Технологии водоочистки и водоподготовки

Наиболее радикальными решениями проблемы сохранения природных ресурсов, в том числе и водной среды от влияния токсичных отходов является создание и внедрение безотходных и безводных технологических процессов.

1.Реагентный метод

Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлом осуществляется путем перевода ионов тяжелых металлов в малорастворимые соединения (гидроксиды или основные карбонаты) при нейтрализации сточных вод с помощью различных щелочных реагентов (гидроксидов кальция, натрия, магния, оксидов кальция, карбонатов натрия, кальция, магния). При нейтрализации кислых сточных вод известковым молоком, содержащим значительное количество известняка, а также растворами соды некоторые ионы тяжелых металлов (например. цинк, медь и др.) осаждаются в виде соответствующих основные карбонатов. Последние менее растворимы в воде, чем соответствующие гидроксиды. Поэтому при образовании основных карбонатов происходит более полный переход ионов тяжелых металлов в малорастворимую форму. Кроме того, основные карбонаты большинства металлов начинают осаждаться при бoлее низких значениях рН, чем соответствующие гидроксиды.

Практикой очистки сточных вод установлено также, что при совместном осаждении гидроксидов двух или нескольких металлов при одной и той же величине рН достигаются лучшие результаты, чем при раздельном осаждении каждого из металлов. При обезвреживании кадмий-, никель-, цинксодержащих стоков в качестве щелочного реагента рекомендуется использовать известь (лучше третьего сорта, содержащую СаСО₃). При этом расход извести составляет на 1 весовую часть(в.ч.) кадмия - 0,5 в.ч. ; никеля - 0,8 в.ч., цинка - 1,2 в.ч. СаО. На рис.1 представлена принципиальная схема реагентной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. При объемах сточных вод до 30 1м³/ч обычно используется периодическая схема очистки, а при больших - смешанная или непрерывная.

Осаждение образующихся в процессе реагентной обработки нерастворимых соединений осуществляется в отстойниках (предпочтительно вертикальных с нисходяще-восходящим движением воды, можно в тонкослойных полочных отстойниках). Число отстойников принимается не менее двух, оба рабочие. Продолжительность отстаивания составляет не менее 2-х часов. Для ускорения осветления нейтрализованных сточных вод добавляют к ним синтетический флокулянт -полиакриламид (в виде 0,1 %-ного раствора) в количестве 2-5 г на 1 м³ сточных вод в зависимости от содержания ионов металлов (чем меньше суммарная концентрация ионов металлов, тем больше доза флокулянта). Добавление полиакриламида к сточным водам проводят перед их поступлением в отстойник (после их выхода из камеры реакции). Влажность осадка после отстойников 98-99,5%. Для снижения влажности осадка применяют дополнительное отстаивание в шламоуплотнителе в течение 3-5 суток. Влажность осадка после шламоуплотнителя 95-97%. Осадок из шламоуплотнителя подается на узел обезвоживания (вакуум-фильтрация, фильтр-прессование, центрифугирование).

В отдельных случаях перед сбросом очищенных сточных вод в канализацию или при последующем их обсссоливании методами ионного обмена или электродиализа требуется снижение концентрации взвешенных веществ в очищенной воде. Осветление стока в данном случае осуществляется путем фильтрования через фильтры с песчаной или двухслойной загрузкой (песок, керамзит), а также через фильтры с плавающей загрузкой типа ФПЗ.

Реагентная очистка сточных вод от шестивалентного хрома.

Соединения шестивалентного хрома - хромовая кислота и ее соли) применяются при нанесении хромовых покрытий, при химической обработке (травление, пассивирование), при электрохимической обработке (анодированис), при электрополировке стальных изделий.

Сточные воды обрабатываются в две стадии: I) восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного; 2) осаждение трехвалентного хрома в виде гидроксида.

Рис. 1 Принципиальная схема реагентной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов: 1-реактор-нейтрализатор кисло- щелочных стоков, 2-дозатор щелочного агента, 3-дозатор флокулянта, 4-дозатор раствора кислоты, 5-отстойник, 6 – механический фильтр, 7-насос, 8-нейтралиэатор очищенной воды.

В качестве реагентов-восстановителей наибольшее применение получили натриевые соли сернистой кислоты - сульфит (Na₂SO₃), бисульфит (NaHSO₃), пиросульфит (Na₂S₂O₅), а также дитионит натрия (Na₂S₂0₄). Восстановление Сг6+ до Сг3+ происходит по реакциям:

восстановление сульфитом натрия

Cr₂O₇^2- +3SO₃^2- +8H⁺ = 2Cr³⁺ + 3SO₄^2- + 4H₂O

восстановление бисульфитом натрия

Cr₂O₇^2- +3HSO₃^- +5H⁺ = 2Cr³⁺ + 3SO₄^2- + 4H₂O

восстановление пиросульфитом натрия

Cr₂O₇^2- +3S₂O₅^2- +10H⁺ = 4Cr³⁺ + 6SO₄^2- + 5H₂O

восстановление дитионитом натрия

Cr₂O₇^2- +3S₂O₄^2- +6H⁺ = 2Cr³⁺ + 2SO₄^2- + 3H₂O

В качестве реагентов-восстановителей можно также использовать отходы металлического железа (в виде стальной стружки, скрапа и т.п.), или сульфат двухвалентного железа (ферритный метод). В первом случае подкисленные до рН=2 сточные воды фильтруют через находящийся в реакторе слой железной стружки при постоянном барботировании воздухом. Во втором случае раствор сульфата железа (в виде 10 %-ного водного раствора) вводят в реактор, в который поступают сточные воды. В отличие от солей сернистой кислоты восстановление Сг⁶⁺ до Сг³⁺ солями двухвалентного железа протекает с достаточно высокой скоростью не только в кислой, но и в нейтральной и щелочной средах по реакциям:

Cr₂O₇^2- +6Fe²⁺ +14H⁺ = 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

Cr₂O₇^2- +3Fe(OH)₂ +4H₂O = Cr(OH)₃ + 3Fe(OH)₃ + 2OH^-

Поэтому в случае применения сульфата железа (II) в качестве реагента-восстановителя предварительное подкисление сточных вод не требуется, а для полного восстановления Сг⁶⁺ до Сг³⁺ необходим лишь незначительный избыток реагента (около 5 % от стехиометрического количества) независимо от исходной концентрации хрома в сточных водах и величины рН. Недостатком использования сульфата железа, а также железосодержащей суспензией по методу ферритизации, в качестве реагентов-восстановителей по сравнению с солями сернистой кислоты является более чем 4-кратное увеличение объема образующихся при последующей нейтрализации твердых осадков, поскольку на 1 массовую часть осадка гидроокиси хрома дополнительно образуется 3,12 массовых частей осадка гидроксида железа (III).

В качестве реагентов для восстановления Сг⁶⁺ до Сг³⁺ можно также применять пероксид водорода (в кислой среде), сернистый газ, гидразин (в нейтральной или слабощелочной среде).