Сущность отдельных химических процессов и их роль в природоохранных технологиях

Нейтрализация

Производственные сточные воды от технологических процессов многих отраслей промышленности содержат щелочи и кислоты. В большинстве кислых сточных вод содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделить из этих вод. Поэтому с целью предупреждения коррозии материалов канализационных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации.

Реакция нейтрализации – это химическая реакция между веществами, имеющими свойства кислоты и основания, которая приводит к потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типичная реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях:

Н⁺+ ОН^-= Н₂О.

В результате рН среды приближается к 7.

При химической очистке применяются следующие способы нейтрализации:

1) взаимная нейтрализация кислых и щелочных вод

2) нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь СаО, гашеная известь Са(ОН)₂ , кальцинированная содаNa₂CO₃, каустическая содаNaOH, аммиакNH₄OH).

3) фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит СаСО₃.МgСО₃, магнезит МgСО₃, мел СаСО₃(96-99%).

4) в последнее время предложен способ нейтрализации щелочных вод дымовыми газами, содержащими СО₂,SО₂,NO₂ и др.

Окисление

Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси, например, цианиды КСN, или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды).

В узком смысле окисление – реакция соединения какого-либо вещества с кислородом, а в более широком – всякая химическая реакция, сущность которой состоит в отнятии электронов от атомов или ионов. В практике обезвреживания сточных вод в качестве окислителя используют хлор, гипохлорит кальция или натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха.

Окисление активным хлором.Окисление ядовитых цианид-ионов СN- осуществляется путем перевода их в нетоксичные цианаты СNO- , которые затем гидролизуются с образованием ионов аммония и карбонатов:

CN- + 2OH- -2e = CNO- + OH; CNO- + 2H₂O = NH₄⁺ + CO₃ ^2-

Применение хлора здесь не надо путать с хлорированием сточных вод с целью их обеззараживания.

Электрохимические методы очистки основаны на электролизе производственных сточных вод. Основу составляют два процесса анодное окисление и катодное восстановление.

Осаждение. При этой операции получают нерастворимые осадки, которые затем могут быть захоронены либо использованы, например, в металлургической или другой промышленности.

Гидролиз

Гидролиз - это реакция разложения сложных органических веществ (например, белков, жиров, углеводов) до более простых под действием кислот и щелочей с присоединением молекулы воды.

Так, сахароза при нагревании с кислотами гидролизуется, образуя инвертный сахар (смесь равных количеств глюкозы и фруктозы):

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆.

Также гидролизу может быть подвергнуты другие углеводы, например, крахмал до мальтозы. А уже этот углевод сбраживается бактериями и дрожжами, что способствует улучшению биохимического разложения органических веществ.

Сульфитация

При проведении очистки сточных вод в последних могут образовываться красящие вещества, которые необходимо обесцветить. Для этого воду или почву обрабатывают диоксидом серы, чаще всего Н₂SО₃. Диоксид серы как химический агент вызывает обесцвечивание многих растительных красящих пигментов. Его получают путем сжигания серы в специальных печах, пропуская через них воздух.

При сульфитации идет образование сернистой кислоты, которая является сильным восстановителем

SО₂ + Н₂О = Н₂SО₃.

Частично сернистая кислота переходит в серную:

Н₂SО₃ + Н₂О = Н₂SО₄ + 2Н.

Выделяющийся при этом водород оказывает обесцвечивающее действие.