3.3. Очистка восстановлением

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) , бисульфит (NaHSO₃). Кроме того, используют следующие восстановители: сульфит железа (FeSO₃), диоксид серы (SO₂), гидразин (N₂H₄) и др.

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

, (3.65)

. (3.66)

Скорость и полнота восстановления Cr⁶⁺ до Cr³⁺ указанными солями в большой степени зависит от значения рН, причем наибольшая скорость наблюдается при рН = 2 - 2,5, что требует дополнительного подкисления сточных вод. Для этих целей обычно используют 10-15 %-е 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 хром осаждается в виде гидроксида. В качестве реагентов-нейтрализаторов используют Ca(OH)₂, Na₂CO₃ , NaOH. Во всех случаях осуществляется следующая химическая реакция:

Cr³⁺ + 3OH^- → Cr(OH)₃↓. (3.67)

Оптимальные значения рН этой реакции – 8,0 - 9,5. Cr(OH)₃ обладает амфотерными свойствами и при рН ≥ 12 растворяется в избытке едкой щелочи. При этом протекает следующая химическая реакция:

Cr(OH)₃ + NaOH → NaCrO₂ + 2H₂O. (3.68)

При использовании в качестве восстановителя сульфата двухвалентного железа (FeSO₄) процесс можно проводить в кислой, нейтральной и щелочной среде:

2CrO₃ + 6FeSO₄ + 6H₂SO₄ → 2Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + 6H₂O, (3.69)

2CrO₃ + 6FeSO₄ + 6Ca(OH)₂ + 6H₂O →

→ 2Cr(OH)₃↓ + 6Fe(OH)₃↓ + 6CaSO₄ . (3.70)

Восстановление диоксидом серы происходит по схеме

SO₂ + H₂O → H₂SO₃, (3.71)

2CrO₃ + 3H₂SO₃ → Cr₂(SO₄)₃ + 3H₂O. (3.72)

В присутствии в сточных водах соды протекает следующая химическая реакция:

6Na₂CrO₄ + SO₂ + Na₂CO₃ + nH₂O →

→ Cr₂O₃ · nH₂O + 3Na₂SO₄ + CO₂↑. (3.73)

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

Реакция восстановления шестивалентного хрома гидразином протекает в нейтральной или слабощелочной среде:

4K₂CrO₄ + 3N₂H₄ → 4Cr(OH)₃↓ + 3N₂↑ + 8KOH . (3.74)

Метод восстановления применяют также для очистки сточных вод от соединений ртути. Их восстанавливают до металлического состояния, а образующуюся ртуть отделяют от воды (отстаиванием, фильтрованием или флотацией). В качестве реагента-восстановителя используют алюминиевую пудру, железный порошок, гидросульфид натрия, гидразин, сульфид железа и др.

Проведение химических методов очистки производственных сточных вод сопровождается нагревом и охлаждением материальных потоков. Методы расчета этих процессов и конструкции теплообменников изложены в книгах: Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / под ред. Ю.И. Дытнерского. М.: Химия, 1991. 494 с.; Проектирование процессов и аппаратов химической технологии / И.Л. Иоффе. М.: Химия, 1991. 352 с.

Рассмотрим технологический расчет реакторов с мешалкой.