1.2. Нейтрализация кислыми газами

Для нейтрализации щелочных сточных вод в последнее время используют отходящие газы, содержащие CO₂, SO₂, NO₂, N₂O₃. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно проводить высокоэффективную очистку газов от вредных компонентов. Процесс нейтрализации газов может быть проведен в реакторах с мешалкой (рис.1.2).

Рис. 1.2. Схема установки для нейтрализации кислыми газами

Дымовые газы вентилятором подают в кольцевое пространство вокруг вала мешалки и распределяют мешалкой в виде пузырьков и струй в сточной воде, поступающей внутрь реактора. Благодаря большой поверхности контакта между водой и газами происходит быстрая нейтрализация сточной воды.

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

, (1)

где - количество кислого газа, необходимого для нейтрализации;- фактор ускорения;- коэффициент массоотдачи в жидкой среде;- поверхность контакта фаз;- движущая сила процесса.

Коэффициент рассчитывают по формулам для различных массообменных аппаратов. Нейтрализация щелочных вод используется в ряде производств, в том числе и в асбестоцементном производстве.

Сточная вода из усреднителя должна поступать в смеситель, где предварительно нейтрализуется частью воды, выходящей из абсорбера (рис.1.3).

.

Рис.1.3. Схема установки для нейтрализации с абсорбером

В смесителе протекают следующие реакции:

OH^-+HCO₃^-H₂O+CO₃^2-,

Cu²⁺+CO₃^2-CaCO₃.

Осаждение происходит в циркуляционной емкости. Предварительную нейтрализацию сточной воды проводят с целью получения на входе в абсорбер смеси с таким водородным показателем, при котором смесь при окончательной нейтрализации в абсорбере дымовыми газами не образует карбонатных отложений. При этом в абсорбере протекают следующие реакции:

2OH+CO₂H₂O+CO₃^2-,

CO₃^2-+CO₂+H₂O2HCO₃^-.

Отношение объемных расходов циркулирующей и сточной воды, при которой образуется смесь, не выделяющая карбонатных отложений, зависит от состава сточной воды и составляет от 2,5 до 4. Для нейтрализации применяют абсорбент с крупнодырчатыми провальными тарелками и большим свободным сечением. Нейтрализации сточных вод дымовыми газами является примером ресурсосберегающей технологии.

1.2.1. Окисление и восстановление

Для очистки сточных вод используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, бихромат калия, пероксид водорода, кислород воздуха, пероксосерные кислоты, озон, пиролюзит и др. В процессе окисления токсичные загрязнители, содержащиеся в сточных водах, переходят в менее токсичные и которые удаляют из воды.

Хлор и вещества, содержащие активный хлор, являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений фенолов, цианидов и др. При введении Cl₂ в воду образуется хлорноватистая кислота и соляная кислота.

Cl₂+H₂O=HOCl+HCl.

Затем происходит диссоциация хлорноватистой кислоты, причем степень ее диссоциации зависит от рH среды. При рH=4 молекулярный Cl практически отсутствует:

HOCl=H⁺+OCl^-.

Сумма Cl₂+HOCl+OCl^- называется свободным активным хлором. В присутствии аммонийных соединений в воде образуется хлорноватистая кислота, хлорамин NH₂Cl и дихлорамин NH₄Cl₂. Хлор в виде хлорамина называется связанный активным хлором. Процесс хлорирования происходит в хлораторах периодического и непрерывного действия (в кислородных и вакуумных). Хлорирование происходит в емкостях, включенных в систему циркуляции. В инжекторе газообразный хлор захватывается сточной водой, циркулирующей в системе до тех пор, пока не будет достигнута заданная степень окисления, после чего вода удаляется. Например, при обезвреживании сточных вод от цианидов процесс проводят в щелочной среде (рH=9). Цианиды можно окислить до элементарного азота и диоксида углерода по уравненеиям:

CN^- + 2OH + Cl₂ → CNO^-- + 2Cl^-- + H₂O,

2CNO + 4OH + 3Cl₂ → CO₂ + 6Cl^-- + N₂ + 2H₂O.

Источниками активного хлора может быть также хлорат кальция, гипохлориты, хлораты и диоксид хлора: CaOCl₂; Ca(ClO)₂.

Сильным окислителем является хлорат натрия NaClO₂, который разлагается с выделением ClO_2.

При окислении цианидов активным хлором процесс можно проводить в одну ступень до получения цианидов:

CN + OCl^-CNO^- + Cl^-,

CNO^- + 2H₂OCO₃^2- + NH₄^-.

Скорость процесса зависит от рН среды. При рН=5,3 за сутки обезвреживается 80% цианидов.

На второй стадии процесса вводят дополнительное количество окислителя и реакция протекает по уравнению:

2CNO + 3OCl^- + H₂O2CO₂ + N₂ + 2OH + 3Cl.

Во время второй стадии РН поддерживается 5-10 . Потребность реагентов X_i (кг/сутки) для окисления рассчитывается по формуле:

X_i=X_ClQn/a,

где X_Cl - расход активного хлора, необходимого для окисления нужного количества цианидов [кг/м³]; Q - расход воды, м³/сут; n - коэффициент избытка реагента (n = 1.2 ÷ 1.3); а - содержание активного хлора в реагенте, доли единицы.

Схема установки хлоратора представлена на рис. 1.4.

Рис.1.4. Схема хлоратора