Chemické metody čištění odpadních vod se používají k odstranění rozpustných látek v uzavřených vodovodních systémech, přičemž koncentrace organických znečišťujících látek může dosáhnout 30 000 mg / l, anorganických – pouze 500 mg / l. Tento typ metody je založen na standardních chemických reakcích: neutralizaci, oxidaci (sem patří i elektrochemické zpracování) a redukci.

Neutralizace odpadních vod

Neutralizace je nutná před vypouštěním do vodních útvarů nebo dalším použitím v technologických procesech odpadních vod obsahujících minerální kyseliny nebo zásady. Vody s pH 6,5–8,5 jsou považovány za prakticky neutrální. Existují různé způsoby, jak provést neutralizaci: smíchání kyselé a alkalické odpadní vody, přidání činidel, filtrace kyselé vody přes neutralizační materiály, absorpce (proces selektivní absorpce složek plynné směsi kapalinovým absorbérem – absorbentem) kyselých plynů s alkalickými vody nebo absorpce amoniaku NH3 kyselé vody. Během procesu neutralizace se mohou tvořit sraženiny.

K neutralizaci kyselých vod použijte hydroxid sodný NaOH, hydroxid draselný KOH, uhličitan sodný Na2CO3, čpavková voda NH4OH, uhličitan vápenatý CaCO3, uhličitan hořečnatý MgCO3, dolomit (CaCO3MgCO3), cement. Nejdostupnějším činidlem je hydroxid vápenatý (vápenné mléko Ca(OH)2) obsahující 5 % aktivního vápna Ca(OH)2. Někdy se k neutralizaci využívá odpad z výroby, např. struska z hutní výroby.

V závislosti na složení a koncentraci kyselé odpadní vody se volí činidlo. Existují tři typy kyselých odpadních vod:

vody obsahující slabé kyseliny (kyselina uhličitá H2СO3, kyselina octová CH3COOH);

vody obsahující silné kyseliny (HCl chlorovodíková, dusičná HNO3);

vody obsahující sírovou H2SO4 a sirný H2S03 kyselina.

Při neutralizaci průmyslových odpadních vod obsahujících kyselinu sírovou probíhá reakce v závislosti na použitém činidle podle rovnic:

Při neutralizaci vápenným mlékem Ca(OH)2 odpadní voda obsahující kyselinu sírovou sráží sádrovec (CaSO42H2O), což způsobuje jeho usazování na stěnách potrubí.

K neutralizaci alkalických odpadních vod se používají různé kyseliny nebo kyselé plyny, například výfukové plyny (pracovní kapalina spotřebovaná v motoru) obsahující oxid uhličitý CO2oxid siřičitý SO2, oxid dusičitý NO2, N2O3 atd. Použití kyselých plynů umožňuje nejen neutralizovat odpadní vody, ale také současně čistit samotné plyny od škodlivých složek. Neutralizace alkalických vod spalinami (vypouštěnými do ovzduší kotli, kamny, krby a také spalovacími motory) je technologie šetřící zdroje, protože eliminuje vypouštění odpadních vod, snižuje spotřebu čerstvé vody a šetří tepelnou energii ohřev sladké vody a jsou také čištěny od kyselých složek (CO2SO2 atd.) a z prachu samotné spaliny.

ČTĚTE VÍCE
Je možné v koupelně kombinovat matné a lesklé obklady?

Oxidace škodlivin odpadních vod

Oxidace odpadních vod se používá, když je nutné je neutralizovat (voda například obsahuje toxické nečistoty jako kyanidy CN, komplexní kyanidy mědi a zinku nebo sloučeniny, které je nepraktické z odpadních vod extrahovat nebo čistit jinými metodami (sirovodík H2S, sulfidy S)). Používají se tato oxidační činidla: plynný a zkapalněný chlor, oxid chloričitý ClO2, chlorečnan vápenatý Ca(ClOXNUMX)₂, chlornan vápenatý Ca(ClO)2 a NaOCl sodný, manganistan draselný KMnO4, dvojchroman draselný K2Cr2O7, peroxid vodíku H2O2, vzdušný kyslík O2, kyseliny peroxosírové, ozon, pyrolusit MnO2 atd. Při procesu oxidace se toxické nečistoty mění na méně toxické, které jsou následně z vody odstraněny. Nejaktivnějším oxidačním činidlem je fluor (pro jeho vysokou agresivitu jej však nelze v praxi použít), následovaný v sestupném pořadí aktivity ozónem, chlorem, peroxidem vodíku a manganistanem draselným.

Oxidace aktivním chlorem. Chlór a látky jej obsahující jsou nejběžnějšími oxidačními činidly. Používají se k čištění odpadních vod od sirovodíku, hydrosulfidu, sloučenin methylsíry, fenolů, kyanidů atd.

Když se do vody přidá chlor, tvoří se kyselina chlorná a chlorovodíková:

Pokud je v odpadních vodách amoniak, amonné soli nebo organické látky obsahující aminoskupiny, reagují s nimi chlor, kyselina chlorná a chlornany za vzniku mono- a dichloraminů a také chlorid dusitý:

Chlór se také používal k dezinfekci vody z vodovodu. Jeho použití ve velkých dávkách (hyperchlorace) je však zatíženo tvorbou toxických dioxinů, které se hromadí jak v lidském těle, tak v biosféře planety, takže v současnosti postupně přecházejí na jiné metody (např. v Novosibirsku , obecní jednotný podnik Gorvodokanal čistí pitnou vodu pomocí chlóru a ultrafialového záření).

Oxidace vzdušným kyslíkem. Mnohem více než činidla obsahující chlór se kyslík používá k oxidaci sulfidových (S) odpadních vod z celulózy, ropných rafinérií a petrochemických závodů. Reakce probíhá v kapalné fázi za zvýšených teplot a tlaků, s jejich nárůstem se zvyšuje reakční rychlost a hloubka oxidace sulfidů a hydrosulfidů. Systém:

Vzdušný kyslík se také používá při čištění vody od železa k oxidaci sloučenin dvojmocného železa na trojmocné železo s následnou separací hydroxidu železa z vody. Oxidační reakce ve vodném roztoku probíhá podle následujícího schématu:

Oxidace se provádí provzdušňováním vzduchu odpadní vodou ve věžích naplněných tětivou při zvýšené teplotě a tlaku. Výsledný hydroxid železa se usadí v kontaktní nádrži a poté se filtruje.

ČTĚTE VÍCE
Jak zkontrolovat tranzistor s efektem pole na základní desce?

Sloučeniny sulfidů mohou být také zničeny oxidem uhličitým obsaženým ve spalinách. Schéma tvorby uhličitanu je následující:

Uvolněný sirovodík je odváděn spalinami a párou a posílán ke spalování a při využití oxidu uhličitého slouží jako surovina pro výrobu kyseliny sírové.

Ozonizace. Ozon má schopnost ničit mnoho organických látek a nečistot ve vodných roztocích za normálních teplot. Oxidace ozonem zajišťuje odbarvení vody, odstranění chutí a pachů a dezinfekci; bakterie umírají několik tisíckrát rychleji než při úpravě vody chlórem. Ozonizací lze vyčistit odpadní vody od fenolů, ropných produktů, sirovodíku, sloučenin arsenu, povrchově aktivních látek (sem patří jak běžné mýdlo, tak syntetické detergenty), kyanidů, barviv, karcinogenních aromatických uhlovodíků, pesticidů atd. Vliv ozonu v oxidačních procesech může probíhají ve třech různých směrech: přímá oxidace za účasti jednoho atomu kyslíku; přidání celé molekuly ozonu k oxidované látce za vzniku ozonidů; katalytické zvýšení oxidačního účinku kyslíku přítomného v ozonizovaném vzduchu.

Ozonizace umožňuje dosáhnout vysokých rychlostí čištění; Jedná se o metodu šetrnou k životnímu prostředí, která nevede k sekundárnímu znečištění vody chemickými činidly (chlór, manganistan draselný atd.), avšak investiční a provozní náklady procesu ozonizace mohou být někdy několikanásobně vyšší než náklady na tradiční čištění. metody.

Rychlost čištění odpadních vod výrazně zvyšuje kombinované použití ultrazvuku a ozónu nebo ultrafialového záření a ozónu (oxidace se urychlí 100–10000 XNUMXkrát). Tato metoda umožňuje okamžitou oxidaci nejperzistentnějších složek kontaminantů, mezi které patří alkoholy, deriváty chloru atd. Náklady na komplexní metodu však výrazně převyšují náklady na již tak drahou ozonizaci.

Využití ozonu pro čištění průmyslových odpadních vod je tedy možné ve velkém měřítku. Z ekonomických důvodů je však dnes nejreálnější pouze ve dvou případech: pro specifické čištění (bělení, snižování toxicity atd.), kdy je klasické čištění nepřijatelné nebo neúčinné, a dále pro odstraňování stop kontaminantů před vypouštěním odpadních vod do nádrže. .

Elektrochemická oxidace. Elektrochemické metody čištění jsou založeny na elektrolýze průmyslových odpadních vod. V některých případech mají výhody oproti čištění odpadních vod chemickými činidly a jinými fyzikálními a chemickými metodami, protože umožňují získávat z vody cenné chemické produkty a kovy, výrazně zjednodušují technologické schéma úpravy a zmenšují výrobní plochu potřebnou pro umístění úpraven. Pro čištění koncentrovaných organických a anorganických nečistot a nízkých průtoků odpadních vod je vhodné použít elektrochemické čištění. Účinek čištění odpadní vody závisí na jejím výchozím chemickém složení (pH, celkový obsah minerálních solí), použitých elektrodách a vzdálenosti mezi nimi, proudové hustotě, měrné spotřebě elektřiny, intenzitě míchání při procesu elektrolýzy a teplotě. Elektrolýza je založena na dvou procesech: anodické oxidaci a katodické redukci. Jako anoda jsou použity elektrolyticky nerozpustné materiály (uhlí, grafit, magnetit, olovo, hořčík, oxid rutheničitý) nanesené na titanové bázi, jako katoda olovo, zinek a legovaná ocel. Proudová hustota má velký význam při elektrochemické oxidaci. Aby se zabránilo míšení produktů elektrolýzy, zejména plynů (vodík a kyslík), které mohou tvořit výbušné směsi, používají se k oddělení anodového a katodového prostoru keramické, polyethylenové, azbestové a skleněné diafragmy.

ČTĚTE VÍCE
Jak krmit sazenice pro rozvoj kořenového systému?

V procesu anodické oxidace se organické látky ničí tvorbou meziproduktů nebo konečných oxidačních produktů (organické kyseliny, oxid uhličitý, voda). Při elektrolýze alkalické odpadní vody obsahující kyanid dochází na anodě k oxidaci kyanidových iontů za vzniku kyanátových iontů a jejich další elektrochemické oxidaci na finální produkty:

Za účelem zvýšení elektrické vodivosti odpadních vod, snížení energetické náročnosti a zintenzivnění oxidačního procesu se do odpadních vod přidávají minerální soli (například chlorid sodný, který se rozkládá a na anodě uvolňuje atomy chloru, které se pak účastní oxidačního procesu) .

Radiační oxidace. Výše uvedené způsoby dezinfekce vody (chlorace, ozonizace, ultrafialové ozařování) mají řadu nevýhod:

chlorací vznikají toxické dioxiny, chlór neničí některé bakterie a viry, skladování a přeprava chlóru představuje potenciální hrozbu pro obyvatelstvo a přírodu;

ozonizace je nákladná a vyžaduje značnou spotřebu energie;

Ultrafialové ošetření klade vážné požadavky na průhlednost vody.

V současné době se proto mimo jiné vyvíjejí radiační metody čištění odpadních vod. Jako zdroje záření lze použít radioaktivní kobalt a cesium, palivové články, radiační obvody a urychlovače elektronů. V důsledku radiační úpravy vody může docházet k následujícím procesům: radiační oxidace, tvorba usazenin organických látek, koagulace (slučování malých rozptýlených částic do větších agregátů) koloidních roztoků, dezinfekce, odčervování, deodorizace atd. As v důsledku radiační oxidace se organické látky oxidují na oxid uhlík (IV) a vodu.

Radiační technologie má řadu dalších výhod:

vysoká rychlost zpracování;

malé výrobní oblasti;

možnost úplné automatizace procesu;

snadnost jeho začlenění do technologického řetězce konvenčních úpravenských zařízení.

K čištění průmyslových odpadních vod se používají chemické metody. Hlavními technikami jsou neutralizace a oxidačně-redukce, které lze použít samostatně i jako pomocné v kombinaci s jinými.

Neutralizace určený pro separaci kyselin, zásad, ale i solí kovů na bázi kyselin a zásad z odpadních vod.

Je racionální kombinovat kyselé a alkalické odpadní vody. Likvidace kyselých a alkalických odpadních vod jedním potrubním systémem není vždy vhodná, protože to může způsobit srážení v potrubí a v důsledku toho ucpání sítě.

K neutralizaci kyselých vod se používají alkalická činidla: vápno CaO, hašené vápno Ca(OH)2, soda Na2S3, louh sodný NaOH, čpavková voda a také filtrace přes neutralizační materiály (vápenec, dolomit, magnezit, křída).

ČTĚTE VÍCE
Jaké typy topných zařízení se používají v topných systémech?

K neutralizaci alkalických vod se nejčastěji používají kyseliny: sírová, chlorovodíková, dusičná, méně často octová. Pro tyto účely je možné využít i spaliny obsahující CO.2, TAK2, NE2.

Oxidační metoda používá se při čištění průmyslových odpadních vod od toxických kyanidů, sulfidů, merkaptanů, fenolů, kresolů aj. Činidla jsou chlor a jeho deriváty (chlornany, oxid, chlorečnany), kyslík, ozon, manganistan, chromany a dichromany, peroxid vodíku. Restorační metoda používá se k čištění odpadních vod od dusitanů a dusičnanů, chromanů a bichromanů, chlorečnanů a chloristanů, síranů, bromičnanů, jodičnanů. Redukčními činidly jsou v tomto případě oxidované prvky s proměnným mocenstvím obsažené v siřičitanech, sulfidech, železnatých solích a oxidu siřičitém (ze spalin).

9.2.4 Fyzikálně-chemické čištění odpadních vod

K čištění odpadních vod se používají fyzikálně-chemické metody, především z rozpuštěných nečistot, v některých případech z nerozpuštěných látek. Použití systémů zásobování cirkulační vodou zvyšuje roli fyzikálních a chemických metod. Do této kategorie metod patří: koagulace, flotace, extrakce, iontoměničové čištění, hyperfiltrace, odpařování, odpařování, krystalizace.

Koagulace – proces zvětšování koloidních částic v kapalině vlivem elektrostatických sil mezimolekulární interakce. Při počáteční velikosti částic 0,001–0,1 μm dosahuje po koagulaci jejich velikost 10 μm nebo více, tedy takové velikosti, při které je lze izolovat mechanickými metodami. Koagulace vede nejen k adhezi částic, ale také narušuje agregační stabilitu polydisperzního systému, což má za následek separaci pevné a kapalné fáze.

Flotacepoužívá se k čištění kontaminovaných vod od ropných produktů. Přívod vzduchu pod tlakem do flotační komory pomáhá zintenzivnit proces plavení ropných produktů a tvorbu pěny na vodní hladině. Pěna je shora shrnována speciálním mechanismem do sběrače pěny a vyčištěná (vyčištěná) voda je vypouštěna ze dna komory. Doba zpracování 15–20 minut.

Extrakceje založen na procesu redistribuce nečistot odpadních vod ve směsi dvou vzájemně nerozpuštěných kapalin (odpadní vody a extraktantu).

Sorpce – metoda hloubkového čištění průmyslových odpadních vod od rozpuštěných organických a některých anorganických nečistot. V procesech úpravy vody může být použit buď samostatně, nebo v kombinaci s jinými biologickými a chemickými metodami. Sorpce umožňuje znečišťující látky z odpadních vod nejen izolovat a koncentrovat, ale také je v technologickém procesu využít a využít vyčištěnou vodu v zásobování cirkulační vodou.

ČTĚTE VÍCE
Jak zjistit, zda je doma ve vodě sirovodík?

Čištění iontovou výměnouslouží k zajištění a čištění odpadních vod od kovových iontů a jejich nečistot. Čištění je prováděno pomocí iontoměničů – syntetických iontoměničových pryskyřic, používaných ve formě granulí o velikosti od 0,2 do 2,0 mm. Iontoměniče jsou polymerní látky, které jsou prakticky nerozpustné ve vodě a mají iont (kationt nebo anion), který za určitých podmínek vstupuje do výměnné reakce s ionty stejného znaménka obsaženými v odpadních vodách.

Elektrické čištění, zejména elektrochemická oxidace, se provádí elektrolýzou a používá se k čištění odpadních vod z galvanických procesů obsahujících jednoduché ionty (KCl, NaCl) nebo komplexní kyanidy zinku, mědi, železa a dalších kovů. Při elektrolýze dochází na anodě k oxidaci kyanidů, které se přeměňují na málo toxické a netoxické produkty (kyanáty, uhličitany, oxid uhličitý, dusík), na katodě dochází k výboji vodíkových iontů za vzniku vodíku. plyn a výboj iontů mědi, zinku a kadmia.

Hyperfiltracejde o přenos vody a rozpuštěných látek přes membránu vyrobenou z polymeru (acetát celulózy, polyamid apod.) s životností 1–2 roky. Tato metoda má nízkou spotřebu energie, je poměrně jednoduchá, snadno se automatizuje a je účinná v systémech recyklace vody.

Vypařování je realizováno čištěním odpadních vod párou s těkavými organickými látkami, které přecházejí do parní fáze a spolu s vodní párou jsou z odpadních vod odstraňovány. Proces odpařování odstraňuje amoniak, ethylamin, diethylamin, fenol atd.

Odpařování, odpařování a krystalizace se používají k čištění malých objemů odpadních vod s vysokým obsahem těkavých látek.