2. Химические методы.

Нейтрализация сточных вод машиностроительных предприятий предназначена для выделения из сточных вод кислот (H₂SO, HC1, HNO₃, H₃PO₄), щелочей (NaOH и КОН), а также солей металлов на основе указанных кислот и щелочей. Нейтрализация основана на объединении ионов водорода Н⁺ и гидроксильной группы ОН' в молекулу воды, в результате чего сточная вода имеет рН=6,7 (нейтральная среда).

Нейтрализацию осуществляют: смешением кислых и щелочных производственных сточных вод; смешением кислых производственных сточных вод с бытовыми, имеющими щелочной характер, добавлением щелочных (кислых) реагентов в кислые (щелочные) сточные воды или фильтрацией кислых сточных вод через фильтровальную загрузку щелочного характера, например из частиц известняка, мрамора или доломита.

Для нейтрализации сточных вод, содержащих щелочи и их соли, применяют кислоты, обычно техническую серную кислоту.

Для удаления мелкодисперсных примесей из воды также применяют метод коагуляции. Под коагуляцией понимают совокупность физико-химических процессов, приводящих к укрупнению частиц с целью ускорения их осаждения.

При коагуляции происходит осветление и обесцвечивание воды. Природные воды обычно загрязнены частицами, которые несут на себе отрицательный заряд и поэтому между собой не слипаются. С целью нарушения данной устойчивой структуры к воде добавляют коагулянты – соли, образованные слабыми основаниями и сильными кислотами, которые имеют в растворе слабый положительный заряд. Таким образом, между частицами загрязнений и коагулянтами возникают силы взаимного притяжения. Кроме того, коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью сорбировать коллоидные и взвешенные частицы и удерживать их на своей поверхности. В качестве коагулянтов используют различные соли алюминия и железа, чаще всего Al₂(SO₄)₃, FeSO₄ и FeCl₃. Выбор реагента зависит от концентрации примесей, рН, температуры и солевого состава воды.

При попадании коагулянта в воду он диссоциирует на ионы:

Al₂(SO₄)₃ ⇆ 2Al³⁺ + 3SO₄^2-.

Затем происходит ступенчатый гидролиз:

Al³⁺ + НОН ⇆ Al(ОН)²⁺ + Н⁺.

Al(ОН)²⁺ + НОН ⇆ Al(ОН)₂⁺ + Н⁺.

Al(ОН)₂⁺ + НОН ⇆ Al(ОН)₃ ↓ + Н⁺.

Гидролиз полнее протекает в слабощелочной среде, которая создается бикарбонатом кальция или содой.

Коагуляцию проводят в специальных аппаратах - осветлителях.

Осветлитель состоит из двух цилиндров. Вода с добавленным коагулянтом через воздухоотделитель поступает в аппарат, проходя вертикальную и горизонтальную трубу.

Таким образом, она попадает в большой цилиндр под решетку, где начинается коагуляция. Затем вода проходит снизу вверх через слой взвешенного осадка. Избыток осадка накапливается во внутреннем цилиндре и периодически выводится в нижней части осветлителя. Осветленная таким образом вода выводится через верхнюю часть аппарата.

Соли железа как коагулянты, имеют ряд преимуществ перед солями алюминия: лучшее действие при низких температурах; более широкая область оптимальных значений рН среды; большая прочность и крупность образующихся хлопьев; способность устранять вредные запахи и привкусы. Однако имеются и недостатки: образование окрашивающих растворимых комплексов; сильные кислотные свойства, усиливающие коррозию аппаратуры. Наилучший результат может быть достигнут при совместном использование солей железа и алюминия. При этом происходит ускорение процессов коагуляции и осаждения хлопьев.

Кроме названных коагулянтов для обработки воды могут быть использованы различные глины, алюминийсодержащие отходы производства, шлаки, содержащие диоксид кремния.

Разновидностью коагуляции является флокуляция – процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в воду флокулянтов, таких как кремниевая кислота и различные высокомолекулярные соединения (полиакриламид, крахмал, производные целлюлозы). Механизм взаимодействия флокулянта с коллоидной частицей складывается из двух фаз. Сначала полимер адсорбируется на частице. При этом фиксируется только один конец флокулянта, а другой остается в растворе. Затем две частицы с адсорбированными молекулами флокулянта объединяются вместе. Полимер становится мостиком между двумя частицами.

Такое взаимодействие частиц протекает быстро по всему объему системы.

Существенную роль в процессе сендиментации играет доза флокулянта. При недостатке реагента он не может связать все твердые частицы. При оптимальном количестве введ енного флокулянта в воде формируются отдельные, не связанные между собой агрегаты способные быстро осаждаться . При повышенном содержании высокомолекулярных веществ образуется густая сетка из ассоциированных молекул полимера, которая препятствует сближению и агрегации частиц суспензии.

Электрохимическая коагуляция также с успехом используется для обработки воды. Сущность метода основана на анодном растворении алюминиевых или железных пластин при прохождении через систему постоянного электрического тока. Для этого пластины присоединяются поочередно к положительному и отрицательному полюсам источника тока большой силы и низкого напряжения.

При этом ионы металла переходят в воду, образуя в ней гидроокись. Достоинствами этого метода является быстрое образование и осаждение прочных хлопьев, а также отсутствие необходимости корректировки рН. К недостаткам относится значительный расход электроэнергии. С целью экономии электроэнергии рекомендуется: плотность тока не более 10 А/м , расстояние между электродами не более 20 мм, скорость движения воды между электродами не менее 0,5 м/с, периодическое изменение потенциалов электродов или их вращение.

Возможным вариантом электрохимической коагуляции является использование нерастворимых электродов. В данном случае коагуляция происходит в результате разряда заряженных частиц на электродах. Материалом для изготовления электродов служат титан или двуокись свинца. Во время электрокоагуляции на электродах образуются газообразные вещества: хлор, кислород, водород, которые разрушают сольватные слои на поверхности частиц и они начинают слипаться. Пузырьки газообразных веществ способны также захватывать небольшие частицы примесей и поднимать их на поверхность – этот процесс называется электрофлотацией.

Очистка вод окислителями и восстановителями

Для очистки сточных вод используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорную из­весть, гипохлориты кальция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, перекись водорода, кислород воздуха, пероксосерные кислоты, озон, пиролюзит и др.

В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в результате химических реакций переводятся в менее токсичные с последующим удалением их из воды. Очист­ка окислителями связана с большим расходом реагентов, поэто­му методы окисления применяются в тех случаях, когда вещества, загрязняющие сточные воды, нецелесообразно или нельзя из­влечь другими способами. Например, очистка от цианистых соеди­нений, растворенных соединений мышьяка и др.

Способность веществ проводить окисление определяется вели-" чиной окислительного потенциала. Из всех известных в природе окислителей первое место занимает фтор, который, однако, из-за высокой агрессивности не может быть использован на практике. Для других веществ величина окислительного потенциала равна: для озона — 2,07; для хлора — 0,94; для перекиси водорода — 0,68; для перманганата калия — 0,59.

Очистка восстановлением. Методы восстановительной очистки сточных вод применяют в тех случаях, когда они содержат лег­ко восстанавливаемые вещества. Эти методы широко используются для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка.

В процессе очистки неорганические соединения ртути восста­навливают до металлической ртути с дальнейшим отделением ее от воды отстаиванием, фильтрованием или флотацией. Орга­нические соединения ртути сначала окисляют с разрушением соединения, затем катионы ртути восстанавливают до металли­ческой ртути. Для восстановления ртути и ее соединений пред­ложено применить сульфид железа, боргидрид натрия, гидросульфит натрия, гидрозин, железный порошок, сероводород, алюминиевую пудру и др.

Мышьяк в сточных водах находится в виде кислородсодержа­щих молекул и анионов, а также в виде анионов тиосолей. Наиболее распространенным способом удаления мышьяка из сточных вод является осаждение его в виде труднорастворимых соединений. При больших концентрациях мышьяка — до 110 г/л метод очистки основан на восстановлении мышьяковой кислоты до мышьяковистой двуокисью серы. Мышьяковистая кислота имеет небольшую растворимость в кислой и нейтраль­ной средах и осаждается в виде трёхокиси мышьяка.

Степень очистки химическими методами Х`=80-90%.