2. Окисление кислородом воздуха

Кислород с успехом может применяться для окисления сероводо- рода и сульфидов в нефтехимической и целлюлозно-бумажной про- мышленности. Его используют при очистке воды от железа для окис- ления соединений двухвалентного железа в трехвалентное с после- дующим отделением от воды гидроксида железа. Им разрушают фено- лы и нефтепродукты.

Промышленное применение нашел способ окисления в жидкой фазе кислородом воздуха под давлением. Окисление проводят при аэрировании воздуха через сточную воду в башнях с хордовой насад- кой или путем распыления воды в распылительной колонне, когда сверху подается вода, а снизу - диспергированный воздух.

Использование колонн с кусковой насадкой или кольцами Рашига нецелесообразно, т.к. происходит зарастание насадки.

Возможен процесс упрощенной аэрации, когда воду разбрызги- вают над поверхностью фильтрующей загрузки фильтров.

Окисление гидросульфидной и сульфидной серы сточных вод целлюлозных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов происходит через ряд последовательных стадий:

S^2-  S  S O^2-  S O^2-  SO^2-  SO^2- .

n 6 2 3 3 4

В процессе окисления сера изменяет свою валентность с -2 до +6.

Основным продуктом окисления Н₂S, NаHS является тиосульфат

2

S₂O₃ , сульфид окисляется до сульфита и сульфата. С повышением

температуры и давления скорость реакции и глубина окисления суль- фидов и гидросульфидов увеличивается.

При окислении двухвалентного железа идут реакции:

2 2

2 3

4Fe^2  O  2H O  4Fe^3  4OH^- , Fe^3  3H O  Fe(OH)  3H^.

Образующийся гидроксид железа отстаивают в контактном ре-

зервуаре, а затем отфильтровывают.

3. Озонирование сточных вод

Озонирование - один из перспективных методов обработки воды с целью ее обеззараживания и улучшения органолептических свойств. Озонирование применяется для очистки сточных вод от фенолов, неф- тепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др.

Обеззараживающее действие озона основано на высокой окисли- тельной способности, обусловленной легкостью отдачи им активного атома кислорода. Озон значительно активнее хлора по отношению к вирусам, так как он действует непосредственно на протоплазму клетки; под действием хлора бактерии отмирают постепенно, а при введении озона практически мгновенно.

Озон О₃ является универсальным реагентом, поскольку может быть использован для обеззараживания, обесцвечивания, дезодорации воды, для удаления железа и марганца. Озон разрушает соединения, не поддающиеся воздействию хлора (фенол), не придает воде запаха и привкуса. Но при этом обладает сильными коррозионными свойствами и кратковременным действием. Поэтому все элементы озонаторных установок и трубопроводы, контактирующие с озоном или его водны- ми растворами, должны изготовляться из нержавеющей стали и алю- миния, а после обеззараживания озоном воду хлорируют для образова- ния в воде требуемого остаточного хлора.

Чистый озон взрывоопасен, поскольку при его разложении вы- свобождается значительное количество энергии. Озон не взрывается, если его концентрация в озоновоздушной смеси не превышает 10 % (140 г/м³). В водном растворе озон диссоциирует быстрее, чем в возду- хе, причем в слабощелочных растворах диссоциации идет очень быст- ро, в кислотных растворах озон проявляет большую стойкость. Озон

токсичен и может поражать органы дыхания. ПДК озона в рабочей зо- не 0,0001 мг/м³.

В основе промышленного получения озона лежит реакция расще- пления молекулы кислорода на атомы под действием тихого (коронно- го) электрического разряда с последующим присоединением к молеку- ле одного атома кислорода:

О₂ + 490,7 кДж  20; 2О₂ + 2О  2О₃ + 206,8 кДж

На практике озон получают в специальных аппаратах - озонато- рах, в которых воздух с определенной скоростью пропускается между электродами, соединенными с источником переменного тока высокого напряжения (5-25 кВ). Конструктивно электроды выполняются в виде двух концентрично расположенных цилиндров разного диаметра или в виде двух параллельных пластин (рис.13.3).

Для получения тихого разряда электроды озонаторов разделяются диэлектриком с возможно большим удельным поверхностным сопро- тивлением, исключающим образование искрового или дугового разря- да и обуславливающим равномерную структуру тихого разряда. В ка- честве диэлектриков используют обычное или боросиликатное стекло, эмаль, пластмассы.

Рис.13.3. Размещение электродов и диэлектрика в озонаторе

а - трубчатый озонатор: 1 - трубка из нержавеющей стали (электрод низкого напряжения); 2 - стеклянная трубка; 3 - фольга (электрод высокого напряжения) б - пластинчатый озонатор: 1 - пластинка из обычного стекла (диэлектрик);

2 – профилированные пластинки; 3 - полая пластинка из листового алюминия

85-95 % потребляемой озонатором электроэнергии затрачивается на тепловыделение, поэтому электродную систему необходимо охлаж- дать, тем более, что озон при повышенной температуре быстро разла- гается.

Производительность озонатора и расход электроэнергии на полу- чение озона зависят от влагосодержания поступающего воздуха, тем- пературы, содержания кислорода, а также от конструкции озонатора. Наиболее сильно на синтез озона влияет наличие в исходном газе во- дяного пара, даже небольшая влажность заметно понижает концентра- цию озона. Производительность озонатора значительно возрастает при обогащении воздуха кислородом, для чего применяют цеолиты, селек- тивно сорбирующие из него азот. При этом одновременно с обогаще- нием кислородом происходит и глубокая осушка воздуха.

Промышленные генераторы озона подразделяются на цилиндри- ческие с трубчатыми горизонтальными или вертикальными электрода- ми, плоские с пластинчатыми электродами и центральным коллекто- ром или продольной циркуляцией. Более совершенными считаются трубчатые аппараты, на них в настоящее время производится основное количество озона. Производительность таких аппаратов достигает 10- 12 кг озона в час.

Рис.13.4. Схема трубчатого озонатора

1 - электрод низкого напряжения; 2 - диэлек- трик; 3 - электрод высокого напряжения; 4 - стеклянная трубка

Трубчатый озонатор с горизонтально женными электродами (рис.13.4) представ-ляет собой аппарат, состоящий из цилиндрического кор- пуса и съем-ных сфериче- ских днищ. Для закрепле- ния разме-щаемого в кор- пусе озо-натора пакета электродов и разделения его на три секции в нем установлены вертикаль- ные опорные решетки.

Озон подают в сточ- ную воду в виде озоно- воздушной или озоно-кис- лородной смеси. Концен-

трация озона в смеси около 3 %. Для усиления процесса окисления смесь диспергируют в сточной воде на мельчайшие пузырьки газа. Озонирование представляет собой процесс абсорбции, сопровождае- мой химической реакцией в жидкой фазе:

CN^  O₃  CNO^  O₂.

Озонирование воды - достаточно сложный процесс, требую- щий объединения в одной установке устройств для компрессирования и кондиционирования воздуха, получения озона, смешения его с водой, рекуперации или разложения непрореагировавшего озона. Принципи- альная технологическая схема озонирования (рис.13.5) состоит из двух основных узлов: получения озона и очистки сточных вод.

Атмосферный воздух подают на фильтр, где он очищается от пы- ли, после чего воздуходувками направляется на охлаждающее устрой- ство для отделения капельной влаги, а затем осушается на адсорбцион- ных установках. Осушка воздуха является одним из основных этапов его подготовки перед получением озона и осуществляется в две ступе- ни. На первой происходит предварительное охлаждение воздуха до 7- 8 ^оС в холодильной установке рассолом, подаваемым от фреоновой хо- лодильной установки. На второй воздух сушат в адсорберах с алюмо- гелиевой или силикагельной насадкой. Осушенный воздух подвергает- ся тонкой очистке от пыли, а затем направляется в озонатор.

Рис. 13.5. Схема установки озонирования воды

1 - воздушный фильтр; 2 - компрессор или воздуходувка; 3 - охлаждающее уст- ройство; 4 - устройство для осушки воздуха; 5 - воздухонагреватель; 6 - пылевые фильтры; 7 - озонаторы; 8 - контактная камера

В обрабатываемую воду озон вводят различными способами: бар- ботированием воздушно-озоновой смеси в слое воды через фильтрос- ные пластины или пористые трубки; смешением воды с озоновоздуш- ной смесью в эжекторах или механических роторных смесителях, в аб- сорберах различных конструкций. Время контакта 5-20 мин. Эффек- тивность озонирования зависит от количества и свойств загрязняющих воду веществ, температуры и рН среды, от дозы озона и метода его диспергирования.

При водоподготовке доза озона составляет 0,75-3 мг/л, при до- очистке сточных вод - 2-4 мг на 1 мг загрязнителя (нефтепродуктов, фенолов, ПАВ).