2.5.3. Применение сильных окислителей и сорбентов. Осаждение

Реакции окисления и восстановления, в процессе очистки воды, используют для перевода токсичных и вредных примесей в нетоксичные или нерастворимые.

Осаждение химическим способом приводит к образованию малорастворимых соединений, выпадающих в осадок в соответствии с их пределом растворимости. Например, процесс умягчения воды (снятие местности) с применением извести Са(OH)₂ или соды Na₂CO₃, а также фосфатное умягчение с Na₃РO₄, что приводит к удалению сульфатов, фторидов, фосфатов, кремневой кислоты и многих других веществ.

Так, при добавлении в воду извести протекают реакции перехода углекислоты последовательно в бикарбонаты и карбонаты, что приводит к устранению кальциевой и магниевой карбонатной жесткости:

;

;

.

Одновременно магниевые соли некарбонатной жесткости переводятся в кальциевые:

;

.

Следовательно, в результате известкования карбонатная жесткость воды снижается до предела, который определяется растворимостью СаCO₃ и Мg(OH)₂.

Для ускорения осаждения СаCO₃ и Мg(OH)₂ добавляется коагулянт FeCl₃ или FeSO₄. Как уже отмечалось, реагентное умягчение воды проводится с помощью извести совместно с содой.

Применение соды обусловливает дополнительное введение карбонат-ионов, что приводит к выпадению в осадок солей кальция:

;

.

Фосфатное доумягчение можно записать следующим образом:

Умягчение воды проводится также методом обмена ионов с помощью ионитов — веществ, способных к сорбционному обмену ионов с раствором электролита. Ионообменные сорбенты могут быть минерального и органического происхождения. К минеральным ионитам относятся различные амоносиликаты, силикаты, гидрат окиси алюминия и другие.

В настоящее время для очистки воды широкое применение нашли ионообменные смолы — это сетчатые трехмерные полимеры, не растворяющиеся в воде и содержащие ионогенные группы, то есть группы, способные к обмену ионов.

По характеру действия ионообменные вещества разделяются на катиониты и аниониты. Если происходит обмен катионами, то такие вещества называются катионитами, а обменивающие анионы — анионитами.

Катиониты способны диссоциировать на небольшие, подвижные и способные к ионному обмену катионы (например, Н⁺) и высокомолекулярный анион ( ), а аниониты дают мелкие, легко перемешивающиеся анионы (например, ) и высокомолекулярный катион ( ).

Схему диссоциации катионитов и анионитов можно представить следующей схемой:

При катионировании через Na-катионит происходят следующие процессы:

Как видно из данных схем, катионы кальция и магния, обусловливающие карбонатную и сульфатную жесткость воды, сорбируются на катионите, то есть удаляются из воды.

2.6. Характеристика бытовых и производственных сточных вод

Сточными называются воды, которые необходимо удалять с территории населенных мест и промышленных предприятий.

Сточные воды можно разделить на хозяйственно-бытовые, промышленные и атмосферные.

Бытовые сточные воды образуются за счет жизнедеятельности людей (унитазы, ванные, приготовление пищи и т.д.). Они имеют относительно постоянный состав. Биологическое потребление кислорода (БПК₅) для этих вод зависит от степени их загрязненности и в течение суток колеблется от 100 до 400 мг/л.

Основной загрязняющей составляющей бытовых стоков являются органические вещества растительного и животного происхождения. К неорганическим загрязнениям можно отнести: песок, глину, минеральные соли, минеральные масла и др.

Бытовые сточные воды в основном содержат различные микроорганизмы: бактерии, дрожжевые и плесневые грибы, яйца гельминтов, вирусы и др.

С.Н. Строганов вывел эмпирическую формулу, по которой определяют концентрацию загрязнений (с, мг/л) в бытовых стоках:

,		(7)
где	— количество загрязнений данного вида, приходящееся на 1 человека в сутки; — норма водоотведения на 1 человека в сутки; 1000 — коэффициент перехода от грамма к миллиграммам.

Среднее значение загрязнений, приходящихся на 1 человека в сутки (см. табл. 5):

Таблица 5

Средние значения загрязнений, приходящихся на 1 человека в сутки

Ингредиент	, г
Взвешенные вещества	65
Азот аммонийный ( )	8
Хлориды	9
Фосфаты	1,7
БПКполн отстоянной воды	40

Промышленные сточные воды образуются на предприятиях в процессе производства, промывки цехов и оборудования и т.д.

Промышленные стоки очень разнообразны по своему составу. Способы очистки таких вод требуют специального подхода. Так, стоки гальванических цехов содержат в своем составе ядовитые вещества. Сточные воды кожевенных заводов могут содержать возбудителей сибирской язвы.

Атмосферные или ливневые сточные воды образуются в результате выпадения осадков. Они загрязнены органическими и минеральными веществами.

Анализ сточной воды идет иначе, чем анализ питьевых природных вод.

Отобранный образец сточной воды анализируется в тот же день. При поступлении сточной воды на очистные канализационные сооружения производят следующие анализы:

1) определяют температуру;

2) определяют окраску;

3) определяют запах;

4) определяют прозрачность по шрифту;

5) определяют рН среды;

6) определяют объём осадка в цилиндрах Лисенко через 5, 10, 15, 30, 60 и 120 минут;

7) определяют относительную стабильность по обесцвечиванию метиле-новой сини;

8) определяют концентрацию взвешенных веществ с делением их на летучую (при t = 900 – 1000 °C) и нелетучую части;

9) определяют массовую долю сухой части так же с делением на летучую и нелетучую части;

10) определяют БПК₃, БПК_полн;

11) определяют общую кислотность и щелочность воды при титровании с различными индикаторами;

12) определяют частичную окисляемость (по KMnO₄);

13) определяют химическое потребление кислорода (ХПК).