3. Реагентные методы выделения загрязняющих веществ

Известно, что вещества условно можно разделить на растворимые, малорастворимые и практически нерастворимые.

Рассмотрим, следуя Л. Полингу, основные классы нерастворимых веществ. К ним в первую очередь относятся все гидроксиды, за исключением гидроксидов щелочных металлов, аммония и бария, причем Са(ОН)₂ и Sr(OH)₂ - малорастворимы. Все средние карбонаты и фосфаты нерастворимы, за исключением соответствующих соединений щелочных металлов и аммония. Все сульфиды, за исключением сульфидов щелочных и щелочноземельных металлов, нерастворимы.

Для очистки производственных сточных вод от соединений тяжелых цветных металлов и в первую очередь от соединений Сu, Ni, Co, Pb, Cd, Hg их осаждают в виде соответствующих гидроксидов, сульфатов либо карбанатов. Растворимость вышеуказанных соединений может быть охарактеризована также произведением растворимости.

Для выделения из кислых сточных вод тяжелых цветных металлов и железа используются те же реагенты, что и при нейтрализации.

Следует указать, что ионы тяжелых цветных металлов могут осаждаться не только в виде гидроксидов, но и гидроксoкарбонатов. Например:

2ZnCl₂ + 2Nа₂СО₃ + H₂O → 4NaCl + CO₂ + (ZnOH)₂CO₃↓

2Pb + 2OН^- + СО₃^2- → (РbОН)₂СО₃↓

Цинк, алюминий и некоторые другие металлы, обладающие амфо-терными свойствами, могут содержаться в виде анионов в щелочных сточных водах. Для их удаления используют растворы кислот. При этом образуются осадки гидроксидов этих металлов.

Необходимо указать, что эффективнее совместное осаждение ионов двух или нескольких металлов при одной и той же величине рН, чем при осаждении каждого металла в отдельности.

Это связано с образованием смешанных кристаллов и адсорбционными процессами на их поверхности.

При обработке щелочными реагентами сточных вод, содержащих ионы тяжелых цветных металлов, достигается снижение их концентраций до величин, позволяющих осуществлять сброс очищенной воды в городскую канализацию или водоемы санитарно-бытового пользования.

В том случае когда требуется более глубокая степень очистки, тяжелые металлы рекомендуется выделять в виде сульфидов. Обычно в виде сульфидов выделяют Сu, Со, Ni, Fe, Sn, Mo, As, Sb, Hg, Ag, Zn, Cd, Pb. Для двухвалентного катиона металла реакция образования сульфида может быть записана в следующем виде:

Ме²⁺ + S^2- → MeS↓

В качестве осадителя обычно используют Na₂S (реже- (NH₄)₂S). Растворимость сульфидов зависит от рН раствора. В отечественной практике для выделения из сточных вод сурьмы и мышьяка в виде малорастворимых сульфидов в качестве реагента-осадителя используют сульфат железа.

Существуют методы осаждения катионов тяжелых цветных металлов в виде труднорастворимых соединений, в основе которых лежат окислительно-восстановительные реакции.

Гидроксиды и сульфиды тяжелых металлов образуют устойчивые коллоидные системы, поэтому для интенсификации процесса их осаждения в сточные воды добавляют коагулянты и флокулянты. В качестве коагулянтов чаще всего используют сульфаты алюминия (А1₂(SO₄)₃·18Н₂O) или трехвалентного железа (Fе₂(SO₄)₃·9Н₂O). Расширению оптимальных режимов коагуляции (по рН и температуре) способствуют флокулянты. Они также в несколько раз увеличивают скорость выпадения осадков тяжелых металлов. Чаще всего в качестве флокулянта применяют полиакриламид, который обычно вводят в количестве 0,1—10 г/м³ очищаемой воды.

К преимуществам реагентного метода следует отнести высокую степень очистки от тяжелых металлов (до ПДК), а также простоту эксплуатации оборудования. Основные недостатки метода — это образование значительного количества трудноперерабатываемого шлама, а также существенный расход реагентов и связанная с этим необходимость организации реагентного хозяйства.

Кроме того, очищенная этим методом вода содержит значительное количество солей и может быть использована в оборотных системах водоснабжения лишь после дополнительной очистки.