13. Химические методы очистки. Восстановление. Реагентные методы выделения загр. В-в в виде малорастворимых и нерастворимых соединений. Схема реаг. Оч-ки.

При содержании в сточных водах легко восстанавливаемых соединений меди, хрома, мышьяка, ртути применяют методы восстановительной очистки.

Катионы меди, содержащиеся в кислых сточных водах, могут быть выделены цементацией на железном скрапе или никелевом песке.

Медь выделяется на железе или никеле в виде металла, и вместо нее в раствор переходят катионы железа или никеля. Метод цементации применяют для грубой, предварительной очистки достаточно концентрированных по меди сточных вод. Очищенная цементацией вода затем нейтрализуется до рН = 8 – 9 при одновременной доочистке ее от оставшихся катионов меди и перешедших в раствор катионов железа или никеля.

Высокотоксичные соединения шестивалентного хрома содержатся в промывных сточных водах и отработанных технологических растворах, образовавшихся в процессе хромирования, при химической обработке поверхностей стальных изделий (травление, пассирование), при анодировании изделий из алюминия и при проведении других технологических процессов. Обработка сточных вод осуществляется в две ступени:

1) перевод (восстановление) шестивалентного хрома в трехвалентную форму;

2) осаждение трехвалентного хрома в виде гидроксида.

В качестве реагентов-восстановителей наибольшее распространение получили натриевые соли сернистой кислоты – сульфит (Na2SO3), бисульфит (NaHSO3) и гидросульфит (Na2SO5). Кроме того, используют следующие восстановители: сульфит железа (FeSO4), диоксид серы (SO2), гидразин (N2Н4) и др.

Скорость и полнота восстановления Сг6+ до Сг3+ указанными солями в значительной степени зависит от величины рН, причем наибольшая скорость наблюдается при рН = 2 – 2,5, что требует дополнительного подкисления сточных вод. Для этих целей обычно используют 10 –15 %-ные растворы серной кислоты.

Для очистки сточных вод от шестивалентного хрома используют установки непрерывного или периодического действия.

После восстановления в кислой среде шестивалентного хрома до трехвалентного состояния сточные воды подвергают нейтрализации, которой осаждается в виде гидроксида. В качестве реагентов-нейтрализаторов используют Са(ОН)2, Nа2СО3, NаОН.

Метод восстановления также применяют для очистки сточных вод от соединений ртути. Их восстанавливают до металлического состояния, а образовавшуюся ртуть отделяют от воды (отстаиванием, фильтрованием или флотацией). В качестве реагента-восстановителя используют алюминиевую пудру, железный порошок, гидросульфид натрия, гидразин, сульфид железа и др.

При выделении мышьяка из концентрированных растворов (до 110 г/л) используют диоксид серы, который восстанавливает мышьяковую кислоту до мышьяковистой. Последняя имеет малую растворимость в кислой и нейтральной среде и осаждается в виде триоксида мышьяка.

Реагентные методы выделения загрязняющих веществ в виде малорастворимых и нерастворимых соединений.

Известно, что вещества условно можно разделить на растворимые, малорастворимые и практически нерастворимые. Растворимость первых составляет примерно 1 г вещества в 100 мл растворителя (воды) или приблизительно 0,1 М по катиону, а последних – менее 0,1 г вещества в 100 мл растворителя или примерно 0,01 М по катиону. Вещества, занимающие промежуточное положение между ними, называют малорастворимыми. (В химической и экологической литературе нередко используют термин «труднорастворимые соединения», включая в него как практически нерастворимые, так и малорастворимые вещества.)

Основные классы нерастворимых веществ. К ним в первую очередь относятся все гидрооксиды, за исключением гидрооксидов щелочных металлов, аммония и бария, причем Ca(OH)2 и SR(OH)2 – малорастворимы. Все средние карбонаты и фосфаты нерастворимы, за исключением соответствующих соединений щелочных металлов и аммония. Все сульфиды, за исключением сульфидов щелочных и щелочноземельных металлов, нерастворимы.

Для очистки производственных сточных вод от соединений тяжелых цветных металлов и в первую очередь от соединений Cu, Ni, Со, Рb, Сd, Hg их осаждают в виде соответствующих гидрооксидов, сульфатов либо карбонатов. Растворимость вышеуказанных соединений может быть охарактеризована также произведением растворимости.

Для выделения из кислых сточных вод тяжелых цветных металлов и железа используются те же реагенты, что и при нейтрализации

В многокомпонентных сточных водах значения рН, соответствующие началу и окончанию осаждения гидроксидов, существенно сдвинуты в сторону больших величин.

Следует указать, что ионы тяжелых цветных металлов могут осаждаться не только в виде гидроксидов, но и гидроксид-карбонатов (в случае использования для осаждения реагентов, содержащих в своем карбонатные ионы). Гидроксиды цинка, свинца, меди, алюминия и некоторых других металлов растворяются в избытке едкой щелочи с образованием комплексных анионов.

Цинк, алюминий и некоторые другие металлы, обладающие амфотерными свойствами, могут содержаться в виде анионов в щелочных сточных водах. Для их удаления используют растворы кислот. При этом образуются осадки гидроксидов этих металлов.

Необходимо указать, что эффективнее совместное осаждение ионов двух или нескольких металлов при одной и той же величине рН, чем при осаждении каждого металла в отдельности.

Это связано с образованием смешанных кристаллов и адсорбционными процессами на их поверхности.

При обработке щелочными реагентами сточных вод, содержащих ионы тяжелых цветных металлов, Достигается снижение их концентраций до величин, позволяющих осуществлять сброс очищенной воды в городскую канализацию или водоемы санитарно-бытового пользования.

В том случае, когда требуется более глубокая степень очистки, тяжелые металлы рекомендуется выделять в виде сульфидов. Обычно в виде сульфидов выделяют Cu, Co, Ni, Fe, Sn, Mo, As, Sb, Hg, Ag, Zn, Cd, Pb.

В качестве осадителя обычно используют Na2S.

В отечественной практике для выделения из сточных вод сурьмы и мышьяка в виде малорастворимых сульфидов в качестве реагента-осадителя используют сульфат железа.

Sb3+ в зависимости от величины рН содержится в сточных водах в виде анионов тиосолей (SbS2–), либо в виде кислородсодержащих анионов, что практически встречается редко.

Существуют методы осаждения катионов тяжелых цветных металлов в виде труднорастворимых соединений, в основе которых лежат окислительно-восстановительные реакции. Примером этого является способ выделения из растворов и промышленных сточных вод двухвалентного кобальта с использованием органического реагента – этилксантогената калия KSCSOC2H5. Двухвалентный кобальт в процессе осаждения окисляют до трехвалентного состояния двухвалентной медью.

Содержание меди и кобальта в очищенных указанном способе водах не превышает ПДК. В осадок переходят смешанные ксантогенаты меди и кобальта.

Гидроксиды и сульфиды тяжелых металлов образуют устойчивые коллоидные системы, поэтому для интенсификации процесса их осаждения в сточные воды добавляют коагулянты и флокулянты. В качестве коагулянтов чаще всего используют сульфаты алюминия (А12(SO4)3∙18Н2О) или трехвалентного железа (Fе2(SО4)3∙9Н2О). Расширению оптимальных режимов коагуляции (по рН и температуре) способствуют флокулянты. Они также в несколько раз увеличивают скорость выпадения осадков тяжелых металлов. Чаще всего в качестве флокулянта применяют полиакриламид, который обычно вводят в количестве 0,1 – 10 г/м3 очищаемой воды. На рис. 4.5 представлена общая технологическая схема очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.

К преимуществам реагентного метода следует отнести высокую степень очистки от тяжелых металлов (до ПДК), а также простоту эксплуатации оборудования.

О сновные недостатки метода – это образование значительного количества трудноперерабатываемого шлама, а также существенный расход реагентов и связанная с этим необходимость организации реагентного хозяйства. Кроме того, очищенная этим методом вода содержит значительное количество солей и может быть использована в оборотных системах водоснабжения лишь после дополнительной очистки.