1.2.1.3 Адсорбционная обработка сщ стоков
В качестве сорбентов для сорбционной очистки СЩ стоков применяются различные мелкозернистые материалы, обладающие большой площадью развитой поверхности. В производственных условиях наибольшее применение получил активированный уголь. В [30] сообщается о проведении исследований по адсорбции Н2S из воды торфяными активными углями. В ходе исследований установлено, что при исходной концентрации в обрабатываемой воде до 120 мг/дм3 Н2S после сорбционной обработки эффект удаления составил 100%. Исследованиями было установлено, что на процесс адсорбции Н2S активированным углем значительное влияние оказывает структура угля (объем микропор), концентрация Н2S в воде и структура окислов, образующихся на поверхности угля в процессе сорбции Н2S.
Кроме активированного угля в промышленности широкое распространение в качестве адсорбента получили цеолиты [31].
При использовании адсорбционной очистки образуется вторичная проблема: – утилизация газов термической регенерации. Наиболее простой способ – сжигание, однако, это приводит к загрязнению воздушной среды диоксидом серы. Другой способ – окисление до серы в присутствии катализаторов при высокой температуре (до 600 ºС), что само по себе представляет непростую задачу.
1.2.2 Методы очистки СЩ стоков без предварительной нейтрализации
1.2.2.1 Окисление молекулярным хлором
Достаточно эффективно протекает окисление сульфидов молекулярным хлором. В щелочной среде хлор окисляет сульфиды до сульфатов [4, 5]. В зависимости от агрегатного состояния вводимых в воду хлора или хлорсодержащих реагентов определяется технология обработки сточных вод. Если воду обрабатывают газообразным хлором или диоксидом хлора, то процесс окисления осуществляется в абсорберах. Если хлор или диоксид хлора находятся в растворе, то его подают в смеситель и далее в контактный резервуар.
При окислении сульфидов хлором образуют только экологически чистые соединения: Na2SO4 и NaCl, однако, применение этого реагента сдерживается его высокой ядовитостью и коррозионной агрессивностью.
1.2.2.2 Электрохимическое окисление загрязнений в сщ стоках
При плотности тока 200-800 А/м2 в электролизере с асбестовой или хлори-новой диафрагмой и графитовым анодом достигается 98-99% удаление сульфидов, меркаптанов и других соединений в результате их анодного окисления до элементарной серы, тиосульфатов и сульфатов [30].
В католите накапливается щелочь, которая может быть вновь использована на производстве. При добавлении в сточную воду 50 г/дм3NaCl окисляемость в течение 8 ч. снижается со 180 до 0,4 г/дм3. Без добавления хлоридов окисляемость уменьшается с 24,2 до 2,2 г/дм3. Более существенное снижение окисляемости при добавлении в электролит NaCl связано, по видимому, с окислением сернистых соединений молекулярным хлором, образующимся при окислении хлорид-иона на аноде. Хлор окисляет сернистые соединения в соответствии с реакцией:
Na2S + 4Cl2 + 8NaOH → Na2SO4 + 8NaCl + 4H2O (1.16)
В [4, 11-15] отмечено, что в качестве реагента-окислителя сероводорода и сульфидов может выступать хлор и его производные. Одним из способов получения хлора и его соединений является электролитический способ, при котором в качестве электролита используется соль NaCl. При электролизе водных растворов хлорида натрия в электролизе (без диафрагмы) на аноде будут протекать реакции окисления с образованием газообразных хлора (из хлорид-иона) и кислорода (из молекул воды). При высоких анодных потенциалах преимущество получает реакция выделения хлора. На катоде происходит восстановления молекулы воды. Образовавшийся на аноде хлор растворяется в электролизе (воде):
Cl2 + Н2О → HClO + HCl (1.17)
Количество хлора, образовавшегося при электролизе, зависит от минерализации и температуры электролита, плотности тока, материала анода и продолжительности электролиза. Суммарный процесс электрохимического разложения NaCl может быть выражен следующим химическим уравнением:
2Н2О + 2Cl- →Cl2+ 2ОН- + Н2 ↑ (1.18)
Напряжение разложения в стандартных условиях для этой реакции составляет 2,17 В, а теоретически подчитанный расход энергии на 1 т Сl2 – 1640 кВт·ч.
Согласно химическим уравнениям, у катода будет происходить образование и накопление щелочи NaОН, которая при отсутствии диафрагмы может свободно реагировать с хлорноватистой кислотой, образуя хорошо диссоциированную соль - гипохлорит натрия. Далее, получающийся гипохлорит натрия диссоциирует с образованием ионов ClO-, которые подвержены последующему анодному окислению с образованием хлорат-ионов ClO3-, Так как ионы ClO- окисляются при менее положительных потенциалах, чем ионы Cl-, то на аноде можно ожидать и реакцию с образованием хлората натрия. Таким образом, при электролизе нейтральных растворов хлорида натрия (без диафрагмы) основными продуктами будут NaClO, NaClO3 и O2. Можно предположить, что образующиеся при электролизе хлоридных сероводородных вод NaClO, NaClO3 и O2 будут реагировать с сероводородом по реакции:
NaClO + H2S = S + NaCl + H2O (1.19)
Таким образом, эти реакции подтверждают принципиальную возможность удаления сульфидов из сточных вод (с повышенным содержанием хлоридов или искусственное добавление хлоридов в сточные воды) путем электролиза. Однако, следует иметь ввиду, что сточные сероводородные воды имеют весьма сложный химический состав, что может осложнить происходящие при электролизе процессы.
Электрохимические методы получения веществ или обработки воды имеют определенные недостатки. Одним из них является большой расход электроэнергии, что при сравнительно высокой стоимости электроэнергии делает этот метод более дорогим, чем методы, не требующие расхода электроэнергии. Гипохлорит натрия, получаемый электролитически, обладает всеми достоинствами обычного жидкого хлора – активного окислителя. В то же время он лишен существенных недостатков. Так, например, отсутствует необходимость в транспортировке и хранении этого токсичного вещества. По имеющимся данным [31], стоимость обеззараживания воды жидким хлором в 1,5-1,8 раз дешевле обеззараживания хлорной известью и гипохлоритом, выпускаемым промышленностью.