Окисление загрязнителей сточных вод

Хлорирование воды

Самый распространенный способ. Свободный хлор и его соединения применяют для удаления из сточных вод фенолов, крезолов, цианидов, сероводорода, гидросульфида и других соединений, а также для борьбы с бактериальными загрязнениями. Для обеззараживания воды применяют хлор, двуокись хлора, гипохлориты натрия и кальция, хлорную известь, диоксид хлора.

Расчетная доза активного хлора берется в зависимости от предшествующей очистки сточных вод (после механической очистки — 10 мг/л; после механической очистки при эффекте отстаивания более 70 и неполной биологической очистки — 5 мг/л; после полной биологической, физико-химической очистки — 3 мг/л.).

Показателем достаточности принятой дозы хлора служит наличие в воде так называемого остаточного хлора (остающегося в воде от введенной дозы после окисления находящихся в воде веществ). Согласно требованиям ГОСТ 2874—73, концентрация остаточного хлора в воде перед поступлением ее в сеть должна находиться в пределах 0,3— 0,5 мг/л.

Хлор поступает на производство в жидком виде. Он содержит не менее 99,5 CI₂. При введении хлора в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты

С1₂ + Н₂О = НОС1 + НС1.

Далее происходит диссоциация образовавшейся хлорноватистой кислоты

НОС1 = Н⁺ + ОС1^-.

Получающиеся в результате диссоциации хлорноватистой кислоты гипохлоритные ионы ОС1^- обладают наряду с недиссоциированными молекулами хлорноватистой кислоты бактерицидным свойством.

Сумму С1₂+НОС1+ОС1^- называют свободным активным хлором.

Хлорная известь имеет разный состав: 50% СаС1₂ • Са(ОН)₂ • Н₂О; 30% Са(С1О)₂ • 2Са(ОН)₂ и 20% Са(С1О)₂. В зависимости от марки хлорной извести (А, Б и В) содержание активного хлора и влаги дано в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Состав хлорной извести (в %)

Показатель	Марка
А	Б	В
Содержание активного хлора, %, не менее
Содержание влаги, %, не более: при длительном хранении при непродолжительном хранении		не нормируется	не нормируется

Гипохлорит кальция Са(С1О₂) выпускают трех сортов (табл. 2.6); на практике используется также двухосновная соль Са(С1О)₂ •2Са(ОН)₂-2Н₂О и дветретиосновная соль 3Са(С1О)₂• 2Са(ОН)₂ • 2Н₂О.

Таблица 2.6

Состав гипохлорида кальция(в %)

Показатель	Сорт гипохлорита кальция
I	II	III
Содержание активного хлора, %, не менее
Нерастворимый остаток, %, не более			не нормируется
Содержание влаги, %, не более

Наиболее устойчива соль гипохлорита натрия NaOCl • 5Н₂О. Растворы гипохлорита натрия устойчивы при рН=11. Соль получают при взаимодействии газообразного хлора и раствора щелочи или при электролизе поваренной соли в ванне без диафрагмы. Диоксид хлора СО₂ — газ зеленовато-желтого цвета, хорошо растворяется в воде.

Сооружение для обеззараживания состоит из установки для хлорирования, склада хлора, смесителя и контактного резервуара. Контактные резервуары бывают горизонтальные, вертикальные или укрупненные квадратные с ячеистым дном. Конструктивно они не отличаются от отстойников.

Например, сточная вода с содержанием цианидов от 20 до 100 мг/л подается в емкость 1 (рис. 2.44), включенную в схему рециркуляции по жидкой фазе. В инжектор 2 подается газообразный хлор. Циркуляция сточной воды с введением хлора продолжается до достижения требуемой степени окисления, после чего вода выводится из емкости. Контроль ведут по остаточному активному хлору, содержание которого должно быть не менее 5 – 10 мг/л.

Рис. 2.44. Схема очистки сточных вод от цианидов

Установки для обеззараживания должны обеспечивать уменьшение бактериальных загрязнений до нормативных. Количество бактерий кишечной группы, оставшихся в воде после обеззараживания, а также по концентрации остаточного хлора при обеззараживании хлором или его производными дают представление о эффективности работы сооружений. Количество бактерий кишечной группы в 1 л сточной воды должно составлять до 1000 штук при обязательном контакте воды с хлором не менее 30 мин.

Контактные резервуары проектируют в виде не менее 2 отстойников без скребков. Влажность удаляемого осадка 98 %. Количество осадка после механической очистки — 1,5 л/м³. Осадок удаляется раз в 5-7 суток перекачкой его в начало очистных сооружений

Озонирование воды

Озонирование применяется для очистки сточных вод от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др. При применении озона для подготовки питьевой воды используются окислительные и дезинфицирующие свойства озона. Первоначально озон использовался только для обеззараживания, затем его стали применять для удаления запаха, цветности воды и примесей.

Для окисления этих веществ озоновоздушную смесь вводят в воду, в которой озон диссоциирует. Растворимость озона в воде зависит от ее рН. В слабощелочной среде озон диссоциирует очень быстро, в кислотной - медленно.

Для озона обнаруживается резкое бактерицидное действие при достижении критической дозы озона равной 0,4 - 0,5 мг озона в газе на литр обрабатываемой воды. Причем, происходит полная инактивация воды. Механизм воздействия окислителя состоит в разрушении бактерий путем инактивации бактериальных протеинов, то есть диффузией через мембрану клетки в цитоплазму с поражением жизненных центров. Если озон эффективно воздействует на бактерии, то хлор производит только выборочное отравление жизненных центров бактерий, причем довольно медленное из-за необходимости длительного времени для диффузии в цитоплазме. Кроме большой способности уничтожения бактерий озон обладает высокой эффективностью в уничтожении спор, цист (плотные оболочки, образующиеся вокруг одноклеточных организмов, например, жгутиковых и корненожек, при их размножении, а также в неблагоприятных для них условиях) и многих других патогенных микробов.

Обесцвечивание - это удаление из воды органических и химических веществ, окрашивающих воду. В зависимости от цветности исходной воды требуется большее или меньшее количество озона для обесцвечивания воды. В России для поверхностных вод средних и северных районов для доведения цветности воды до нормы обычно требуется доза озона 2,5 мг/л. Для южных районов, где исходная цветность воды значительно больше, требуется уже доза озона, равная 8 мг/л.Физический механизм воздействия озона при обесцвечивании воды заключается, во-первых, в разложении веществ до простейших - воды и углекислого газа, во-вторых, в коагуляции (объединении) веществ с дальнейшим выпадением их в осадок. Эффективное обесцвечивание воды озонированием является одним из определяющих критериев в выборе озона в качестве воздействующего реагента при подготовке питьевой воды.

Удаление железа и марганца. В природных водах наиболее часто встречается железо в двух валентной форме, находящееся в растворенном состоянии. Марганец в природной воде обычно сопутствует железу. Оба этих вещества придают воде цветность и характерный привкус. Озон легко окисляет соли железа и марганца с образованием нерастворимых веществ, которые удаляются отстаиванием или фильтрацией. Если железо и марганец содержатся в форме органических соединений или коллоидальных частиц (с размером 0,1 - 0,01 мкм), то обезжелезивание и деманганация воды обычными способами не удается. В этом случае необходимо предварительное окисление этих комплексных органических соединений, приводящее к их расщеплению, после чего становится возможным удаление железа и марганца одним из обычных методов. Окисляя комплексные соединения, озон преобразует растворимые соли в нерастворимые, поэтому необходимо последующее фильтрование воды для освобождения ее от выпадающих осадков. Следует отметить, что хотя озонирование и не является наиболее экономичным методом обезжелезивания и деманганации, но применение озона с этими целями оправдано в двух случаях: во-первых, когда обычные способы удаления из воды железа и марганца не дают результатов или ведут к недостаточным результатам, во-вторых, когда необходимо одновременное устранение запахов, привкусов и цветности воды.

Устранение привкусов и запахов воды. Неприятные привкусы и запахи в некоторых природных водах вызываются присутствием соединений минерального и органического происхождения, находящихся в растворенном или коллоидном состоянии. Озон окисляет названные выше соединения, приводя к их расщеплению, сопровождающемуся исчезновением привкусов и запахов. Благодаря более высокой окислительной способности, озон в состоянии действовать на такие соединения, которые не подвергаются воздействию других химических реагентов. Обработка воды избыточным количеством озона не влечет за собой никаких нежелательных явлений: избыточный озон, будучи нестойким, снова превращается в кислород в течение нескольких минут. Озонирование не создает дополнительных или замещающих соединений, тогда как хлор дает с некоторыми веществами сложные соединения, вызывающие появление весьма резких запахов. Например, при обработке хлоров воды, содержащей примесь фенолов, образуется хлорфенол, имеющий весьма неприятные привкус и запах. Наконец, при обработке озоном вода насыщается кислородом, что приводит к эффекту родниковой воды

Озон образуется из кислорода. Существует несколько способов получения озона, среди которых наиболее распространенным являются электросинтез, при котором озон образуется при помощи электрического разряда. Этот метод сочетает в себе возможность получения озона высоких концентраций, большой производительностью и относительно невысокими энергозатратами.

Основной реакцией является процесс диссоциации молекул кислорода при взаимодействии со свободным электроном:

О₂ + e^- = O^2- + O^2- + e^-

Следующий этап состоит в образовании молекулы озона O^2- + O₂ + M = O₃ + M, в которой принимает участие третья частица М: молекула, ион, электрон или атом в нейтральном или возбужденном состоянии.

Кроме образования озона, происходит разложения молекул O₃ по реакции O₃ + M = O₂ + O^2- + M. Эта реакция идет тем интенсивнее, чем выше температура газа.

В результате прохождения рабочего газа через разрядную зону озонатора на выходе получается озоно-воздушная или озоно-кислородная смесь с концентрацией озона до 10 г/м³, при этом получаемое количество озона зависит от превышения интенсивности образования над интенсивностью разложения.

Генераторы озона подразделяются на цилиндрические с трубчатыми горизонтальными или вертикальными электродами; плоские с пластинчатыми электродами и центральным коллектором или продольной циркуляцией.

Рис.2.45. Принципиальная схема озоно-фильтрующей установки.

Расход электроэнергии на получение 1 кг озона из хорошо осушенного воздуха колеблется от 13 до 29 кВт•ч, а из неосушенного — 43—57 кВт • ч. При использовании технического кис­лорода производительность озонатора повышается примерно в 2 раза при снижении в 2 раза удельных затрат энергии.

Озонаторные установки для очистки сточных вод состоят: из аппаратов для очистки и осушки воздуха, озонаторов, камер контакта озона с обрабатываемой водой, оборудования для утилизации остаточного озона.

На установках производительностью по озону более 6 кг/ч применяют двухступенчатую схему осушки воздуха. На первой ступени удаляют влагу, искусственно охлаждая воздух до 7°С в холодильной установке, на второй — осушают в адсорберах с алюмогелевой или силикагелевой загрузкой до влажности 0,05 г/м³.

В обрабатываемую воду озон вводят различными способами: барбортированием воздуха, содержащего озон, через слой воды; смешением воды с озоновоздушной смесью в эжекторах или специальных роторных механических смесителях, в абсорберах различной конструкции.

Гидравлический эмульсатор представляет собой водяной насос — инжектор. При производительности по воде до 50 тыс. м³/сут применяют механические смесители. При расчете их время контакта для легко взаимодействующих с озоном веществ принимают равным 0,25—1 мин, а для трудно взаимодействующих — 3 мин. Обработка сточной воды состоит из двух процессов: растворения озона в воде и химического взаимодействия с окисляемыми веществами. Таким образом, озонирование представляет собой процесс абсорбции, сопровождаемой необратимой химической реакцией в жидкой фазе.

Дата добавления: 2015-05-07