Электрохимический метод анализа сточных вод

Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа. Все эти процессы протекают на электродах в электролизере при прохождении через сточную воду постоянного электрического тока (рис. 5.35).

Рис. 5.35. Схема электролизера: е — ионы: ё — электрический ток

Электрохимические процессы разработаны для очистки сточных вод от растворенных примесей (цианидов, аминов, спиртов, альдегидов, нитросоединений, сульфидов, меркаптанов). В процессах электрохимического окисления вещества, находящиеся в сточной воде, полностью распадаются с образованием С0₂, NH₃ и воды или образуются более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалить другими методами.

Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой технологической схеме очистки без использования химических реагентов. Основным недостатком этих методов является большой расход электроэнергии. Очистку сточных вод электрохимическими методами можно проводить периодически или непрерывно.

При прохождении сточной воды через межэлектродное пространство электролизера происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.

Эффективность электрохимических методов оценивается плотностью тока, напряжением, коэффициентом полезного использования напряжения, выходом по току, выходом по энергии.

Напряжение электролизера (см. рис. 5.35) складывается из разности электродных потенциалов и падения напряжения в растворе:

где е_а и е_к — равновесные потенциалы анода и катода; Ае_а и Ае_к — анодная и катодная поляризация; Д(/_эл и Д?/_д — падение напряжения в электролите и диафрагме.

Падение напряжения в электролите (сточной воде) при отсутствии пузырьков газа определяют по закону Ома:

где / — плотность тока в сточной воде, А/см 2 ; р — удельное сопротивление, Ом • см; 8 — расстояние между электродами, см.

При выделении газовых пузырьков вследствие удлинения пути потока между электродами A U_3i возрастает.

Отношение г|_н = (е_а — е_к) / U называют коэффициентом полезного использования напряжения.

Выход по току — это отношение теоретически необходимого количества электричества к практически затраченному, выраженное в долях единицы или в процентах.

Анодное окисление и катодное восстановление. В электролизере (см. рис. 5.35) на положительном электроде (аноде) ионы отдают электроны, т. е. протекает реакция электрохимического окисления; на отрицательном электроде (катоде) происходит присоединение электронов, т. е. протекает реакция восстановления.

В качестве анодов используют электрохимически нерастворимые материалы: графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца и рутения, которые наносят на титановую основу.

Катоды для таких процессов изготовляют из молибдена, сплава вольфрама с железом или никелем, из графита, нержавеющей стали и других металлов, покрытых молибденом, вольфрамом или их сплавами. Процесс проводят в электролизерах с диафрагмой и без нее.

Катодное восстановление применяют для удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов с получением осадков (рис. 5.36). Реакция катодного восстановления металлов:

Рис. 5.36. Установка электрохимической регенерации раствора для травления меди:

1 —электролизеры: 2— напорные баки; 3 — гидрозатворы; 4, 9 — теплообменники: 5 — насос; 6 — холодильная машина; 7 — аппарат для снятия осадка меди;
8 — емкость с раствором соляной кислоты; 10 — сборник медного порошка

Кроме основных процессов электроокисления и восстановления, одновременно могут протекать электрофлотация, электрофорез и электрокоагуляция.

Электрокоагуляция. При использовании нерастворимых электродов коагуляция может происходить в результате электрофоретических явлений и разряда заряженных частиц на электродах, образования в растворе веществ (хлора, кислорода), разрушающих сольватные оболочки на поверхности частиц загрязнений. Такой процесс можно использовать для очистки сточных вод при невысоком содержании коллоидных частиц и низкой устойчивости загрязнений.

Для очистки промышленных сточных вод, содержащих высокоустойчивые загрязнения, проводят электролиз с использованием растворимых стальных или алюминиевых анодов. Под действием тока происходит растворение металла анодов, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия, которые, встречаясь с гидроксильными группами, образуют гидроксиды металлов в виде хлопьев, и наступает интенсивная коагуляция.

С повышением концентрации взвешенных веществ более 100 мг/л эффективность электрокоагуляции снижается. С уменьшением расстояния между электродами расход энергии на анодное растворение металла уменьшается. Электрокоагуляцию рекомендуется проводить в нейтральной или слабощелочной среде при плотности тока не более 10 А/м 2 , расстоянии между электродами не более 20 мм и скорости движения воды не менее 0,5 м/с.

Электрохимическое коагулирование применяется для обработки сточных вод, содержащих эмульгированные частицы масел, жиров и нефтепродуктов, а также хроматы и фосфаты.

Электрокоагуляторы с алюминиевыми электродами применяют для очистки концентрированных маслосодержащих сточных вод (рис. 5.37).

Рис. 5.37. Установка электрокоагуляционной очистки сточных вод от нефтепродуктов:

1 — насос; 2 — бункер для осадка; 3 — гидроциклон; 4 — выпрямитель;
5 — выпуск очищенной воды; 6 — уловленные нефтепродукты; 7 — вертикальный отстойник; 8 — электродный блок; 9 — выгрузка осадка

Электрокоагуляторы со стальными электродами (рис. 5.38) применяют для очистки сточных вод от шестивалентного хрома и других металлов при концентрации шестивалентного хрома и цветных металлов до 100 мг/л, концентрации взвешенных веществ до 50 мг/л.

Достоинства электрокоагуляции: отсутствие потребности в реагентах; малая чувствительность к изменениям условий процесса очистки; получение шлама с хорошими структурно-механическими

Рис. 5.38. Схема электрокоагуляционной установки для очистки сточных вод от шестивалентного хрома:

7 — насос: 2 — промывная ванна; 3 — трубопровод подачи сточной воды;
4 — выпрямитель: 5 — электроды; 6 — проточный электролизер; 7 — центрифуга; 8 — трубопровод удаления гидроксидов железа и хрома; 9 — вентиль;
10 — трубопровод очищенной воды; 77 —трубопровод подачи воды в промывные ванны

свойствами. Недостаток метода — повышенный расход металла и электроэнергии.

Электрофлотация. В этом процессе очистка сточных вод проходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. На аноде возникают пузырьки кислорода, а на катоде — водорода. При использовании растворимых электродов происходит образование хлопьев коагулянтов и пузырьков газа, что способствует более эффективной флотации.

Основную роль при электрофлотации играют пузырьки, образующиеся на катоде. Размер пузырьков водорода значительно меньше, чем при других методах флотации. Диаметр пузырьков меняется в пределах 20. 100 мкм. Мелкие пузырьки водорода обладают большей растворимостью, чем крупные. Из пересыщенных газом растворов сточных вод мельчайшие пузырьки выделяются на поверхности частиц загрязнений, способствуя эффекту флотации. Оптимальные значения плотности тока 200. 260 А/м 2 , газосодержания — около 0,1%.

Электрофлотация наиболее эффективна при очистке воды от нефтепродуктов, тонкодисперсных коллоидных частиц и растворенных органических соединений.

При применении растворимых электродов (обычно железных или алюминиевых) на аноде происходит растворение металла и образование хлопьев гидроксидов. Такие установки называют элек- трокоагуляционно-флотационными. Они могут быть однокамерными и двухкамерными, горизонтального или вертикального типа (рис. 5.39).

Рис. 5.39. Горизонтальный электрофлотатор:

1 — впускная камера; 2 — решетка-успокоитель; 3 — электродная система;
4 — механизм сгребания пены; 5 — отвод отработанной сточной воды;
6 — пеносборник; 7 — отвод пенного шлама; 8 — трубопровод опорожнения электрофлотатора и выпуска осадка

Электродиализ. Процесс очистки сточных вод электродиализом основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран. Этот процесс широко используют для опреснения соленых вод.

При использовании электрохимически активных (ионообменных) мембран эффективность процесса повышается и снижается расход электроэнергии. Ионообменные мембраны проницаемы только для ионов, имеющих заряд того же знака, что и подвижные ионы. Для обессоливания воды применяют гомогенные и гетерогенные мембраны. Гомогенные мембраны представляют собой порошок ионита, смешанный со связующим веществом. Мембраны должны обладать малым электрическим сопротивлением. Расстояние между мембранами 1. 2 мм оказывает большое влияние на эффективность работы электродиализатора. Расход энергии при очистке воды, содержащей 250 мг/л примесей, до остаточного содержания солей 5 мг/л составляет 7 кВт • ч/м 3 . С увеличением солесодержания в воде удельный расход энергии возрастает.

Электродиализ осуществляется в многокамерном мембранном аппарате под действием постоянного электрического тока (рис. 5.40). Элекгродиализатор разделен чередующимися катионитовыми и анио- нитовыми мембранами, образующими концентрирующие (рассольные) и обессоливающие (дилюатные) камеры.

Рис. 5.40. Схемы электродиализаторов с пористыми диафрагмами (а) и ионитовыми мембранами (б]

Основным недостатком электродиализа является концентрационная поляризация, приводящая к осаждению солей на поверхности мембран и снижению показателей очистки.

источник

Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа. Все эти процессы протекают на электродах при прохождении через сточную воду постоянного электрического тока (рис. 11.8).

Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой технологической схеме очистки без использования химических реагентов. Основной недостаток этих методов — большой расход электроэнергии. Очистку сточных вод электрохимическими методами можно проводить периодически или непрерывно.

Анодное окисление и катодное восстановление. В электролизере (см. рис. 11.8) на положительном электроде — аноде ионы отдают электроны, т.е. протекает реакция электрохимического окисления; на отрицательном электроде — катоде происходит присоединение электронов, т.е. протекает реакция восстановления.

Рис. 11.8. Схема электролизера: 1 — корпус; 2 — анод; 3 — катод; 4- диафрагма

Эти процессы разработаны для очистки сточных вод от растворенных примесей (цианидов, аминов, спиртов, альдегидов, нитросоединений, сульфидов, меркаптанов). В процессах электрохимического окисления вещества, находящиеся в сточной воде, полностью распадаются с образованием СО2, NH3 и воды или образуются более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалять другими методами.

Катоды изготовляют из молибдена, сплава вольфрама с железом или никелем, из графита, нержавеющей стали и других металлов, покрытых молибденом, вольфрамом или их сплавами. Процесс проводят в электролизерах с диафрагмой и без нее.

Кроме основных процессов электроокисления и восстановления одновременно могут протекать электрофлотация, электрофорез и электрокоагуляция.

Плотность тока — это отношение тока к поверхности электрода (А/ м 2 , А/см 2 ).

Напряжение электролизера складывается из разности электродных потенциалов и падения напряжения в растворе:

(11.41)

где е_а и е_к — равновесные потенциалы анода и катода; Δе_а и Δе_к — величины анодной и катодной поляризации; ΔU_эл и ΔU_диаф — падение напряжения в электролите и диафрагме.

Падение напряжения в электролите (сточной воде) при отсутствии пузырьков газа определяют по закону Ома:

(11.42)

где i — плотность тока в сточной воде. А/см 2 ; ρ — удельное сопротивление, Ом · см; δ — расстояние между электродами, см.

При выделении газовых пузырьков вследствие удлинения потока между электродами ΔU_эл возрастает. Отношение ηнапр = (е_а — e_к)/U называют коэффициентом полезного использования напряжения.

Электрокоагуляция. При использовании нерастворимых электродов коагуляция может происходить в результате электрофоретических явлений и разряда заряженных частиц на электродах, образования в растворе веществ (хлор, кислород), разрушающих сольватные оболочки на поверхности частиц загрязнений. Такой процесс можно использовать для очистки сточных вод при невысоком содержании коллоидных частиц и низкой устойчивости загрязнений.

Для очистки промышленных сточных вод, содержащих высокоустойчивые загрязнения, проводят электролиз с использованием растворимых стальных или алюминиевых анодов. Под действием тока происходит растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия, которые, встречаясь с гидроксильными группами, образуют гидроксиды металлов в виде хлопьев, и наступает интенсивная коагуляция.

Достоинства электрокоагуляции: отсутствие потребности в реагентах, малая чувствительность к изменениям условий процесса очистки, получение шлама с хорошими структурно-механическими свойствами. Недостаток метода — повышенный расход металла и электроэнергии.

Электрофлотация. В этом процессе очистка сточных вод проходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. На аноде возникают пузырьки кислорода, а на катоде — водорода. При использовании растворимых электродов образуются хлопья коагулянтов и пузырьки газа, что способствует более эффективной флотации.

Основную роль при электрофлотации играют пузырьки, образующиеся на катоде. Размер пузырьков водорода значительно меньше, чем при других методах флотации. Диаметр пузырьков меняется от 20 до 100 мкм. Мелкие пузырьки водорода обладают большей растворимостью, чем крупные. Из пересыщенных газом растворов сточных вод мельчайшие пузырьки выделяются на поверхности частиц загрязнений, способствуя эффекту флотации. Оптимальное значение плотности тока 200. 260 А/м 2 , газосодержание — около 0,1%.

Рис. 11.9. Схемы электродиализа с пористыми диафрагмами (а) и ионитовыми мембранами (б)

Электродиализ. Диализ — метод разделения компонентов раствора, основанный на различной диффузии через мембрану. Процесс очистки сточных вод электродиализом основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран (рис. 11.9). Он обусловлен миграцией ионов через мембрану под действием приложенной разности потенциалов (элекгромиграцией).

Электродиализ используют для опреснения морской, речной и озерной воды, очистки промышленных стоков путем извлечения ионов.

Для обессоливания воды применяют гомогенные и гетерогенные мембраны. Гомогенные мембраны представляют собой порошок ионита, смешанный со связующим веществом. Мембраны должны обладать малым электрическим сопротивлением.

Электродиализ часто проводят с двумя ионообменными мембранами (катионитовой у катода и анионитовой у анода). В этом случае из среднего отделения, куда вводится раствор электролита, будут уходить как катионы, так и анионы. Этот вариант используют для очистки гидрозолей от примеси электролитов. При использовании электрохимически активных (ионообменных) диафрагм эффективность процесса повышается и снижается расход электроэнергии.

Основной недостаток электродиализа — концентрационная поляризация, приводящая к осаждению солей на поверхности мембран и снижению показателей очистки.

источник

Методы анализа. Выбор конкретного метода зависит от характера сточных вод анализируемых компонентов.

Гравиметрический – основан на определении массы вещества. В ходе анализа вещество отгоняется в виде какого-либо летучего соединения или осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения.. Осадок взвешивается в виде соединения строго определенного состава, весовая форма по составу совпадает с осаждаемой. По весу высушенного или прокаленного осадка вычисляется содержание определенного компонента в данном образце. Достоинства: высокая точность, отсутствие необходимости калибровки, простота.. Недостатки: значительный расход времени на выполнение анализа.

Титриметрический .Основан на точном измерении количества реактива израсходованного на реакцию с определенными веществами. Титрированный раствор – раствор, концентрация которого известна с высокой точностью. Титрование – прибавление титрованного раствора к анализируемому для точного определения эквивалентного количества. Момент титрирования – точка эквивалентности. Титрирующий раствор – титрант. Используются реакции кислотно-основного взаимодействия, удовлетворяющие требованиям, которые предъявляются к титрометрическим реакциям. Взаимодействие должно происходить полностью и с высокой скоростью. – Методы кислотно-основного взаимодействия связанны с процессом передачи протона – Методы осаждения основаны на реакциях образования малорастворимых соединений – Методы комлексообразования используют реакции образования координационных соединений — методы окисления-восстановления объединяют многочисленную группу окислительно-восстановительных реакций. Достоинства: быстрота выполнения, простота оборудования, удобство выполнения серийных анализов, большой набор химических реакций. Недостатки: необходимость предварительной стандартофикации растворов титранта и калибровки мерной посуды.

Фотометрический. Измеряет поглощение света раствором. Приборы: Источник света – светофильтр – кювета с раствором – детектор. Конструкция прибора зависит от области спектра применения. Излучение выбирают такое, что бы соединение имело мах светопоглощение, а примеси – min. Достоинства – широкая область применения, высокая чувствительность. Недостатки: калибровка аппаратуры, посуды.

Жесткость воды отражает содержание в ней ионов кальция и магния. Жесткость, обусловленная наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, называется временной, или карбонатной (Жвр). Жесткость, обусловленная хлоридами и сульфатами этих металлов, называется постоянной (Жп). Суммарная жесткость воды носит название общей жесткости. Жесткость воды (степень жесткости принято выражать в миллимолях ионов Са2+ или Mg2+ (или обоих ионов) в 1 дм3 или 1 кг воды – ммоль/дм3 или ммоль/кг. В технической литературе встречается единица измерения степени жесткости воды – мг экв/дм3 или мг-экв/кг. Зная, что молярные массы эквивалентов ионов Са2+ и Mg2+ соответственно равны 20,04 и 12,16 мг/дм3, можно рассчитать обжую жесткость воды (в ммоль/дм3): . Часто в расчетах жесткости используют формулу:

Содержание в питьевой воде большого количества растворимых солей магния и кальция не только ухудшает ее вкус, но и обуславливает жесткость воды. Жесткая вода неприменима в ряде отраслей промышленности, теплотехники и неблагоприятна при бытовом использовании. В ней труднее развиваются многие продукты, их питательная ценность уменьшается. Резко ухудшается моющая способность и возрастает расход мыла. Способствует развитию ряда заболеваний. Питьевая вода – жесткость не должна быть выше 7 ммоль/л.Один из методов устранения жесткости воды – введение соды (Na2CO3).

37. Виды сточных вод. Классификация производственных сточных вод. Сточные воды машиностроительных предприятий. Виды сточных вод. Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий, по своему составу могут быть разделены на 3 вида:

производственные – использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добычи полезных ископаемых.

бытовые – от санитарных узлов производственных и не производственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на территории, промышленных предприятий.

атмосферные – дождевые и оттаивание снега.

Производственные сточные воды делятся на 2 две основные категории:

незагрязненные (условно чистые)

Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на 3 группы:

загрязнённые преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, угледобывающей промышленности)

загрязнённые преимущественно органическими примесями (предприятия рыбной, мясной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности)

загрязнённые минеральными неорганическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, лёгкой промышленности)

Машиностроительные заводы характеризуются наличием ряда водоёмких производственных процессов, а следовательно, и образованием значительного количества, производственных сточных вод, которые в основном загрязняются отходами травильных и гальванических цехов и нефтепродуктами.

В гальванических цехах детали из металлов и сплавов подвергаются различным видам химической или электрохимической обработки. В начале поверхность изделий подвергается предварительной обработки: обезжириванию и травлению с применением различных растворов кислот, щелочей, солей металлов. Отработанные растворы травильных ванн образуют кислые и щелочные сточные воды. В каждом травильном отделение существует 2 вида сточных вод: концентрированные и разбавленные. Разбавленные являются промывными водами.

38.Методы очистки сточных вод. Механические методы применяются как первая стадия в общей схеме очистки сточных вод. Выбор механического метода очистки осуществляется с учётом размера взвешенных частиц. Механическая очистка состоит из:

процеживания через решётки

Химические методы обработки сточных вод основаны на применение химических реакций. В результате которых загрязнения превращаются в соединения безопаснее для потребителя или легко выделяются в виде осадков. В особую группу химических методов следует выделить хлорирование и озонирование сточных вод, содержащих органические примеси, а также цианиды и другие пахнущие не органические вещества. Хлорирование и озонирование наиболее часто применяют для доочистки и обезвреживания питьевой воды на городских водопроводных станция.

Физико-химические методы. В большинстве случаев использование физико-химических методов выделения загрязняющих веществ из сточных вод позволяет в дальнейшем рекуперацию.

Биологическая очистка. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов, связанных между собой единый комплекс сложными взаимоотношениями. Главенствующая роль в том сообществе принадлежит бактериям.

При термической очистке сжигают жидки отходы нефтепродуктов и других горючих веществ в печах и горелках.

источник

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9

Государственное бюджетное образовательное учреждение

«Иркутский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения Российской федерации

Методы Анализа сточных вод

Учебное пособие обсуждено на методическом совете фармацевтического факультета ИГМУ, рекомендовано к печати и использованию в учебном процессе на кафедре фармацевтической и токсикологической химии Иркутского государственного медицинского университета, протокол № 1 от 20.09. 2013 г.

Авторы: – д-р хим. наук, профессор, зав. каф. фармацевтической и токсикологической химии ГБОУ ВПО ИГМУ,

– канд. фарм. наук, доцент каф. фармацевтической и токсикологической химии ГБОУ ВПО ИГМУ.

— доктор фармацевтических наук, профессор, зав. каф. управления экономики фармации ГБОУ ВПО ИГМУ;

— доктор фармацевтических наук, профессор кафедры технологии лекарственных форм ГБОУ ВПО ИГМУ.

И44 Анализ сточных вод: учеб. пособие / , ; ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава РФ. – Иркутск, 2013. – 53 с.

В учебном пособии по основам экологии и охране природы изложены основы органолептических, физических и химических методов используемых в анализе сточных вод химико-фармацевтических предприятий.

Учебное пособие предназначено для студентов фармацевтического факультета.

Отбор проб сточных вод. Консервация. 3

Органолептические и некоторые физические методы анализа сточных вод. 3

Определение прозрачности. 3

Определение реакции среды (рН) 3

Определение температуры.. 3

Химические и физико-химические методы анализа сточных вод 3

Общее содержание примесей. Сухой остаток. Взвешенные вещества. 3

Биохимическое потребление кислорода. 3

Дихроматная окисляемость. 3

Перманганатная окисляемость. 3

Синтетические поверхностно-активные вещества. 3

Общее содержание азота (общий азот) 3

Тестовые задания по теме «методы Анализа сточных вод». 3

Рекомендуемая литература. 3

Учебное пособие по основам экологии и охране природы предназначено для студентов при подготовке в качества специалиста экологической лаборатории. В пособии приведены основные способы и методы анализа сточных вод химико-фармацевтических предприятий.

Пособие составлено в соответствии с программой по основам экологии и охраны природы для студентов 4 курса фармацевтического факультета.

Анализ сточных вод — одна из наиболее сложных областей аналитической химии (а по отношению к химико-фармацевтическим предприятиям — фармацевтической химии), так как исследование качественного и количественного состава сточных вод затрудняется вследствие: а) сложного состава сточных вод, б) широкого интервала концентраций примесей, в) изменения состава (нестабильность сточных вод во времени), г) малой концентрации загрязняющих веществ.

Для анализа сточных вод используются как классические методы химического анализа, так и современные физические и физико-химические методы:

-спектрофотометрия в видимой и УФ областях спектра;

-пламенная эмиссионная спектроскопия;

-атомно-абсорбционная и атомно-эмиссионная спектроскопия;

-рентгеноструктурный анализ и др.

Для анализа сточных вод используют также органолептические и некоторые физические показатели.

В экологических лабораториях химико-фармацевтических предприятий наиболее часто используют классические химические методы, фотоэлектроколориметрию, спектрофотометрию в УФ и видимой областях спектра, органолептические, физические и некоторые другие методы.

Первостепенными задачами в разработке методик определения отдельных компонентов и групп веществ, присутствующих в сточной воде-, остаются максимальная инструментализация и целесообразная автоматизация работ, а также внедрение экспрессных тест-систем.

В последние годы для наблюдения за состоянием гидросферы все чаще применяются дистанционные методы с использованием авиации, аппаратуры спутников и околоземных космических станций.

Отбор проб сточных вод. Консервация

Результаты анализа сточной воды будут правильными только в том случае, если проба для анализа отобрана верно. Место отбора проб выбирается в зависимости от цели контроля, характера выпуска сточных вод, а также в соответствии с технологической схемой канализации.

К местам отбора проб должен быть свободный доступ. При отборе проб сточных вод с помощью автоматических пробоотборников доступ к ним посторонних лиц должен быть исключен. Способ отбора пробы сточной воды зависит от цели, которая ставится перед исследователем.

Состав сточной воды обычно сильно колеблется и всецело зависит от технологического процесса производства, поэтому перед отбором пробы необходимо подробно изучить этот процесс и брать средние или сред непропорциональные пробы в течение суток или нескольких суток в зависимости от условий спуска сточных вод, так как некоторые цеха спускают сточные воды не ежедневно и нерегулярно.

Если количество спускаемой воды более или менее постоянно, можно ограничиться только средними пробами. При нерегулярном спуске сточной воды составляют среднепропорциональные пробы, т. е. отбирают порции, пропорциональные объемам спускаемой сточной воды. И средние, и средне-пропорциональные пробы обычно берут в течение суток, сливая отдельные порции в большие, чисто вымытые бутыли. По истечении суток содержимое бутыли тщательно перемешивают и для анализа отливают часть жидкости (1—3 л) в чисто вымытую посуду. Если количество спускаемой воды непостоянно и ее спускают только в известные промежутки времени, это надо обязательно учитывать и согласовывать время и способы отбора проб с течением технологического процесса.

Для характеристики изменения состава воды отдельных стоков в различное время дня надо отбирать разовые пробы и определять в них отдельные компоненты, характерные для данного стока. Такие пробы следует брать через одинаковые промежутки времени, например через 1 ч, 2 ч, а иногда и через несколько минут (в зависимости от цели исследования) и тотчас же проводить анализ отобранной пробы.

Таким образом, различают простую и смешанную пробы. Простая проба характеризует состав воды в данный момент времени в данном месте.

Смешанная проба характеризует средний состав воды за определенный промежуток времени в определенном объеме. Как было указано выше, ее получают смешением простых проб, взятых в одном и том же месте через определенные промежутки времени (усреднение по времени).

При проведении массовых анализов различают среднесменную, среднесуточную и среднепропорциональную суточные пробы. Среднесменная или среднесуточная проба готовится смешением равных по объему проб через равные промежутки времени. Среднепропорциональная проба готовится смешением объемов воды, пропорциональных объемам спускаемой сточной воды, отобранных через равные промежутки времени.

Сроки отбора проб должны устанавливаться с учетом режима расхода и состава сточных вод данного производства. Доступ к точкам сброса (колодцам) имеется на предприятии или за его пределами.

Для отбора сточных вод применяют устройства различного типа, которые должны обеспечивать сохранение химического состава исследуемой воды и гарантировать исключение элементов случайности при отборе проб. В качестве пробоотборных сосудов используют химически стойкие к исследуемой сточной воде стеклянные, фарфоровые и пластмассовые сосуды (с притертыми или плотно навинчивающимися крышками) вместимостью, обеспечивающей определение всех исследуемых компонентов. При использовании автоматического анализатора должны быть применены стационарные автоматические пробоотборники. Стеклянную посуду моют и обеззараживают хромовой смесью, тщательно отмывают от кислоты и пропаривают. Полиэтиленовую посуду споласкивают смесью ацетона и хлороводородной кислоты (1:1), несколько раз водопроводной водой, а затем дистиллированной.

Консервация. При длительном стоянии отобранной для, анализа пробы могут произойти существенные изменения в составе предназначенной для анализа воды, связанные с протеканием химических, физико-химических и биохимических процессов. Могут изменяться и органолептические свойства воды — запах, цвет, мутность, поэтому, если нельзя начать анализ воды сразу или в крайнем случае через 4 ч после отбора пробы, нужно консервировать пробу для стабилизации ее химического состава.

Универсального консервирующего средства не существует, поэтому пробы для анализа отбирают в несколько бутылей. В каждой из них на. месте отбора воду консервируют, добавляя различные консерванты, в зависимости от определяемого компонента.

Способы консервации и сроки анализа проб воды для некоторых показателей качества представлены в табл. 1. Как следует из табл. 1, для определения некоторых показателей качества воды консервирование не допускается, например, при определении органолептических показателей (запах, цветность), а также рН, кислотности, хлоридов, сульфатов, активного хлора. Для многих показателей рекомендуется консервировать или охлаждать пробу. Охлаждение пробы до 4 °С приводит к замедлению биохимических процессов в про бах воды и, следовательно, к замедлению разрушения многих органических веществ.

Пробы для определения запаха, кислотности, ВПК, нефтепродуктов, фенолов отбирают в стеклянные бутыли.

источник

В настоящее время приняты более строгие законы по охране окружающей среды, и власти чаще проводят проверки их выполнения, что отражает озабоченность общества этими вопросами.

В связи с этим сточные воды разрешается сбрасывать в канализационные системы только в том случае, если значение pH для них не превышает законодательно установленных значений.

Двуокись углерода все шире используется для нейтрализации щелочных сточных вод. При растворении двуокиси углерода в воде образуется угольная кислота. Применение двуокиси углерода обладает многими преимуществами по сравнению с использованием минеральных кислот, при этом предотвращается избыточное накопление таких солей, как хлориды, сульфаты и т.д. Кроме того, благодаря пологой кривой нейтрализации с помощью двуокиси углерода, оказывается практически невозможным избыточное подкисление сточных вод.

Двуокись углерода также намного безопаснее в использовании, чем очень едкие кислоты, в связи с этим почти полностью устраняются проблемы с коррозией.
На рисунке справа показана передвижная система нейтрализации компании Linde.

Щелочные сточные воды образуются в следующих отраслях промышленности:

Производство напитков (мытье повторно используемых бутылок)
Молочные заводы, бойни и мясоперерабатывающие заводы
Хлебобулочная и кондитерская промышленность
Нанесение гальванических покрытий (обработка поверхности металлов)
Целлюлозно-бумажная промышленность
Кожевенная промышленность
Текстильная промышленность
Предприятия химической чистки и крашения
Производство цемента и бетона
Фотохимическая промышленность и т.д.
Строительная промышленность

Преимущества нейтрализации сточных вод с использованием CO2:

Двуокись углерода является компонентом природной воды, а минеральные кислоты – нет
Не требуется вносить плату за избыточные концентрации солей
Увеличение срока службы вследствие уменьшения коррозии
Отсутствие опасности слишком сильного подкисления
Не требуется много места и не предъявляются высокие требования к персоналу
Низкие затраты на техническое обслуживание
Низкие затраты на эксплуатацию

Процесс SOLVOCARB® для впрыскивания двуокиси углерода в воду:

Двуокись углерода подается через аэрационные шланги с очень маленькими отверстиями

Двуокись углерода поступает через форсунки со сферическими головками

Двуокись углерода подается с помощью специальных реакторов.

Процесс SOLVOX® усиливает аэрацию посредством нагнетания в сточные воды чистого кислорода. Это существенно повышает эффективность действия установок очистки сточных вод.
Процесс SOLVOX® используется для нагнетания чистого кислорода в баки с активным илом

SOLVOX®-B (Нагнетание кислорода с использованием перфорированных шлангов)
SOLVOX®-I (Нагнетание кислорода с использованием систем форсунок)
SOLVOX®-R (Нагнетание кислорода с использованием реакторов)

На фото — форсунка SOLVOX®-I:

Таким образом нейтрализацию можно разделить на 3 основных способа:

· Взаимная нейтрализация щелочных и кислых сточных вод

· Нейтрализация кислыми газами (CO_{2 ,} NO₂ )

В условиях НПЗ могут быть взаимно нейтрализованы сточные воды, содержащие кислоту и щёлочь. Позволяет предотвратить коррозию водоотводящих сетей и очистных сооружений.

Фильтрующие материалы: CaCO₃ известняк, доломит

CaCO₃. MgCO₃ , MgCO₃ магнезит, алюмосиликаты, бетонитовые глины, цеолиты и др.

также бруситовая руда Mg(OH)₂

для нейтрализации кислых СВ, удаления тяжёлых Ме

схема блока реагентной нейтрализации на предприятиях гальванического производства:

Данный метод используется для очистки СВ от тяжёлых металлов (катионов, которые токсичней, чем комплексные формы и гидратированные ионы).

Полноценное извлечение ионов тяжёлых металлов из сточных вод и отработанных технологических растворов объясняется не только необходимостью защиты ОС, но и ценностью самих металлов.

Технологическая схема очистки хромсодержащих сточных вод приведена на рис. 2.1(в дополнительны материалах). Очистка хромсодержащих стоков осуществляется в две ступени. Хромсодержащие сточные воды самотеком поступают на усреднитель У, откуда насосами подаются в реакторы Р1 и Р2, установленные на первом этаже станции. Первая ступень – восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного бисульфитом аммония (при добавлении серной кислоты) в кислой среде при рН= 2.5:

Процесс автоматизирован: при наполнении бака и подаче сжатого воздуха, по сигналу датчика рН-метра (в настоящее время рН измеряется вручную) открывается вентиль подачи кислоты. При рН=2.5 вентиль закрывается. По сигналу датчика, сигнализирующего наличие хрома (VI) в баке, открывается вентиль подачи бисульфита аммония. Реакция идет при перемешивании (мешалкой), цикл составляет 45 мин. При концентрации хрома (VI) в баке равной 0.1 мг/л, вентиль закрывается и сток со станции очистки самотеком поступает в приемную камеру насосной станции, где происходит предварительное его смешение с кисло-щелочными стоками.

Вторая ступень – перевод ионов трехвалентного хрома в гидроксид хрома с последующим его осаждением. Из реакторов сточная вода поступает в камеру реакции и смешения К, куда после смешения с кисло-щелочными и циансодержащими сточными водами и 15-ти минутного перемешивания воздухом подается известковое молоко (при рН стока не меньше 8.5):

Cr ₂ (SO₄ )₃ + 3Ca(OH)₂ = 2Cr(OH)₃ + 3CaSО₄

Обезвреженные сточные воды из камеры смешения и реакциии самотеком поступают в отстойник О, куда для ускорения осаждения подается 0.1% раствор полиакриламида. После часового отстаивания вода поступают в горколлектор на доочистку, а осадок через донные клапаны насосом подается в шламоуплотнитель Ш. Шлам со шламоуплотнителя подается на фильтр-пресс ФП. Фильтрация идет до тех пор, пока не перестанет идти фильтрат, который подается обратно в камеру смешения и реакции. Отфильтрованный осадок легко отделяется от фильтроткани отдувкой воздухом и выгружается машинистами в поддоны, а затем увозят автопогрузчиком (см. рис. 2.1.) [69,70]. Количество шлама около 7 — 8 т/сут. Состав основного оборудования для очистки сточных вод станции нейтрализации площадки «А» приведен в табл. 2.2. Показатели очистки хромсодержащих сточных вод приведены в табл. 2.3:

Показатели очистки хромсодержащих сточных вод по

технологической схеме (рис 2.1).

В настоящее время электрохимические методы выделения тяжелых цветных металлов из сточных вод гальванопроизводства находят все более широкое применение. К ним относятся процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа [6, 13 — 15]. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через раствор постоянного электрического тока.

Проведенные исследования по очистке сточных вод гальванического производства в условиях электрохимической неравновесности установили, что восстановительные процессы в сточых водах протекают при взаимодействии сольватированных электронов с гидратированными и связанными в комплексные соединения ионами металлов. Показано, что содержание Zn,Cu,Cd,Mo,Co в сточных водах после обработки в условиях электрохимической неравномерности не превышает, а в ряде случаев значительно ниже ПДК

Метод наиболее пригоден для выделения хрома. Сущность метода заключается в восстановлении Cr(VI) до Cr(III) в процессе электролиза с использованием растворимых стальных электродов. При прохождении растворов через межэлектродное пространство происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.

Суть протекающих при этом процессов заключается в

следующем: при протекании постоянного электрического тока через хромсодержащие растворы гальваношламов, анод подвергается электролитическому растворению с образованием ионов Fe, которые, с одной стороны, являются эффективными восстановителями для ионов хрома (VI), с другой — коагулянтами:

Cr ₂ O₇ 2- + 6Fe 2+ 6Fe 2+ + 2Cr 3+

На катоде выделяется газообразный водород, что ведет к

выщелачиванию раствора и созданию таким образом условий для выделения гидроксидов примесных металлов, также происходит процесс электрохимического восстановления по реакциям:

2H + + 2e H₂

Cr₂ O₇ 2- + 14H + 2Cr 3+ + 7H₂ O

Находящиеся в растворе ионы Fe +3 , Fe 2+ ,Cr +3 гидратируют с образованием гидроксидов Fe(OH)₃ ,Fe(OH)₂ ,Cr(OH)₃ . Образующиеся гидроксиды железа являются хорошими коллекторами для осаждения гидроксидов примесных металлов и адсорбентами для других металлов.

Электрокоагуляторы внедрены на ряде предприятий. Разработчики: электрокоагуляционная установка (ЦНТИ, Петропавловск-Камчатский); установка “Лоста” (НИЦ “Потенциал”, Ровно); напорный электрокоагулятор “Эко” (трест “Цветводоочистка”, Екатеринбург); электрокоагулятор (НИИ “Стрела”, Тула); электрокоагулятор (ЦНИИСТ, Севастополь),ОАО “Диод” (Владимир) и др.

Электрокоагуляционная установка на ОАО “Диод” состоит из трехсекционной гальванической ванны, выпрямителя ВАКР-1600-12У4 и промежуточной емкости с двумя насосами для откачки обезвреженных стоков на отстойник. По мере пропускания постоянного тока через сточные воды в электролизной ванне в железными электродами происходит анодое растворение электродов, образующиеся при этом ионы 2-х валентного железа восстанавливают ионы хрома шестивалентного до трехвалентного. Одновременно происходит гидролиз ионов железа и вторичных соединений с образованием нерастворимых гидроксидов Fe(OH)₂ ,Fe(OH)₃ ,Cr(OH)₃ и др. Процесс является неперерывным, под напряжением 12В и плотности тока 0.5 – 1 А/дм 2 . Фильтрация сточной воды производится на нутч-фильтре.

1) Очистка до требований ПДК от соединений Cr (VI).

2) Высокая производительность.

4) Малые занимаемые площади.

5) Малая чувствительность к изменениям параметров

6) Получение шлама с хорошими структурно-механическими

1) Не достигается ПДК при сбросе в водоемы рыбохозяйственного назначения.

2) Значительный расход электроэнергии.

3) Значительный расход металлических растворимых

5) Невозможность извлечения из шлама тяжелых

металлов из-за высокого содержания железа.

6) Невозможность возврата воды в оборотный цикл

из-за повышенного солесодержания.

7) Потребность в значительных площадях для шламоотвалов.

8) Необходимость предварительного разбавления стоков до

суммарной концентрации ионов тяжелых металлов 100 мг/л.

В процессах электрохимическое окисление протекает на положительном электроде — аноде, которому ионы отдают электроны. Вещества, находящиеся в сточных водах, полностью распадаются с образованием более простых и нетоксичных веществ, которые можно удалять другими методами. В качестве анодов используют различные электрически нерастворимые вещества: графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца и рутения, которые наносят на титановую основу. Катоды изготавливают из молибдена, сплава железа с вольфрамом, сплава вольфрама с никелем, из графита, нержавеющей стали и других металлов, покрытых молибденом, вольфрамом или их сплавами. Метод используется на многих предприятиях.

Применению электролиза до последнего времени препятствовала низкая производительность аппаратов с плоскими электродами. Перспективы решения этой проблемы открылись с разработкой и внедрением в практику достаточно простых и надежных электролизеров с проточными объемно-пористыми волокнистыми электродами. Они позволяют ускорить процесс извлечения металлов более чем в 100 раз за счет высокой удельной поверхности и повышенного коэффициента массопередачи (до 0.05 – 0.1 м 3 /с). Применяются и другие типы аппаратов с развитой электродной поверхностью, например псевдоожиженного типа, разрабатываемые в Киеве и Санкт-Петербурге.

Работы в этом направлении также требуют дальнейшего развития: поиск путей увеличения доступной электролизу внутренней поверхности электродов; оптимизация стадии регенерации осажденного металла и анодных процессов; разработка более компактных, дешевых и экономичных электролизеров, а также стойких и дешевых анодных материалов.

Разработаны электролизеры типа Э-ЭУК, Е-91А, ЭПУ (ВПТИЭМП), модуль — МОПВ (НИТИАП, Нижний Новгород), регенераторы (ЦМИ “Контакт”, Пермь).

В США разработана конструкция электролизера для извлечения тяжелых металлов, в котором однородный поток мельчайших пузырьков воздуха, направленный перпендикулярно поверхности катода, разрушает примыкающий к катоду диффузный слой электролита. Это резко улучшает массообмен в электролите и повышает выход по току. Также в США широко используется электролизер, оборудованный биполярными электродами из углеродистой стали. Расход электроэнергии составляет 10 кВт на 1 кг тяжелых металлов. При содержании тяжелых металлов более 50 мг/л электрохимическая обработка осуществляется в несколько стадий. Концентрация вредных примесей тяжелых металлов после очистки не превышает по каждому из них 0.05 мг/л.

В Днепропетровском химико-технологическом институте предложено сточные воды обрабатывать в электролизере с растворимым анодом из пористого титана в присутствии замещенного амида иминосульфиновой кислоты формулы C₆ H₅ S(=NSO₂ C₆ H₅ )NHSO₂ C₆ H₅ .Размеры пор пористого титана 20 – 300 мкм, общая пористость 20 – 40 % .

Приведена схема одноступенчатой электролитической установки для удаления тяжелых металлов (удаление 90% металлических ионов) из сточных вод. В бездиафрагменном электролизере используются 2 насыпных катода, между которыми расположен пластинчатый анод. Катод состоит из гранул, изготовленных из материала, который плохо сцепляется с осаждаемыми металлами и поэтому осаждаемый металл выпадает на дно в виде порошка.

2) Незначительный расход реагентов.

4) Малые площади, занимаемые оборудованием.

5) Возможность извлечения металлов из концентрированных

1) Не обеспечивает достижение ПДК при сбросе в водоемы рыбохозяйственного назначения.

2) Аноды из дефицитного материала.

3) Неэкономичность очистки разбавленных стоков

Метод внедрен на ряде предприятий. Разработчики: “Гипроцветметобработка”, “Казмеханобр”. Изготовители: Востокмашзавод (Усть-Каменогорск), Бердичевский машиностроительный завод и др.

На предприятии “Казмеханобр” испытан

гальванокоагуляционный аппарат типа КБ-1 производительностью 50-100 м 3 /сут для очистки сточных вод.

1) Очистка до требований ПДК от соединений Cr(VI).

2) В качестве реагента используются отходы железа.

4) Низкие эксплуатационные затраты.

5) Значительное снижение концентрации сульфат-ионов.

6) Высокая скорость процесса

1) Не достигается ПДК при сбросе в водоемы рыбохозяйственного назначения.

2) Высокая трудоемкость при смене загрузки.

3) Необходимость больших избытков реагента (железа).

4) Большие количества осадка и сложность его

При электроокислении сточные воды пропускаются через электролизер, в котором происходит электрохимическое окисление органических примесей на нерастворимом аноде. Например, фенол окисляется на аноде до оксида углерода и малеиновой кислоты:

Метод электрохимического восстановления с применением нерастворимых электродов особенно эффективен для обезвреживания хромсодержащих сточных вод с большими концентрациями Cr6+ (более 2 г/литр). Катодное восстановление металлов происходит по схеме:

При этом металлы осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы. При использовании метода электрохимического восстановления можно снизит концентрацию хрома в сточных водах на 3 порядка.

Наиболее широко для выделения металлов из промышленных сточных вод применяются следующие виды катодов:

Пористые, объемно-насыпные проточные, плоские пластины с инертной загрузкой

Процесс удаления из раствора ионов растворённых веществ путём избирательного их переноса через мембраны, селективные к этим ионам, в поле постоянного тока. Движущей силой процесса является градиент электрического потенциала.

При наложении постоянного эл. поля на р-р возникает направленное движение ионов солей и Н + и ОН — . Катионы к катоду, анионы к аноду. Если р-р разделить на секции с помощью спец. мембран, проницаемых только для катионов или только для анионов, то катионы, например, будут свободно будут свободно проходить через эту катионитовую мембрану, т.о. р-р разделится на Н₂ О и концентрированные р-ры. При использовании проницаемых для ионов неселективных мембран можно разделять электролиты и неэлектролиты.

Матрица анионообменной мембраны имеет катионные группы. Заряд катионов нейтрализован зарядом подвижных анионов, находящихся в порах мембраны. Анионы раствора электролита могут внедряться в матрицу мембраны и замещать первоначально присутствующие в ней анионы. Проникновению в мембрану катионов препятствуют силы отталкивания их фиксированными в матрице мембраны катионами.

На электродах протекает процесс электролиза. В многокамерном аппарате неизбежные непроизводительные затраты электроэнергии, обусловленные этим процессом, распределяются на большое число камер. Поэтому в расчете на единицу продукции эти затраты сводятся к минимуму.

Процесс электродиализа реже применяется в промышленности, чем процессы обратного осмоса и ультрафильтрации, так как применяя электродиализ возможно удалять из раствора только ионы. Наиболее широко электродиализные установки применяются для опреснения морской воды при получении питьевой и/или технической воды. Но чаще процесс электродиализа применяют для очистки воды, содержание растворенных солей в которой составляет примерно 10 г/л. В этом случае процесс электродиализа является более экономичным по сравнению с обратным осмосом или выпариванием. При помощи электродиализа можно получать растворы солей со сравнительно высокой концентрацией. Благодаря этой особенности рассматриваемого процесса электродиализ применяется также при производстве поваренной соли и других солей из морской воды. Электродиализ применяется также для предочистки воды для теплоэнергетических установок.

Применяется для обессоливания сточных вод гальванического производств (гальванических стоков). Также мембранный электролиз используется для концентрирования сточных вод, содержащих ценные компоненты (например, драгоценные металлы), перед последующим извлечением этих компонентов. По сравнению с обратным осмосом электродиализ имеет то преимущество, что позволяет использовать термически и химически более стойкие мембраны, поэтому процесс электродиализа может осуществляться при повышенных температурах, а также при очень малых или наоборот больших значениях pH раствора. Ограничением в применении электродиализа для очистки стоков гальванического производства является невозможность удалить незаряженные компоненты, которые также присутствуют в сточных водах.

В результате анализа научно-технической и патентной литературы становится очевидно, что не существует универсального, т.е. эффективного и дешевого метода очистки промышленных сточных вод.

Наиболее широко применяемый реагентный метод, достаточно прост и дешев, однако не решает проблему утилизации ценных компонентов, которые безвозвратно теряются с осадками. В результате чего почвы загрязняются токсичными шламами. Кроме того, метод не обеспечивает необходимого качества очистки сточных вод, предполагая направлять стоки на доочистку в городской коллектор, причиняя немалый ущерб окружающей среде и подрывая бюджет предприятия.

ХПК – 1) выражает количество кислорода, необходимое для полного химического окисления органических веществ загрязнений в СВ, мг/л. «Сhemical oxyden demand» (COD) Присутствующие в воде органические соединения могут претерпевать не только аэробное биохимическое окисление в результате жизнедеятельности бактерий, используемое при определении БПК. При наличии в пробе воды сильных окислителей и соответствующих условий протекают химические реакции окисления органических веществ, причем характеристикой процесса химического окисления, а также мерой содержания в пробе органических веществ является потребление в реакции кислорода, химически связанного в окислителях. Показатель, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ по количеству израсходованного на окисление химически связанного кислорода, называется химическим потреблением кислорода (ХПК) .

БПК – количество кислорода в миллиграммах, требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях, без доступа света, при 20°С, за определенный период в результате протекающих в воде биохимических процессов.

БПК — количество кислорода, необходимое для окисления органических веществ в естественных условиях до полной их минерализации.

Особенностью биохимического окисления органических веществ в воде является сопутствующий ему процесс нитрификации, искажающий характер потребления кислорода

Нитрификация протекает под воздействием особых нитрифицирующих бактерий – Nitrozomonas, Nitrobacter и др. Эти бактерии обеспечивают окисление азотсодержащих соединений, которые обычно присутствуют в загрязненных природных и некоторых сточных водах, и тем самым способствуют превращению азота сначала из аммонийной в нитритную, а затем и нитратную формы. Соответствующие процессы описываются уравнениями:

где: Q – энергия, высвобождающаяся при реакциях.

Рекомендуемые реагенты при реагентной очистке и количества:

Концентрация загряз- няющих веществ, мг/л

анионного флокулянта по активному полимеру

катионного флокулянта по активному полимеру

Нефтеперерабаты- вающих заводов,

или без, катионные флокулянты

Машиностроитель- ных, коксохими- ческих заводов

Соли Al или Fe с анионным флоку- лянтом или без, катионные флокулянты

ленности, шерсто- мойных фабрик,

заводов металло- обрабатывающих,

Бумажных и кар- тонных фабрик

П р и м е ч а н и е. Дозы реагентов приведены по товарному продукту, флокулянтов — по активному полимеру, за исключением: * — по Аl₂ О₃ , ** — по FeSO₄ , *** — по FeCl₃ .

Более подробное описание катализаторов для окисления СЩС кислородом воздуха.

Предшествующее поколение катализаторов, применявшихся в процессе окисления сернистых соединений в жидких средах, представляло собой, как правило, гомогенные соединения, в состав которых входили высокотоксичные вещества, включающие мышьяк, хиноны, ионы тяжелых металлов, которые вызывали в свою очередь вторичное загрязнение очищаемой среды.

В настоящее наиболее перспективными для очистки сернисто-щелочных сточных вод специалисты считают гетерогенные катализаторы, в которых активной основой являются металлоорганические комплексы переменной валентности, а в качестве носителя выступает полиэтилен. Подобные катализаторы разрабатывают, в частности, в НПО «Катализ».

Синтез осуществляется путем иммобилизации металлоорганических комплексов переходных металлов, обратимо связывающих молекулярный кислород на поверхности полимера – полиэтилена, полипропилена, – которые регулируют силу поля лигандов и окислительно-восстановительный потенциал поверхности катализатора. При этом происходит закрепление на жесткой непористой поверхности полимера комплексов металлов переменной валентности, особенно первого переходного в низких степенях окисления – Mn (II), Fe (II), Co (II), Ni (II), Cu (II), которые способны в водных растворах проводить активацию координированного молекулярного кислорода, поставлять в реакционную среду супероксид-ионы – О₂ — и О 2- или пероксид-ионы О₂ 2- и обеспечивать тем самым окисление субстратов в кинетически выгодных условиях.

Важнейшей стадией окисления Н₂ S и RSH является образование тройных комплексов [Kt… анионная форма субстрата (А n- ) . O₂ ], в которых происходит взаимная активация кислорода и субстрата по отношению друг к другу. Участие ионов металлов переменной валентности в координационной сфере катализатора делает возможным реализовать запрещенный по синтезу процесс прямого взаимодействия триплетного кислорода с молекулой субстрата, находящейся в основном в синглетном состоянии. Наблюдается реализация прямого двухэлектронного восстановления кислорода. Активность каталитической системы [Me n+ . А n- . О₂ ] настолько велика, что кислород в этом случае выступает в качестве одного из самых активных окислителей.

Катализаторы на полимерном носителе отличаются хорошими техническими характеристиками: высокой каталитической активностью в широком интервале концентраций сернистых соединений при температуре процесса 60-90º С, механической прочностью, химической и гидролитической стойкостью, устойчивостью к каталитическим ядам, стабильность работы в течение 2-5 лет.

Полимерный катализатор имеет форму гранул неправильной формы размером 15-20 мм и размещается в колонне окисления секционно, выполняя, таким образом, роль насадки, способствующей интенсификации массообменного процесса. Каждая секция заполняется катализатором на 75% объема, что необходимо для свободного движения катализатора внутри секции в процессе работы. Процесс осуществляется в условиях «кипения» катализатора.

Для монтажа реактора окисления может быть использовано имеющееся резервное колонно-емкостное оборудование достаточной вместимости. которое удовлетворяет условиям ведения процесса. В результате эксплуатации промышленной установки не происходит увеличения скорости коррозии колонного оборудования ни в целом, ни в местах контакта металлических конструкций с катализатором.

Эффективность процесса по сероводороду составляет не менее 99-100%, по меркаптанам – 95-99%. При совместном присутствии сульфидов и меркаптанов снижения скорости окисления не наблюдается. Окисление проходит до нетоксичных сернистых соединений – тиосульфатов и сульфатов. Меркаптаны окисляются до сульфоксида и сульфоновых кислот. Отдувка сероводорода и меркаптанов отходящим воздухом при рН менее 9 составляет не более 0,5%, при рН более 9 – практически отсутствует.

1. «Нормирование содержания вредных веществ в водных объектах и поступающих в них сточных водах», методическое пособие, РГУ, кафедра пром. безопасности, Л.В. Столярова 1999

2. «Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод и обработка осадков» Афанасьева А.Ф. , Сирота М.Н., Савельева Л.С. , Эпов А.Н. 1997 изд. «Изограф»

3. «Сточные воды НПЗ и нефтепромыслов» под ред. Ю.Д. Лебедева, Т.Е. Нагибиной, И.Л. Монгайт, выпуск V, 1960 гос. изд. мед. лит.

4. «Экология нг комплекса» учебное пособие в 2 томах, Бухгалтер Э.Б., Мкртычан В.Р., Том 1 ; изд. «нефть и газ» 2003

5. «Технологии очистки сточных вод» РГУ, пособие, 1997, Е.А. Мазлова

6. «Канализация», V издание, С.В. Яковлев, Я. А Карелин, А. И. Жуков, С. К. Колобанов, Стройиздат; 1975, раздел: химическая очистка производственных сточных вод.

7. Орлов В.А. «Озонирование воды» Стройиздат, 1984

Фото и схемы: сайты компаний и предприятий по очистке сточных вод:

нейтрализация сточных вод, описание принципа работы установки, фото.

· http://www.vkk-pumps.ru/rbsv.htm — схема блока по нейтрализации.

· http://www.linde-gas.ru/international/web/lg/ru/like35lgru.nsf/docbyalias/ind_neutralisation — нейтрализация с помощью СО₂ .

· http://www.water.ru/catalog/el-di_faq.shtml — схема процесса элетродиализа.

Журналы, статьи (в чит. зале):

· Экология и промышленность России 2008, выпуск за ноябрь(№11) стр. 4-6 (очистка реагентным методом) ; также за этот год выпуски №7,2,6,1

· Экология и промышленность России 2010 №2,4,7

· Экология производства 2010 № 6,4,5,1 ; 2009 №4; 2008 №5,1

· Инженерная экология 2010 №3 /гидроэкология

· Технологии нефти и газа 2010 №2

· Вода и экология 2008 №1,2 2009 № 1,4

· Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе 2009 №1 2008 №2,8

источник