Нейтрализация сточных вод и осаждение ионов тяжёлых металлов

В настоящее время обезвреженные хромистые, цианистые и кисло- щелочные воды перед сбросом нейтрализуются щелочными реагентами до рН 6,5-10,5. В этих условиях выпадают соответствующие гидроксиды, с последующим выделением их из раствора.

В качестве щелочных реагентов используют:

NaOH 20-30%

Данный реагент удобен в работе, т.к:

1. хорошо не растворимы в воде и его раствор является истинным (а не суспензией, как в случае с Са(ОН)₂);

2. благодаря тому, что раствор NaOH является истинным, достигается простота его дозирования;

3. высокая скорость реакции;

4. отсутствие не растворимых примесей.

Однако, NaOH является более дорогим реагентом по сравнению с Са(ОН)₂.

Для нейтрализации больших количеств сточных вод (> 45 м³/час) применяют более дешёвый реагент – Са(ОН)₂ – 5% к-ции.

Известковое молоко – суспензия. Поэтому некоторое неудобство при дозировании.

При осаждении некоторых Меⁿ⁺ (например Sn, Cd) нейтрализацию осуществляют

Na2co3 – истинный раствор

Нейтрализация кислых сточных вод, содержащих Меⁿ⁺, протекает в 2 стадии

1. нейтрализация кислоты;

2. образование Ме(ОН)_n;

3. ↑ рН.

Осаждение Ме(ОН)_n происходит в несколько стадий:

1. образуются Ме(ОН)^х+_n-x гидрооксо-

к-ксы;

2. они дегидратируются, полимеризуются и происходит образование мицеллообразование;

3. флокуляция.

Al(OH)₃ – pH = 7,8

Cr(OH)₃ – pH = 12,0

Zn(OH)₂ – рН = 10,5

Поэтому должен быть строгий контроль дозировки NaOH

Следует отметить, что рН осаждения различных ионов неодинаково.

Зависит от к-ции, природы Меⁿ⁺, с/с и других факторов.

Меn+	рН	Меn+	рН
Fe2+ Fe3+ Cr3+ Cu2+ Al3+	5-7,5 1,7-4,3 4,5-7,5 5,5-8 5-8	Zn2+ Ni2+ Cd2+ Cr6+	6,5-8,5 6,5-9,3 8,0-10 K2Cr2O72- KcrO3

Как следует из данной таблицы, рН осаждения для различных металлов различаются. Поэтому при совместном осаждении этих металлов есть определённые трудности.

Процесс осаждения ионов тяжёлых металлов можно разделить на два этапа:

1. перевод Меⁿ⁺ в Ме(ОН)_n – в реакторах

2. седиментация – отстойники, осветлители, фильтры + флокулянты

Основной недостаток метода нейтрализации заключается в образовании объединённого шлама, который является трудно утилизируемым.

Проходят следующие реакции:

NiSO₄ + 2NaOH → Ni(OH)₂ + Na₂SO₄

2FeCl₃ + 3Ca(OH)₂ → 2Fe(OH)₃ + 3CaCl₂

4CuSO₄ + 6NaOH ^→_← CuSO₄ ∙ 3Cu(OH)₂ + 3NaSO₄

3Cu(NO₃)₂ + 4Na₂CO₃ + 2H₂O ^→_← CuCO₃∙ Cu(OH)₂ + 6NaNO₃ + 2NaHCO₃

Удаление из воды марганца

Из подземных вод Мn обычно удаляют окислением его из Mn²⁺ в Mn(OH)₃ или Mn(OH)_4.

Т.к. при рН > 7 растворимость гидроокисей 3-х и 4-х валентного Mn < 0,01 мг/л.

Достаточно быстрое окисление Mn²⁺ в Mn³⁺ и Mn⁴⁺ растворённым в воде О₂ происходит только при рН > 9,5. При рН < 8 и без катализаторов окисление Mn²⁺ практически не происходит.

Катализаторами процесса окисления Mn²⁺ являются высшие окислы Mn. Процесс окисления Mn, кроме того, ускоряют такие вещества как чёрный песок, осадок гидроокиси Mn, после предварительного аэрирования воды.

При фильтровании воды, содержащей Mn, предварительно аэрированной и подщелочённой, через песчаный фильтр на поверхности зёрен песка выпадает отрицательно заряженный осадок Mn(ОН)₄, который способен сорбировать положительно заряжённый Mn²⁺.

Ионы Mn²⁺ гидролизуются Mn(OH)₂ и взаимодействуют с Mn(OH)₄ c образованием Mn₂O₃ т.е.

Mn(OH)₄ + Mn(OH)₂ → Mn₂O₃ + 3H₂O и затем

2Mn₂O₃ + O₂(воды) + 8H₂O → 4Mn(ОН)₄

Для ускорения этих процессов в обрабатываемую воду вводят 1-3 мг/л КМnО₄. Это позволяет вести процесс окисления при рН = 8,5 вместо 9,5.

Окисление Mn²⁺ в Mn³⁺ может быть осуществлено и другими методами, а именно:

хлорированием, озонированием, обработкой воды двуокисью хлора или КМnО₄.

Расход хлора на окисление 1 мг Mn в отсутствии NH₄⁺ составляет 1,3 мг.

А при наличии в воде аммонийных солей расход хлора увеличивается на величину, необходимую для связывания этих ионов в хлорамин (рН д/быть =7, время процесса = 60-90 мин).

Двуокись хлора С1О₂ и озон О₃ окисляют Mn²⁺ при рН = 6,5-7,0 за 10 минут.

Причём на окисление 1 мг Mn²⁺ расходуется 1,35 мг С1О₂ или 1,45 мг О₃.

При умягчении воды реагентными методами Mn удаляется вместе с солями жёсткости (~ до 0,02 мг/л).

А Mn находящийся в ионной форме может быть удалён катионированием воды.

Из поверхностных источников, где Mn находится в виде комплексных органических или коллоидных соединений, удаляется

1. осаждением коагуляцией FeSO₄ при рН = 9,5-10;

2. обработкой воды КМnО₄ совместно с обычными коагулянтами.

3. При этом Mn²⁺ переходит в Mn(OH)₄ даже в том случае, когда Mn²⁺ входит в трудноокисляемые комплексные органические соединения.

После обработки воды одним из этих методов большая часть выделяющегося Mn задерживается в отстойниках или осветлителях, а остальная часть на фильтрах.

В литературе имеются сведения об удалении Mn биохимическим методом при помощи марганцовопотребляющих бактерий.