14. Химические и термические методы очистки сточных вод: реагенты для нейтрализации сточных вод; методы и установки нейтрализации; очистка сточных вод окислением и восстановлением.

К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, окисление и восстановление. К окислительным методам относится также электрохимическая обработка. Их применяют для удаления растворимых веществ в замкнутых системах водоснабжения. Химическую очистку проводят иногда как предварительную перед биологической очисткой или после нее как метод доочистки сточных вод.

Основными методами химической очистки сточных вод являются нейтрализация и окисление.

Очистка производственных сточных вод реагентным способом включает несколько стадий, основными из которых являются:  1) Приготовление и дозирование реагентов;  2) Смешение реагентов с водой;  3) Хлопьеобразование;  4) Отделение хлопьевидных примесей от воды. 

Выбор метода очистки определяется необходимой степенью очистки и количественными и качественными показателями сточных вод. Они могут быть рекуперационными и деструктивными. Рекуперационные методы представляют систему извлечения из сточных вод ценных веществ, которые вовлекаются повторно в технологический процесс или используются в качестве вторичных ресурсов. Деструктивные методы очистки направлены на разрушение загрязняющих веществ путем их окисления или восстановления, в результате чего образуются осадки или происходит выделение газов. Поступающие в воду загрязнения в результате технологического процесса могут быть растворимыми, нерастворимыми, коллоидными, минеральными, органическими, биологическими.

Нейтрализация сточных вод. Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед сбросом их в водоемы или перед использованием в технологических процессах нейтрализуют. Практически нейтральными считаются воды, имеющие pH 6,5...8,5.

Нейтрализацию можно проводить различным путем: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, абсорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией аммиака кислыми водами. В процессе нейтрализации могут образовываться осадки.

Для нейтрализации кислых вод используют: NaOH, КОН, Na₂CO₃, NH₄OH (аммиачная вода), СаСO₃, MgCO₃, доломит (CaCO₃·MgCO₃), цемент. Наиболее доступным реагентом является гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием 5...10% активной извести Са(ОН)₂. Иногда для нейтрализации применяют отходы производства, например шлаки металлургических производств.

Реагенты выбирают в зависимости от состава и концентрации кислой сточной воды. Различают три вида кислотосодержащих сточных вод: воды, содержащие слабые кислоты (Н2СO3, СН3СООН); тводы, содержащие сильные кислоты (НС1, HNO3); воды, содержащие серную и сернистую кислоты.

При нейтрализации производственных сточных вод, содержащих серную кислоту, реакция в зависимости от применяемого реагента протекает по уравнениям:

При нейтрализации известковым молоком сточных вод, содержащих серную кислоту, в осадок выпадает гипс (CaSO₄·2Н₂O), что вызывает отложение его на стенках трубопроводов.

Для нейтрализации щелочных сточных вод используют различные кислоты или кислые газы, например отходящие газы, содержащие СO₂, SO₂, NO₂, N₂O₃ и др. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно очищать от вредных компонентов сами газы.

Количество кислого газа, необходимого для нейтрализации, может быть определено по уравнению массоотдачи:

 где М - количество кислого газа, необходимого для нейтрализации; k - фактор ускорения хемосорбции; β_ж - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе; S - поверхность контакта фаз; ΔС - движущая сила процесса.

Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами является ресурсосберегающей технологией, так как при этом ликвидируется сброс сточных вод, сокращается потребление свежей воды, экономится тепловая энергия на подогрев свежей воды, а также очищаются дымовые газы от кислых компонентов (СO₂, SO₂ и др.) и от пыли.

Окисление загрязнителей сточных вод.

Чтобы контролировать реакцию нейтрализации, надо знать, какое количество кислоты или щелочи следует добавить в раствор для получения необходимого значения рН. Для этого использу­ют метод титрования, и по объему израсходованного титранта (раствора кислоты либо щелочи) вы­числяют количество определяемого вещества.

Самую простую систему очистки на основе реакции нейтрали­зации можно представить в виде измельченного известняка, на который вылили раствор кислоты, а осадок собрали в отстойник.

- Применяется и обработка сточных вод с помощью реакций окисления-восстановления. Любая реакция окисления-восстановления есть одновременное окисление одних компонентов и восстановление других. Наибо­лее распространенные окислители и восстановители: кислород, озон, хлор, перманганат калия, дихромат калия. Одним из важнейших окисляющих агентов является хлор, поэтому большинство химических операций со сточными вода­ми начинается с хлорирования, чтобы высокотоксичный хлор к концу реагентной обработки полностью удалялся из воды. Окислительно-восстановительные реакции используются для превращения токсичных веществ в безвредные и для обеззараживания сточных вод. Сточные воды, содержащие тяжелые металлы, цианиды, сульфиды и ряд других примесей, могут подвергаться очистке с помощью озона, который активно окисляет подобные соединения.

Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды). В узком смысле окисление – реакция соединения какого-либо вещества с кислородом, а в более широком – всякая химическая реакция, сущность которой состоит в отнятии электронов от атомов или ионов.

Для очистки сточных вод используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, гипохлориты кальция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, пероксид водорода, кислород воздуха, пероксосерные кислоты, озон, пиролюзит и др.

В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в результате химических реакций переходят в менее токсичные, которые удаляют из воды.

Активность вещества как окислителя определяется величиной окислительного потенциала. Первое место среди окислителей занимает фтор, который из-за высокой агрессивности не может быть использован на практике. Для других веществ величина окислительного потенциала равна: для озона - 2,07; для хлора - 0,94; для пероксида водорода - 0,68; для перманганата калия - 0,59.

Электрохимическую обработку целесообразно применять при очистке концентрированных органических и неорганических загрязнений и небольших расходах сточных вод.

В качестве анода используют электролитически нерастворимые материалы (уголь, графит, магнетит, диоксиды свинца, магния, рутения), нанесенные на титановую основу, в качестве катода - свинец, цинк и легированную сталь. Большое значение при электрохимическом окислении имеет плотность тока.