Тема 4. Очистка сточных вод методом нейтрализации

Кислые и щелочные воды перед выпуском в водоем или подачей на биологические очистные сооружения должны быть нейтрализованы. Кроме того нейтрализация сточных вод необходима для предотвращения коррозии трубопроводов и других технологических систем.

4.1 Особенности нейтрализации кислых и щелочных стоков

Для обезвреживания промышленных сточных вод применяют следующие способы нейтрализации:

взаимная нейтрализация кислых и щелочных стоков вод (если они имеются на данном предприятии);

нейтрализация реагентами;

фильтрование через нейтрализующие материалы.

Эффективна нейтрализация стоков через доломитовый фильтр (CaCO₃  MgCO₃), известняк (СаСО₃), магнезит (МgСО₃), обожженный магнезит (МgО). При выборе реагентов для нейтрализации стоков учитывают, будет ли в процессе очистки образовываться осадок или нет.

Различают три вида кислотосодержащих стоков:

1) воды, содержащие слабые кислоты (Н₂СО₃, СН₃СООН);

2) воды, содержащие сильные кислоты (НCl, HNO₃). Для их нейтрализации может быть использован любой названный выше агент. Соли этих кислот хорошо растворимы в воде;

3) воды, содержащие серную и сернистую кислоты. Кальциевые соли этих кислот плохо растворимы в воде и выпадают в осадок.

При нейтрализации сточных вод, содержащих серную кислоту, известковым молоком в осадок выпадает гипс СаSO₄  2H₂O. Растворимость гипса мало меняется с температурой. При перемешивании таких растворов происходит отложение гипса на стенках трубопроводов и их забивка. Для устранения забивки трубопровода необходимо промывать их чистой водой или добавлять в сточные воды специальные умягчители, например, гексаметафосфат.

Для нейтрализации щелочных стоков в последнее время начинают использовать отходящие газы, содержащие диоксид углерода, диоксид серы, оксиды азота. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно производить высокоэффективную очистку самих газов от вредных компонентов. Количество кислого газа, необходимого для нейтрализации определяется по уравнению массоотдачи

M =   ж F  с,

(4.1)

где М – количество кислого газа, необходимое для нейтрализации;  – фактор ускорения; _ж – коэффициент массоотдачи в жидкой фазе; F – поверхность контакта фаз; _с – движущая сила процесса. Коэффициент _ж – по формулам, имеющимся в литературе для различных конструкций массообменных аппаратов.

Фактор ускорения рассчитывают по формуле

 = 1 + /ж,

(4.2)

где  - величина, на которую повышается движущая сила в жидкой фазе при протекании в ней химической реакции; _ж – движущая сила абсорбции.

Использование для нейтрализации щелочных стоков диоксида углерода имеет ряд преимуществ по сравнению с применением серной и соляной кислот, т.к. позволяет резко снизить стоимость процесса нейтрализации. Вследствие плохой растворимости диоксида углерода уменьшается опасность переокисления нейтрализованных вод. Образующиеся карбонаты находят большее применение по сравнению с сульфатамии или хлоридами, Кроме того коррозионные и токсичные воздействия карбонат-ионов в воде меньше, чем сульфат- и хлорид-ионов.

При этом в абсорбере протекают следующие реакции

2 ОН– + СО2 	Н2О + СО32–,	(4.1)
СО32– + СО2 + Н2О 	2НСО3–.	(4.2)

Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами является примером ресурсосберегающей технологии, позволяющей исключить использование кислот, создать безсточную схему водопотребления. При этом ликвидируется потребление свежей воды, экономится тепловая энергия на подогрев свежей воды, а также очищаются дымовые газы от кислых компонентов (СО_2, SO₂) и пыли.

Продолжительность процесса нейтрализации сточных вод зависит от их сотава, вида применяемого нейтрализующего агента и температуры. При использовании едкого натра нейтрализация протекает практически мгновенно при любых температурах.

Время пребывания воды в камере нейтрализации при использовании известкового молока составляет 5–30 мин в зависимости от наличия в воде солей тяжелых металлов и других примесей.

При нейтрализации сильных кислот (HСl, HNO₃) время нейтрализации не превышает 5 мин. С увеличением времени перемешивания или использования аэрации, а также с повышением температуры продолжительность контакта уменьшается.

Если нейтрализующими агентами служат, например, известняк, доломит, карбидный шлам ацетиленовых станций, время контакта их с водой следует увеличивать до 1–3 ч. Продолжительность пребывания воды в камере нейтрализации определяется экспериментально в каждом конкретном случае.

4.2. Лабораторная работа на тему: “Очистка сточных вод

методом нейтрализации”

Цель работы – практическое ознакомление с методом нейтрализации, применяемым для очистки сточных вод.

При очистке кислых стоков применяется раствор щелочи.

Процесс нейтрализации протекает по реакции

НСl + NaOH =

NaCl + H2O.

(4.3)

4.2.1 Методика проведения работы по очистке

кислотного стока

Материалы

бюретка

колба Эрленмейера

бумага индикаторная универсальная

стакан химический

зажим Мора

воронка

пипетка

Реактивы

кислотный сток

щелочной сток

раствор соляной кислоты 0,1-н

раствор гидроксида натрия 0,1-н

раствор индикатора метилового оранжевого (метилоранжа)

Ход работы

Работа проводится в следующей последовательности:

1) налить в бюретку с этикеткой «NaOH» 0,1-н раствор гидроксида натрия чуть выше нулевой метки;

2) повернув носик бюретки под углом вверх над химическим стаканом, открыть зажим Мора и, выпустив из носика весь воздух, заполнить его раствором титранта;

3) довести мениск титранта до нулевой метки;

5) взять пипеткой 3…5 мл пробного кислотного стока и перенести его в колбу Эрленмейера;

6) добавить в колбу Эрленмейера 3…5 капель раствора метилоранжа и сделать оценочное титрование;

7) рассчитать объем контрольной аликвоты, которую необходимо взять для получения точного результата анализа. Количество титранта не должно превышать объем бюретки.

8) взять пипеткой рассчитанный объем кислотного стока и перенести его в колбу Эрленмейера;

9) добавить в колбу Эрленмейера 3…5 капель раствора метилоранжа и сделать контрольное титрование:

10) повторить операцию (9) два раза до получения сходящихся до 0,1…0,2 мл результатов.

11) рассчитать молярную и массовую концентрации кислоты в кислотном стоке в пересчете на соляную кислоту.

Затем провести аналогичное (1) – (11) определение концентрации щелочи в щелочном стоке, после чего:

1) рассчитать объем щелочного стока, необходимый для полной (до рН=7) нейтрализации 2 м³ и 50 мл кислотного стока;

2) налить в колбу Эрленмейера 50 мл кислотного стока и добавить рассчитанное количество щелочного стока;

3) определить по универсальной индикаторной бумаге примерный рН, полученного раствора;

4) добавить к нему 3…5 капель раствора метилоранжа и оттитровать стандартным раствором кислоты или щелочи в зависимости от реально полученного рН;

5) по результатам титрования (4) рассчитать концентрацию ионов водорода в нейтрализованном стоке.