Восстановление диоксидом серы происходит по схеме

SO₂ + H₂O → H₂SO₃, 2CrO₃ + 3H₂SO₃ → Cr₂(SO₄)₃ + 3H₂O.

В присутствии соды в сточной воде хром полностью удаляется из них.

6NaCrO₄ + SO₂ + Na₂CO₃ + n H₂O = Cr₂O₃ ∙ n H₂O + 3Na₂SO₄ + CO₂.

Процесс восстановления проводят при 90 ^оС. После отделения осадка фильтрованием в сточных водах остается только сульфат натрия. Осадок прокаливают при высокой температуре с целью получения стандартного оксида хрома.

В качестве восстановителя можно использовать и гидросульфит цинка или его смесь с известью в различных соотношениях, а также соединения, содержащие фосфор Р(I), природный газ, аммиак, древесный уголь, водород и др.

Возможно также осаждение Cr(VI) в виде нерастворимых соединений без предварительного восстановления его до Cr³⁺, например, ацетатом бария. Достоинством этого способа является возможность одновременной очистки сточных вод и от ионов SO₄^2–.

При физико-химическим способе обработки сточные воды удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция и флокуляция, флотация, сорбция, экстракция, ионный обмен, электродиализ и др.

Методы коагуляции и флокуляции широко растпространены для очистки СВ предприятий химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной и других отраслей промышленности.

Коагуляция — это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты – более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных) соединенных силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, разнородных – гетерокоагуляцией.

Основными процессами коагуляционной очистки производственных сточных вод является гетерокоагуляция — взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц СВ с агрегатами, образующимися при введении в воду коагулянтов. При коагуляции хлопья образуются сначала за счет части взвешенных частиц и коагулянта или только коагулянта. Образовавшиеся хлопья коагулянта сорбируют вещества, загрязняющие СВ и осаждаясь вместе с ними, очищают воду.

Одним из видов коагуляции является флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления.

Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄,

FeCl₃ + 3H₂O → Fe(OH)₃ + 3HCl,

FeSO₄ + 2H₂O → Fe(OH)₂ + H₂OH₄,

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃.

Сорбция — это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью.

Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента (абсорбция) и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента (адсорбция).

Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией.

Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ СВ. Сорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно с методом биологической очистки, как способ предварительной очистки, так и доочистки. Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции веществ многокомпонентной смеси и, кроме того, высокая эффективность очистки, особенно слабо концентрированных СВ.

Сорбционные методы весьма эффективны для извлечения из СВ ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использования очищенных стоков в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий.

Сорбционная очистка СВ наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, не электролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы) алифатические соединения. При содержании в СВ только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов этот метод не применим.

В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины и др. Эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок.

Флотация — процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и воды, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Процесс очистки производственных СВ, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов "частицы-пузырьки", всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой воды. Прилипание частицы, находящейся в жидкости, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается не смачивание или плохое смачивание частицы жидкостью.

Для осуществления процесса флотации используют несколько способов диспергирования воздуха в воде:

– компрессионный, когда воздух в воде предварительно растворяется под давлением — напорная флотация;

– вакуумный метод — выделение мелкодисперсных пузырьков из воды в результате снижения давления — вакуумная флотация;

– механический — воздух подсасывается в воду при интенсивном ее перемешивании с последующим диспергированием лопастями мешалки — импеллярная флотация;

– подача воздуха через пористые материалы;

– электрический способ — насыщение воды пузырьками газа, достигаемое электролизом воды — электрофлотация;

– химический — пузырьки газа образуются в результате химических реакций с вводимыми в воду реагентами — химическая флотация.

При очистке нефтесодержащих СВ нефтеперерабатывающих предприятий наиболее широко применяют метод напорной флотации, используемый как для очистки общего стока, так и для очистки локальных сточных вод.

Сорбция — процесс обратимый, то есть адсорбированное вещество (сорбат) может переходить с сорбента обратно в раствор — десорбция.

Десорбция — при пропускании воздуха или другого инертного малорастворимого в воде газа (азот, диоксид углерода, топочные дымовые газы и др.) через сточную воду летучий компонент диффундирует в газовую фазу. Десорбция обусловлена более высоким парциальным давлением газа над раствором, чем в окружающем воздухе. Она проводится в тарельчатых (протекает в пенном режиме), насадочных (в режиме эмульгирования) и распылительных колоннах.

Дезодорация. Для очистки дурнопахнущих СВ, содержащих меркаптаны, амины, аммиак, сероводород, альдегиды, углеводороды можно использовать различные способы: аэрацию, хлорирование, ректификацию, дистилляцию, обработку дымовыми газами, окисление кислородом под давлением, озонирование, экстракцию, адсорбцию и микробиологическое окисление.

Дегазация проводят, если в СВ присутствуют растворенные газы, которые затрудняют очистку и использование СВ, усиливают коррозию трубопроводов и аппаратуры, придает воде неприятный запах. Растворенные газы из воды удаляют дегазацией, которую осуществляют химическими, термическими и десорбционными (аэрационными) методами.

Экстракция основана на распределение загрязняющего вещества в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Применяется при относительно высоком содержании в производственных СВ растворенных органических веществ, представляющих техническую ценность (фенолы или жирные кислоты), извлекаемых органическими растворителями — экстрагентами.

Для успешного протекания процесса экстракции экстрагент должен иметь следующие свойства: хорошую экстрагирующую способность по отношению к экстрагируемому веществу; селективность, то есть способность экстрагировать из воды одно вещество или определенную их группу; малую растворимость в воде; температуру кипения значительно отличающуюся от температуры кипения экстрагируемого вещества; небольшую удельную теплоту испарения и малую теплоемкость, что позволяет снизить расходы пара и охлаждающей воды; возможно меньшие огнеопасность, взрывоопасность и токсичность; низкую себестоимость.

Весьма перспективными и уже получившими широкое распространение методами удаления солей являются мембранные — электродиализ и обратный осмос.

Электродиализ — процесс сепарации ионов солей, осуществляемый в мембранном аппарате под действием постоянного электрического тока. Электродиализатор разделен чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, образующими концентрирующие (рассольные) и обессоливающие (дилюатные) камеры. Мембраны изготовляют в виде гибких листов прямоугольной формы и в виде рулонов из термопластичного полимерного связующего и порошка ионообменных смол.

Он применяется для опреснения высоко минерализованных СВ. Метод позволяет разделять не только сточные воды на обессоленную чистую воду и концентрированный раствор солей, но и раствор солей на кислоты, щёлочи и другие составляющие. За рубежом метод электродиализа широко применяется для обессоливания воды. Обычно мощность установок составляет 150–250 м³/сут, однако уже действуют установки производительностью 20 и даже 400 тыс. м³/сут.

Обратный осмос (гиперфильтрация) — непрерывный процесс молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полунепроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы лир ионов растворенного вещества. Если давление выше осмотического (равновесного) осуществляется перенос растворителя в обратном направлении (от раствора к чистому растворителю через мембрану) и обеспечивается достаточная селективность очистки.

Во всех странах мира широкое распространение получило обессоливание воды с применением ионитов. Несмотря на значительные успехи в развитии методов химического обессоливания воды и дистилляции ионный обмен до сих пор остается основным методом приготовления глубоко обессоленной воды для АЭС и ТЭС с паровыми котлами высокого, сверхвысокого и критического давления, а также для получения ультрачистой и обессоленной воды для химической, электронной и некоторые других отраслей промышленности.

Появление таких методов обессоливания воды, как электродиализ и обратный осмос, не ослабил интереса к ионообменному обессоливайте.

Основными недостатками общепринятых технологических схем ионообменной очистки является значительное количество солей, образующихся при регенерации ионообменных фильтров (к извлекаемым из очищаемой воды солям прибавляется в 2-4 раза большее количество солей от регенерации ионообменных смол). Большой расход воды на собственные нужды (20-60 % от номинальной производительности) и необходимость предварительного освобождения воды от органических веществ, необратимо сорбирующихся на ионообменных смолах и снижающих их обменную ёмкость, существенно ухудшают показатели процесса очистки. Поэтому среди методов обессоливания ионный обмен следует рассматривать не как способ удаления солей, а как сугубо специфический технологический прием для получения глубоко обессоленной воды и извлечения некоторых ценных или высокотоксичных элементов.

Экономический анализ показывает, что при использование дистилляционного опреснения целесообразно применение высокопроизводительных станций (мощностью несколько десятков тыс. м³/сут) и сильноминерализованных вод (более 10 г/дм³).

Мембранные методы обессоливания целесообразно применять для опреснения вод с содержанием солей до 15 г/дм³. Электродиализ и обратный осмос позволяют получать воду относительно низкой стоимости на установках малой и средней (до нескольких тыс. м³/сут) производительности. В ряде случаев хорошие результаты достигаются при комбинации методов: дистилляции и электродиализа или обратного осмоса, ионного обмена или обратного осмоса и электродиализа и др.

Биохимический метод очистки сточных вод применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и др.) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности — органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.

Дата добавления: 2014-01-11