Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология защиты окружающей среды. Ч.1. Учебное пособие
.pdf
21
М=µ·ßж·F·ΔС,
(13)
Рис. 8 Нейтрализатор щелочных вод дымовыми газами
Количество кислого газа, необходимого для нейтрализации, можно
определить по уравнению массоотдачи:
где М – количество кислого газа, необходимого для нейтрализации;
µ - фактор ускорения; ßж - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе; F поверхность контакта фаз; ΔС - движущая сила процесса.
Использование для нейтрализации щелочных СВ углекислого газа
имеет ряд преимуществ по сравнению с применением и , т.к.
позволяет резко снизить стоимость процесса нейтрализации. Кроме того,
вследствие плохой растворимости
уменьшается опасность
переподкисления нейтрализованных СВ. Образующиеся карбонаты находят
большое применение по сравнению с сульфатами и хлоридами.
Коррозионные и токсичные воздействия карбонат
меньше, чем ионов сульфат
и хлорид .
ионов в воде
Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами используется в ряде
производств, в частности, в асбестоцементном производстве, сточные воды
22
которого имеют рН=12-13 или щелочность около 80 мг-экв/л (рис.9).
Нейтрализация идет в абсорбере с крупнодырчатыми провальными
тарелками углекислыми газами (5-6 %
).
Рис. 9. Бессточная схема водопотребления асбестоцементного завода:
1 – фильтр; 2,5 – отстойники; 3 – усреднитель; 4 – смеситель; 6 –
абсорбционная колонна; 7 – делитель потока
По схеме, представленной на рис. 9, в процессе нейтрализации
образуются карбонаты кальция, которые в состоянии пересыщения могут
откладыватся на внутренней поверхности оборудования. Для
предотвращения карбонатных отложений процесс нейтрализации идет по
циркуляционной схеме. Сточная вода из усреднителя поступет в смеситель,
где предварительно нейтрализуется водой из абсорбера до таких значения
рН, при которых в воде в конце абсорбера нет карбонатных отложений. В
смесителе протекают следующие реакции:
,
.
Осадок карбоната кальция осаждается в отстойнике.
23
После предварительной нейтрализации в абсорбере протекают
следующие реакции:
,
.
Отношение объемных расходов циркулирующей и сточной воды
зависит от состава сточной воды и составляет от 2,5 до 4.
Были попытки использования дымовых газов сульфат-целлюлозного
производства для очистки щелокосодержащих СВ. Однако, они встретились
с различными трудностями из-за отдувки из СВ серусодержащих соединений
(сероводород, метилмеркаптан).
В целом, нейтрализация щелочных вод кислыми газами является
примером ресурсосберегающей технологии, позволяющей исключить
использование реагентов (кислот), и очистить дымовые газы от кислых
компонентов.
Нейтрализация ПСВ кислыми дымовыми газами
и др.
имеет следующие преимущества:
1) нейтрализация воды
2) очистка газов
3) охлаждение выбросов
4) углекислый газ (
с кислотами
- основной компонент дымовых газов) по сравнению
и имеет меньшую коррозионную активность
5) не приводит к переподкислению воды
6) карбонаты ( ) находят широкое применение и могут быть
утилизированы
7) карбонаты менее токсичны, чем сульфаты и хлориды
8) более дешевый метод нейтрализации, так как не нужно реагентное
хозяйство.
24
2.3. Окислительные методы
Использование окислительно-восстановительных процессов лежит в
основе многих методов очистки природных и сточных вод. Практические
задачи, решаемые с помощью окислительно-восстановительных процессов
различны. В водоподготовке эти методы обычно применяются для удаления
из воды запахов, привкусов и для обеззараживания воды, то есть
уничтожения болезнетворных микроорганизмов.
При очистке СВ важное значение имеет окисление содержащихся в
них органических веществ и других восстановителей, так как эти вещества,
поступая в водоем , подвергаются в нём химическому и биохимическому
окислению за счёт растворенного в воде кислорода, жизненно необходимого
для водной фауны и флоры. Поэтому лучше провести процесс окисления
восстановителей до сброса СВ в водоем.
Хорошо известно, что при прохождении окислительновосстановительной реакции, один из компонентов системы окисляется (сам
он является восстановителем), а другой восстанавливается (являясь
окислителем). Однако, для удобства рассмотрения мы разделим эти методы
на два вида, принимая во внимание (беря за основу) процесс, который
протекает с удаляемыми из СВ загрязняющими веществами. Таким образом
рассмотрим раздельно окислительные и восстановительные методы очистки
воды.
Окислительные методы очистки используются для обезвреживания
производственных сточных вод от цианидов, сероводорода, сульфидов и
других. Сточные воды, включающие перечисленные соединения,
встречаются в машиностроительной (цех гальванических покрытий) ,
горнодобывающей (обогатительные фабрики свинцово - цинковых и медных
руд), нефтехимической (нефтеперерабатывающие и нефтехимические
25
заводы), целлюлозно-бумажной (цех варки целлюлозы) и других отраслях
Окислитель
Потенциал, В
Фтор (F2)
2,87
Озон (O3)
2,07
Перекись водорода (H2O2)
1,78
Перманганат калия (KMnO4)
1,7
Гипобромовая кислота (HOBr)
1,59
Гипохлоровая кислота (HOCl)
1,49
Хлор (Cl2)
1,36
Диоксид хлора (ClO2)
1,27
Кислород (O2)
1,23
Хромовая кислота (H2CrO2)
1,21
Бром (Br2)
1,09
Азотная кислота (HNO3)
0,94
Йод (I2)
0,54
промышленности. используют этот метод очистки.
Мерой эффективности окислителя служит его электрохимический
(окислительный) потенциал, выраженный в вольтах. Ниже приведены
значения электрохимического потенциала различных окислителей в
сравнении с озоном (табл. 4).
Таблица 4
Электрохимический потенциал окислителей
26
В процессе окисления сточных вод токсичные загрязняющие вещества
переходят в менее токсичные, которые удаляют из воды.
Наиболее часто практике очистки сточных вод используют
гипохлориты натрия и кальция, хлорную известь, озон, технический
кислород и кислород воздуха. Реже используют пероксид водорода, оксиды
марганца, перманганат и бихромат калия.
2.3.1. Окисление кислородом воздуха (аэрация)
В практике очистки СВ широко используется процесс аэрации без
повышения температуры и давления, при этом происходит окисление
производящих в воде веществ кислородом воздуха, а также перевод летучих
компонентов в газовую фазу. Одним из примеров окисления кислородом
воздуха является удаление из воды растворенного железа Fe (+2) путём её
аэрирования воздухом. При этом протекает следующая реакция:
,
.
Если железо в воде присутствует в виде бикарбоната, то реакция окисления и
гидролиза протекает в соответствии со следующим уравнением:
.
Схемы установок очистки воды от железа приведены на рис. 10 и 11.
Рис. 10. Схема абсорбционной установки окисления Fe2+ кислородом
воздуха:
1 – накопитель сточных вод; 2 – абсорбер с хордовой насадкой; 3 –
отстойник; 4 – фильтр
27
Рис. 11. Схема фильтрационной установки окисления Fe2+ кислородом
воздуха: 1 – накопитель сточных вод; 2 –фильтр
Кислородом воздуха могут быть окислены сульфидные стоки
целлюлозных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов.
Процесс протекает через ряд последующих стадий:
.
Схема установки для окисления сульфидов представлена на рис. 12.
Рис. 12. Схема установки окисления сульфидов кислородом воздуха:
1 – приемный резервуар; 2 – насос; 3 – теплообменник; 4 – окислительная
колонна; 5 – воздухораспределительное устройство; 6 – сепаратор; 7 холодильник
Сточная вода и конденсат поступают в приемный, затем вода насосом
подается на теплообменный аппарат и подогревается. После вода подается в
28
начало абсорбционной колонны с хордовой насадкой. Воздух подается через
воздухораспределительное устройство. Очищенная вода охлаждается в
теплообменном аппарате, а воздух с каплями воды поступает на сепаратор.
Очищенный воздух выбрасывается, а конденсат уходит в накопительный
отстойник. Теоретически на окисление 1 г сульфидной серы уходит 1г
кислорода.
2.3.2. Окисление озоном (озонирование)
Озон
- голубоватый газ с характерным резким запахом,
молекулярная масса 48 г/моль, плотность относительно воздуха 1,657 (озон
тяжелее воздуха); плотность при 00С и давлении 0,1 МПа 2,143 кг/м3. Озон
является сильным окислителем. В настоящее время широкое
распространение получили 2 способа получения озона:
* ультрафиолетовым (УФ) - облучением
* под воздействием тихого (т.е. рассеянного без образования искр)
разряда коронного типа.
На практике второй способ получил наибольшее распространение.
Окисление озоном позволяет одновременно обеспечить
обесцвечивание воды, устранение привкусов и запахов, обеззараживание.
Бактерии погибают в несколько тысяч раз быстрее, чем при обработке СВ
хлором.
Озонирование можно очищать СВ от фенолов, нефтепродуктов,
,
соединений мышьяка, ПАВ, красителей, цианидов, роданидов,
канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов.
К фенолам озон проявляет высокую активность в широком диапазоне
концентраций (от 0 до 100 мг/л). С увеличением рН скорость распада фенола
увеличивается. Высокой реакционной способностью к
обладают и
производные фенола: орто- и мета-крезолы. По сравнению с фенолом
м-крезол окисляется быстрее, а о-крезол труднее.
29
Процесс очистки СВ значительно ускоряется при совместном
использовании
с ультразвуком. Ультрафиолетовое облучение совместно с
ускоряет окисление в 100 - 104 раз.
Соединения металлов (
) окисляются озоном до
соединений высших валентностей:
.
Технологическая схема удаления металлов приведена на рис.13.
Рис. 13 Технологическая схема удаления железа и марганца
Сульфиды легко переводятся в сульфаты:
,
.
30
Озон реагирует с цианидами в слабощелочной сред быстро и
полностью. В общем виде реакции окисления цианидов озоном представляют
следующие уравнения:
,
,
.
Роданид-ионы реагирую с озоном по схеме:
,
.
Аммиак окисляется озоном в щелочной среде до азотной кислоты и
воды:
.
Принципиальная технологическая схема озонирования сточных вод
состоит из двух основных блоков - получения озона и очистки сточных вод.
Блок получения озона (рис. 14) включает четыре ступени: забор и
охлаждение воздуха; осуш-ка воздуха; фильтрование воздуха; генерация
озона.
Рис. 14. Схема установки получения озона: 1 - компрессор; 2 - ресивер; 3 охладитель воздуха; 4 - сушилка; 5 - генератор озона; 6 - трансформатор; 7 электрический щит; 8 - подача озоно-воздушной смеси;
9, 10 - подача и отведение охлаждающей воды
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]