2.2.5. Окисление перманганатом калия

Перманганат калия может быть использован для очистки сточных вод от катионов двухвалентного железа и марганца. Окисление двухвалентного железа протекает в соответствии со следующим уравнением:

3Fе(НСО₃)₂ + KMnО₄ + 2Н₂O → 3Fе(ОН)₃↓. + MnO₂↓ + 5СO₂↑ + KHCO₃

В случае двухвалентного марганца схема окисления следующая:

3Mn²⁺ +2MnO₄^- + 2 H₂O → 5MnO₂↓ + 4H⁺.

При этом ионы железа и марганца выделяются из сточных вод в виде труднорастворимых соединений Fе(ОН)₃.и MnO₂.

2.2.6. Радиационное окисление

Метод радиационного окисления может быть использован для очистки сточных вод от фенолов, цианидов, красителей, инсектицидов, лигнина, а также ПАВ. Очистка сточных вод осуществляется при воздействии на них излучения высоких энергий, в качестве источников которых используются: радиоактивный кобальт и цезий, ТВЭЛы, радиационные контуры, ускорители электронов. Загрязняющие воду вещества вступают в реакцию с продуктами радиолиза воды: ОН^-, НО₂^- (в присутствии кислорода), H₂O₂ - перечисленные вещества являются окислителями, а также Н⁺ и е^- гидратированный.

Метод радиационного окисления в ряде случаев может быть использован для нейтрализации сточных вод.

2.3. Очистка восстановлением

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. При этом протекают следующие реакции восстановления:

Cu²⁺+Fe → Cu↓ + Fe²⁺

Cu²⁺ Ni → Cu↓ + Ni²⁺

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 её 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), гидросульфит (NaHSO₃). Кроме того, используют следующие восстановители: сульфат железа (FeSО₄), диоксид серы (SO₂), гидразин (N₂Н₄) и др.

При обработке хромсодержащих сточных вод солями сернистой кислоты протекают следующие химические реакции:

Сr₂O₇^2- + 3HSO₃^- + 5H⁺ → 2Cr³⁺ + 3SО₄^2- + 4H₂O

Сr₂O₇^2- + 3SO₃^2- + 8Н⁺ → 2Cr^з+ + 3SО₄^2- + 4Н₂О

Скорость и полнота восстановления Сr⁶⁺ до Сr³⁺ 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, при которой осаждается в виде гидроксида. В качестве реагентов-нейтрализаторов используют Са(ОН)₂, Nа₂СО₃, NaOH. Во всех случаях осуществляется следующая химическая реакция:

Cr³⁺ + 3ОН^- → Сr(ОН)₃↓.

Оптимальное значение рН этой реакции - 8,0 - 9,5. Сr(ОН)₃ обладает амфотерными свойствами и при рН ≥ 12 растворяется в избытке едкой щелочи. При этом протекает следующая химическая реакция:

Cr(OH)₃+NaOH → NaCrО₂+2H₂О

При использовании в качестве восстановителя сульфата двухвалентного железа (FеSО₄) процесс можно проводить в кислой, нейтральной и щелочной среде:

2СrО₃ + 6FeSO₄ + 6H₂SO₄ → 2Fе₂(SO₄)₃ + Сr₂(SO₄)₃ + 6Н₂O

2 СrО₃ + 6FeSO₄ + 6Са(ОН)₂ + 6Н₂O → 2Сr(ОН)₃↓ + 6Fе(ОН)₃↓ + 6CaSO₄

Восстановление диоксидом серы происходит по схеме:

SO₂ + Н₂O → H₂SO₃

2СrО₃ + 3Н₂SО₃ → Сr₂(SO₄)₃ + 3Н₂O

В присутствии в сточных водах соды протекает следующая химическая реакция:

6Na₂CrO₄ + SO₂ + Na₂CO₃ + nH₂O → Сr₂O₃∙nH₂O + 3Na₂SO₄ + CO₂↑

В результате протекания этой реакции происходит практически полное удаление шестивалентного хрома из раствора.

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.