Окисление как метод сточных водах

Окисление как метод сточных водах

Окислительный метод очистки сточных вод

Окислительный метод применяется при водоподготовке и для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсические примеси (цианиды, фенолы), а также для извлечения из сточных вод веществ, которые нельзя или нецелесообразно извлекать другими методами.

Метод применяется в следующих отраслях промышленности:

— машиностроительной (в цехах гальванических покрытий);

— горнодобывающей (на обогатительных фабриках);

— нефтехимической (на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах);

— целлюлозно-бумажной и других.

Обеззараживание является заключительным этапом обработки городских сточных вод. Выпуск в водные объекты даже биологически очищенных сточных вод неизбежно связан с угрозой внесения в них патогенных бактерий и вирусов – возбудителей кишечных инфекций. Из практики очистки сточных вод известно, что при первичном отстаивании количество бактерий группы кишечной палочки сокращается на 30 – 40%, а после вторичных отстойников – на 90 – 95%. Следовательно, для полного освобождения сточных вод от патогенных бактерий и вирусов необходимо применение специальных методов обеззараживания.

Для обеззараживания (дезинфекции) сточных вод применяют хлорирование, озонирование и ультрафиолетовое облучение. Реагентами (окислителями) являются хлор, озон, технический кислород и кислород воздуха.

1) Хлорирование является наиболее распространенным методом обеззараживания и имеет высокую эффективность в отношении патогенных бактерий. В качестве обеззараживающего агента используют газообразный хлор и его производные (хлорная известь, гипохлорит кальция и натрия, хлорная известь, диоксид хлора).

Хлорирование применяют также для удаления из сточных вод фенолов, цианидов, сероводорода и других соединений, для борьбы с биологическими обрастаниями сооружений. Хлор поступает на производство в жидком виде с содержанием не менее 99,5%.

Хлорноватистая кислота НС l О обладает такой же окислительной способностью, как и хлор. Однако ее окислительные свойства проявляются только в кислой среде. Кроме того, хлорноватистая кислота является нестабильным продуктом – со временем и на свету она разлагается.

Широкое применение получили соли хлорноватистой кислоты. Гипохлорит кальция Са(С l О)₂ выпускается трех сортов с концентрацией активного хлора от 32 до 35%. Наиболее устойчива соль гипохлорита натрия N аОС l *5Н₂О.

Оксид хлора ( IV ) С l О₂ – газ зеленовато-желтого цвета, хорошо растворим в воде, сильный окислитель. При взаимодействии его с водой не протекают реакции хлорирования, что исключает образование хлорорганических веществ. В последнее время проводятся широкие разработки по выяснению условий замены хлора на оксид хлора в качестве окислителя. На ряде российских заводов внедрены передовые технологии с использованием оксида хлора.

У метода хлорирования сточных вод есть серьезные недостатки, а также гигиенические и экологические ограничения.

А) Продолжительное время контакта хлора с водой для достижения обеззараживающего эффекта и высокие исходные концентрации активного хлора. Хлор, добавленный к сточной воде, должен быть тщательно перемешан с ней, а затем находиться в контакте со сточной водой не менее чем 30 минут, после чего количество остаточного хлора должно быть не менее 1,5 мг/л. Для достижения этой величины исходная доза активного хлора составляет, в соответствии с требованиями СНиП, десятки мг/л.

Для снижения Coli -форм на 99,9% требуются следующие дозы хлора, мг/л:

— после механической очистки – 10;

— после химической очистки – 3 – 10;

— после полной и неполной биологической очистки – 3 и 5;

— после фильтрования на песчаных фильтрах – 2 – 5.

Установка для хлорирования газообразным хлором имеет хлораторную, смеситель, контактные резервуары.

Б) Отсутствие необходимой эпидемической безопасности в отношении вирусов при дозе остаточного хлора 1,5 мг/л.

В) Высокая степень токсичности хлора. Хлор является высокотоксичным газом, с ним достаточно трудно работать.

Г) высокая взрывоопасность складов жидкого хлора.

Д) Образование в природной воде при контакте с хлором хлорорганических соединений в токсичных для биоты водного объекта и человека концентрациях. При попадании в воду происходит гидролиз хлора с образованием соляной кислоты. Биологически очищенные городские сточные воды, имеющие уровень БПК 15 – 20 мг/л, несут достаточное количество органических соединений различных классов, способных к окислению. С некоторыми органическими веществами, которые присутствуют в растворе, хлор может вступать в реакции хлорирования.

В результате образуются вторичные хлорорганические продукты, которые обладают высокой степенью токсичности, мутагенностью и канцерогенностью, способны аккумулироваться в донных отложениях, тканях гидробионтов и в конечном счете попадать в организм человека. Это вызывает необходимость дехлорирования сточной воды перед выпуском в водоемы. Поэтому в последнее время наблюдается тенденция к отказу от обеззараживания воды хлором и применение альтернативных методов.

2) Озонирование применяется для очистки сточных вод от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др., а также для обесцвечивания и обеззараживания питьевой воды, устранения запахов и привкусов.

Озон является одним из самых сильных окислителей. Его получают в генераторах из кислорода воздуха под воздействием электрического разряда. Для окисления озоновоздушную смесь вводят в воду, в которой озон диссоциирует. Озон является дезинфицирующим веществом, его используют для нормализации микробиологического состава воды.

К преимуществам метода озонирования относятся:

А) Озон обладает высокой бактерицидной активностью и обеспечивает надежное обеззараживание воды даже по отношению к спорообразующим бактериям. Благодаря сильной окислительной способности озон разрушает клеточные мембраны и стенки. Обработка сточных вод озоном на заключительном этапе позволяет получить более высокую степень очистки и обезвредить различные токсичные соединения.

Б) Озон не образует в воде соединений, подобных хлорорганическим. После осуществления реакции с использованием озона образуется кислород, и вода не загрязняется побочными веществами.

В) Озон улучшает органолептические свойства воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта. При обработке воды озоном патогенные микроорганизмы погибают в тысячи раз быстрее, чем при ее хлорировании.

Однако широкое внедрение озонирования в практику обработки воды сдерживает его высокая стоимость и энергоемкость процесса получения озона. Не следует исключать и опасность негативного воздействияозона на организм человека.

3) Ультрафиолетовое облучение успешно внедряется в практику обеззараживания сточных вод в последние 10 лет. Первая установка была создана в 1982 г. в Канаде. В России установки начали применять с 1991 г. С 2000 г. действуют установки на Зеленоградской станции аэрации (Московская область), городских очистных сооружениях канализации Самары, Тольятти и др. городов.

Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами относится к физическим (безреагентным) методам. При этом используют бактерицидные ртутно-кварцевые лампы высокого или низкого давления.

К достоинствам метода можно отнести:

А) Широкий спектр антимикробного действия. Ультрафиолетовые лучи оказывают выраженное биоцидное действие в отношении различных микроорганизмов, включая бактерии, вирусы и грибы. УФ-облучение действует не только на бактериальную флору, но и бактериальные споры.

Б) Отсутствие опасности передозировки. Данный способ не требует введения в воду химических реагентов. Бактерицидный эффект ультрафиолетовых лучей не сопровождается образованием опасных продуктов трансформации химических веществ в воде.

В) Незначительное время контакта ультрафиолетовых лучей со сточными водами (относится к технологическим достоинствам метода). Бактерицидное облучение действует почти мгновенно и, следовательно, вода, прошедшая через установку, может сразу же поступать в водоем.

Г) Ускорение процесса окисления примесей в промышленных стоках в 100 – 10000 раз.

Д) Отсутствие токсического влияния на водные организмы.

Е) Сохранение органолептических свойств воды.

Однако должная гигиеническая эффективность и надежность обеззараживания обеспечиваются лишь при определенном качестве сточных вод.

Процесс очистки может быть существенно ускорен при совместном применении озона и ультрафиолетового облучения сточных вод.

При обеззараживании сточных вод перед выпуском их в водный объект на ОСК МУП г. Хабаровска «Водоканал» в настоящее время используется метод хлорирования. Для достижения нормативных показателей качества сточных вод по всем загрязняющим веществам предполагается внедрение биосорбционных фильтров с дальнейшим обеззараживанием на УФ-установке. При этом за основу взята схема станции УФ–обеззараживания, которая применяется на Ново–Люберецких очистных сооружениях г. Москвы.

Для загрузки биосорберов применяется активный уголь с размерами частиц 1 — 2 мм. Фильтры работают в анаэробных условиях с формированием биоплёнки для удаления органики, соединений азота, нефтепродуктов и фенолов. В качестве источников бактерицидного излучения в установках серии УФ применяются выпускаемые отечественной промышленностью ртутные лампы ДБ 36. В результате ввода нового очистного оборудования существенно снизится нагрузка на бассейн р. Амур, что позволит улучшить экологическую обстановку в районе г. Хабаровска.

3.3. Восстановительный метод очистки сточных вод

Восстановительный метод применяют для очистки сточных вод от соединений металлов (ртути, хрома, мышьяка, меди), нитритов, нитратов, сульфатов и др. Для каждого вещества используется свой методвосстановления и соответствующие реагенты – восстановители. В настоящее время имеется большое разнообразие методов восстановления.

Источник

Очистка сточных вод методом окисления примесей

Химические методы очистки сточных вод

К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрали­зацию, окисление и восстановление. Все эти методы связаны с рас­ходом различных реагентов, поэтому дороги. Их применяют для уда­ления растворимых веществ и в замкнутых системах водоснабже­ния. Химическую очистку проводят иногда как предварительную перед биологической очисткой или после нее как метод доочистки сточ­ных вод.

Нейтрализация

Практически нейтральными счита­ются воды, имеющие рН=6,5-8,5.

Нейтрализацию можно проводить различным путем: смеши­ванием кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, аб­сорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией ам­миака кислыми водами.

Нейтрализация смешиванием.Метод применяют, если имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в емкости с мешалкой и без мешалки.

Нейтрализация путем добавления реагентов.В качестве реагентов используют NаОН, КОН, Nа₂СО₃, NН₄ОН (аммиачная вода), СаСО₃, МgСО₃, доломит (СаСО₃∙МgСО₃), цемент. Иногда для нейтрализации применяют различные отходы производства. Например, шлаки ста­леплавильного, феррохромового и доменного производств использу­ют для нейтрализации вод, содержащих серную кислоту. Наиболее дешевым реагентом является гидроксид кальция с содержанием активной извести Са(ОН)₂ 5-10 %.

Реагенты выбирают в зависимости от состава и концентрации кислой сточной воды. При этом учитывают, будет ли в процессе об­разовываться осадок или нет. Принципиальная схема установки приведена на рис. 15.

Различают три вида кислотосодержащих сточных вод:

1) воды, содержащие слабые кислоты (Н₂СO₃, СН₃СООН);

2) воды, содержащие сильные кислоты (НС1, НNO₃);

3) воды, со­держащие серную и сернистую кислоты.

Рис. 15. Схема станции реагентной нейтрализации: 1 — песколовки; 2 — усреднители; 3 — склад реагентов; 4 — растворный бак; 5 — дозатор; 6 — смеси­тель; 7 — нейтрализатор; 8 — отстойник; 9 — осадкоуплотнитель; 10 — вакуум-фильтр; 11 — накопитель обезвоженных осадков; 12 — шламовая площадка

Для нейтрализации вод 1 и 2 групп может быть использован любой названный выше реагент. Соли этих кислот хорошо растворимы в воде. Кальциевые соли серной и сернистой кис­лот (3 тип) плохо растворимы в воде и выпадают в осадок. При нейтрализации вод, содержащих серную кислоту, известковым молоком в осадок выпадает гипс СаSО₄∙2Н₂O. Происходит отложение гипса на стенках трубопрово­дов и их забивка. Для устранения забивки трубопровода необходимо промывать их чистой водой или добавлять в сточные воды специ­альные умягчители, например гексаметафосфат. Для нейтрализации щелочных сточных вод используют различ­ные кислоты или кислые газы.

Нейтрализация фильтрованием кислых вод через нейтрали­зующие материалы. В этом случае для нейтрализации кислых вод проводят фильтрование их через слой магнезита, доломита, извест­няка, твердых отходов (шлак, зола). Процесс ведут в фильтрах-нейтра­лизаторах, которые могут быть го­ризонтальными или вертикальны­ми. Для вертикальных фильтров используют куски известняка или доломита размером 30-80 мм с продолжительностью кон­такта не менее 10 мин.

Нейтрализация кислыми га­зами.Для нейтрализации щелоч­ных сточных вод в последнее вре­мя начинают использовать отходящие газы, содержащие СО₂, SO₂, NO₂, N₂O₃ и др. Применение кислых газов позволяет не только нейт­рализовать сточные воды, но и одновременно производить высоко­эффективную очистку самих газов от вредных компонентов. Это при­мер ресурсосберегающей технологии, позволяющей исключить ис­пользование кислот, создать бессточную схему водопотребления.

Очистка сточных вод методом окисления примесей

Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды).

Такие виды сточных вод встречаются в машиностроительной (цехи гальванических покрытий), горнодобывающей (обогатительные фабрики свинцово-цинковых и медных руд), нефтехимической и целлюлозно-бумажной (цехи варки целлюлозы) промышленностях.

В качестве окислителей используют хлор, гипохлорит кальция, гипохлорит натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород, кислород воздуха. В ряде случаев (для окисления фенолов, крезолов, циансодержащих примесей) могут быть использованы пероксид водорода, оксиды марганца, перманганат и бихромат калия.

Окисление активным хлором– один из самых распространенных способов очистки сточных вод от фенола, крезола, цианидов, сероводорода, гидросульфида, метилмеркаптана, а также против биологического обрастания сооружений.

Хлор поступает в производство в жидком виде, содержит не менее 99,5 % Cl₂. В состав хлорной извести входят различные вещества: CaCl₂∙Ca(OH)₂∙H₂O; хлорат кальция CaClO₂; гипохлорит кальция Ca(ClO)₂. В зависимости от соотношения указанных веществ хлорная известь выпускается марок А, Б, В. Гипохлорит кальция Ca(ClO)₂ выпускается трех сортов.

При введении в воду хлор гидролизуется с образованием хлорноватистой и соляной кислот: Cl₂ + H₂O ↔ HOCl + HCl. Далее происходит диссоциация хлорноватистой кислоты, степень которой зависит от pH среды. При значениях pH>4 молекулярный хлор в воде практически отсутствует. Образовавшаяся в результате гидролиза хлора хлорноватистая кислота диссоциирует на ион гипохлорита OCl — и ион водорода H + .

Сумма Cl₂, HOCl, OCl — называется свободным «активным» хлором. В присутствии аммонийных соединений в воде образуется хлорамин NH₂Cl и дихлорамин NHCl₂.

Процесс хлорирования проводят в хлораторах периодического и непрерывного действия, напорных и вакуумных. Трубопроводы установки изготавливают из антикоррозионных материалов. Жидкий хлор перед подачей в установку испаряют.

При обезвреживании цианидов процесс проводят в щелочной среде pH=9. Цианиды можно окислить до элементарного азота и диоксида углерода по уравнениям:

CN — + 2OH — + Cl₂ → CNO — + 2Cl — + H₂O,

Окисление ионов CN — может осуществляться путем перевода их в цианаты CNO — , которые затем гидролизуются с образованием ионов аммония и карбонатов:

CN — + OCl — → CNO — + Cl — ,

Пероксид водорода разлагает нитриты, нитрилы, альдегиды, фенолы, сульфаты. Одновременно происходит обесцвечивание сточных вод. Процесс обесцвечивания ускоряется в присутствии катализаторов FeSO₄ и CuSO₄. Промышленность выпускает 85-95 % пероксид водорода и пергидроль, содержащий 30 % H₂O₂. Пероксид водорода в кислой и щелочной средах разлагается по следующим схемам

В кислой среде более отчетливо выражена окислительная функция, а в щелочной – восстановительная. В кислой среде пероксид водорода переводит соли двухвалентного железа в соли трехвалентного, азотистую кислоту – в азотную, сульфиды – в сульфаты. Цианиды в цианаты окисляются в щелочной среде.

Окисление кислородом воздухапроводят для удаления из сточных вод железа, окисления сульфидных стоков целлюлозных, нефтеперерабатывающих, нефтехимических заводов. Соединения двухвалентного железа окисляются в трехвалентные и, затем, в виде гидроксида трехвалентного железа удаляются. Процесс проводят при аэрировании воздуха через сточные воды в башне с насадкой. Образующийся гидроксид железа отстаивается, а затем отфильтровывается.

При окислении сульфидных стоков процесс окисления гидросульфидной и сульфидной серы протекает через ряд стадий при изменении валентности серы с -2 до +6. Принципиальная схема установки окисления сульфидов приведена на рис. 16.

Рис. 16. Схема установки окисления сульфидов:

1 – приемный резервуар; 2 – насос; 3 – теплообменник; 4 – окислительная колонна; 5 – воздухораспределительное устройство; 6 – сепаратор; 7 – холодильник

Окисление пиролюзитом. Пиролюзит является природным материалом, состоящим, в основном из диоксида марганца, формула MnO₂∙H₂O. Сточные воды фильтруют через этот материал с целью окисления трехвалентного мышьяка в пятивалентный.

Повышение температуры способствует увеличению степени окисления, поэтому окисление пиролюзитом проводят при температуре 70-80 о С.

Озонирование.Окисление озоном позволяет одновременно обесцветить сточные воды, устранить запахи и привкусы, провести обеззараживание. Озонированием можно очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, красителей, канцерогенных веществ, ароматических углеводородов, пестицидов и др. Кроме того, соединения металлов окисляются озоном до высшей валентности.

Озон подают в сточные воды в виде озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси, в которой его содержание составляет 3 %. Установки для очистки сточных вод состоят из аппаратов для очистки и осушки воздуха, озонаторов, камер контакта сточных вод с озоном, оборудования для утилизации остаточного озона. В обрабатываемую воду озон вводят различными способами: барботирование воздуха, содержащего озон, через слой воды; смешение воды с озоновоздушной смесью в инжекторах или роторно-механических смесителях, в абсорберах различной конструкции.

Процесс озонирования интенсифицируется, если одновременно с озоном использовать ультразвук или УФ-облучение. Например, в последнем случае окисление ускоряется до 10000 раз.

Источник