Окисление и восстановление примесей

Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных СВ, содержащих токсичные примеси или соединения (н-р, цианиды и комплексные цианиды, соединения мышьяка). Этот метод связан с расходом большого количества реагентов, поэтому применяется только в тех случаях, когда примеси невозможно или нецелесообразно убрать другими методами. В качестве окислителей используют хлор, гипохлорит кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха.В меньшей степени - пероксид водорода, оксиды марганца, перманганат и бихромат калия.

Хлорирование - для хлорирования воды используется либо чистый сжиженный хлор (окислительный потенциал которого равен + 1,35 В), сохраняемый под давлением в специальной таре, либо вещества, содержащие активный хлор: хлорную известь, гипохлориты и пр.

При насыщении воды хлором образуется хлорная вода, обладающая сильными окислительными свойствами. Гидролиз хлора протекает в соответствии с уравнением:

Сl₂ + Н₂О = НСl + НСlО

Сумма Cl₂+НОСl+ОСl^- называется свободным "активным" хлором. В присутствии аммонийных соединений в воде образуется хлорноватистая кислота, хлорамин NH₂Cl и дихлорамин NHCl₂. Хлор в виде хлораминов называется связанным "активным" хлором.

Степень гидролиза определяется рН среды:при рН < 5 активный хлор почти полностью находится в растворе в молекулярной форме, в интервале рН от 5 до 9,2 в воде присутствует хлорноватистая кислота с примесью гипохлоритов, при рН > 9,2 активный хлор находится в растворе только в виде СlО^-. Равновесие гидролиза легко смещается вправо при нейтрализации ионов водорода, т.е. при проведении процесса в щелочной среде. Повышение температуры тоже сдвигает равновесие вправо, т.к. гидролиз хлора проходит с поглощением тепла. Сильно диссоциированные хлористые соли и кислоты сдвигают гидролиз влево (наибольшее действие оказывает соляная кислота). Процесс гидролиза протекает примерно 2 мин. Степень окисления хлора равна +1, окислительный потенциал - +0,89 В.

При нагревании хлорноватистой кислоты образуется хлорноватая кислота:

3НСlО = 2НСl + НСlО₃,

степень окисления хлора в которой равна +5, а окислительный потенциал равен +1,45 В.

При взаимодействии хлора с гашеной известью образуется хлорная известь СаОСl₂, которая является смесью кальциевых солей соляной и хлорноватистой кислот. Хлорная известь гигроскопична и малостойка из-за реакции гидролиза и распада под влиянием света и СО₂. При ее разложении выделяется свободный хлор, а в нейтральной или щелочной среде реакция идет с выделением хлорноватистой кислоты:

2СаОСl₂ + 2Н₂О = СаСl₂ + Са(ОН)₂ + 2НСlО.

Образование НСlО при использовании хлорной извести происходит медленнее, чем в водном растворе хлора.

Оксид хлора (IV) СlО₂ – взрывоопасный газ, окислительный потенциал которого равен +1,5 В.

Окисление цианидов можно проводить только в щелочной среде (рН > 9-10):

СN^- + 2ОН^- + Сl₂ = СNО^- + 2Сl^- + Н₂О

Образующиеся цианаты можно окислить до элементарного азота и СО₂:

2СNО^- + 4ОН^- + 3Сl₂ = 2СО₂ + 6Сl^- + N₂ + 2Н₂О

В щелочной среде возможно окисление сульфидов до сульфатов:

Na₂S + 4Cl₂ + 8NaOH = Na₂SO₄ + 8NaCl + 4H₂O

Применение Сl-содержащих окислителей приводит к повышению минерализации жидкой фазы, изменению солевого состава, рН, образованию органических Сl-производных, которые, в большинстве случаев, являются более токсичными, чем исходные органические соединения.

Указанных недостатков можно избежать, применяя для окисления кислородсодержащие окислители.

Окисление кислородом воздуха применяют при очистке воды от Fе(II), окислением до Fе(III) с последующим отделением гидроксида. Процесс проводят аэрированием воздуха через СВ.

Озонирование. Наиболее перспективный метод обработки воды. Растворимость в воде озона равна 980 мг/л и зависит от веществ, находящихся в растворе (в нейтральной и слабокислой среде она выше, в щелочной - ниже). В воде озон быстро разлагается: концентрация озона в 2,5 мг/л через 20 мин уменьшается до 1,5, а через 45 мин - до 1 мг/л. Благодаря высокому окислительному потенциалу (+1,95 В) озон действует быстрее хлора в 15 - 20 раз.

По экономическим соображениям наиболее целесообразно вводить озон в предварительно обработанную коагулянтом и отфильтрованную воду, что уменьшает расход озона примерно в 2-3 раза, т.к. большая часть органических и взвешенных веществ, на окисление которых расходуется озон, задерживается очистными сооружениями.

Озон целесообразно применять для удаления из воды железа, марганца, окисления сульфитов, нитритов, сероводорода, фенолов, нефтепродуктов, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, пестицидов, канцерогенных полициклических ароматических углеводородов. Отличительная особенность процесса озонирования - в обрабатываемую воду не вводятся посторонние примеси, т.к. непрореагировавший озон через короткий промежуток времени распадается с образованием кислорода. При обработке озоном, в отличие от других реагентных методов очистки, минеральный состав, щелочность, рН, содержание свободного СО₂ остаются без изменений.

Действие озона в процессах окисления может происходить в трех направлениях:

Ø -непосредственное окисление с участием одного атома кислорода,

Ø -присоединение целой молекулы озона в окисляемое вещество с образованием озонидов,

Ø -каталитическое усиление окисляющего действия кислорода, присутствующего в озонированном воздухе.

Озон получают в озонаторах действием электрического разряда на очищенный и осушенный воздух:

О₂ = 2О + 492,2 кДж

2О₂ + 2О = 2О₃ - 127,5 кДж

Газ, подаваемый в озонатор необходимо предварительно очищать от твердых диспергированных частиц и осушать:

Ø -на выходе озона отрицательно сказывается наличие пыли, т.к. она обусловливает дополнительный расход энергии и ухудшение качества продукта,

Ø -водяные пары, увеличивая электропроводность среды, тоже вызывают перерасход энергии и снижают выход озона.

Схема получения озоно-воздушной смеси:

Если использовать не воздух, а кислород, то концентрация, суточная выработка и выход озона на 1 кВт•ч расходуемой электроэнергии почти удваиваются.

Наиболее показательный критерий работы озонатора - массовый выход озона в граммах на 1 кВт•ч электроэнергии. В современных установках промышленного типа этот показатель достигает 68 г при использовании воздуха и 136 г при использовании кислорода. Расход энергии на 1 кг озона равен соответственно 14,7 и 7,35 кВт•ч. Масса образующегося озона составляет 0,5 - 2,0% пропускаемого воздуха, что соответствует содержанию 5 - 20 г озона в 1 м³ озонированного воздуха.

Дата добавления: 2015-07-13