cr0₃ + H₂SO₃ → Cr₂(S0₄)₃+ 3Н₂0