Окисление

Метод используется для обезвреживания стоков, содержащих токсичные соединения (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод или очищать другими методами: стоки участков гальванических покрытий в машиностроении и приборостроении; стоки производств переработки свинцово-цинковых и медных руд в горнодобывающей промышленности; стоки цехов варки целлюлозы в целлюлозобумажной промышленности и т.п.

При очистке стоков используют окислители: хлор, гипохлорат кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, кислород воздуха и технический кислород. Реже применяют пероксид водорода, оксиды марганца, перманганат и бихромат калия.

Окисление активным хлором – один из наиболее распространенных способов очистки стоков от ядовитых цианидов, сероводорода; содержание цианидов в стоках может достигать 100 мг/л и более, и это требует их очистки перед подачей на биологическую очистку или перед выпуском в водоём.

Так, окисление ядовитых цианид-ионов СN^- производится переводом их в нетоксичные цианиты CNO^-, которые гидролизуются с образованием ионов аммония и карбонатов:

CN^- + 2OH^- - 2e → CNO^- + 2H₂O ,

CNO^- + 2H₂O → NH₄⁺ + CO₃^2- .

Окисление цианидов хлором можно проводить только в щелочной среде (рН ≥ 9…10) образующиеся цианиты можно окислить до элементарного азота и диоксида углерода:

CN^- + 2OH^- - Cl₂ → CNO^- + 2Cl^- + 2H₂O ,

2CNO^- + 4OH^- + 3Cl₂ → 2CO₂↑ +6Cl^- + N₂↑ +2H₂O.

При снижении рН происходит прямое хлорирование цианида с образованием токсического хлорциана:

CN^- + Cl₂ → CNCl + Cl^-.

При наличии в стоках аммиака, аммонийных солей или органических веществ, содержащих аминогруппы, хлор, хлорватистая кислота и гипохлориты вступают с ними в реакцию, образуя моно – и дихлорамины и трёххлористый азот:

NH₃ + HOCl → NH₂Cl + H₂O,

NH₂Cl + HOCl → NHCl₂ + H₂O,

NHCl₂ + HOCl → NCl₃ + H₂O.

Окисление кислородом воздуха используется для окисления сульфидных стоков и стоков нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Окисление гидросульфидной и сульфидной серы протекает через ряд стадий:

S^2- → S → S_nO₈^2- → S₂O₃^- → SO₃^- → SO₄^2- .

При этом сера изменяет свою валентность с –2 до +6. Если рН = 7…13,75, то продуктом окисления сероводорода, гидросульфида сульфита является тиосульфат.

Разрушение сульфидных соединений можно осуществлять диоксидом углерода, содержащимся в дымовых газах, при этом образование карбонатов происходит следующим образом:

Na₂S + CO₂ + H₂O → Na₂CO₃ + H₂S ,

2NaHS + CO₂ + H₂O → Na₂CO₃ + 2H₂S.

Выделяющийся сероводород – сырьё для получения серной кислоты.

Озонирование. Озон способен разрушить (обезвредить) в водных растворах при нормальной температуре многие органические (неорганические) вещества, его преимущество в том, что его можно получить

непосредственно на очистной станции (посредством тихого электрического разряда в газовой среде) из технического кислорода или кислорода атмосферного воздуха.

Так, уже упомянутые ядовитые цианид-ионы под воздействием озона окисляются в нетоксичные цианит-ионы:

CN^- + O₃ = CNO^- + O₂ .

Принципиальная технологическая схема озонирования стоков состоит из двух основных узлов: получение озона и очистка сточных вод.

Озон и его водные растворы чрезвычайно коррозионны. Наиболее устойчивые материалы: нержавеющая сталь и алюминий.

Озонирование эффективно при очистке стоков от фенолов, цикло-пентана, циклогексана, тетраэтилсвинца, цианидов, крезолов, поверхностно-активных веществ. Процесс озонирования можно интенсифицировать совместным воздействием озона и ультразвука или озона и УФ-излучения.

Электрохимическое окисление. В его основе лежат анодное окисление и катодное восстановление. На аноде (графит, магнетит, диоксиды свинца, магния, рутения, нанесённые на титановую основу) в зависимости от солевого состава стоков и условий электролиза выделяются кислород и галогены, окисляются некоторые органические вещества. На катоде (свинец, цинк, легированная сталь) происходит выделение газообразного водорода и восстановление некоторых органических веществ.

Опыт применения электрохимических методов для очистки стоков показал их высокую эффективность при удалении фенолов, цианидов, нитросоединений, сульфидов, аминов, кетонов, альдегидов, спиртов.

Для снижения расхода электроэнергии и интенсификации окисления в сточные воды добавляют минеральные соли, обычно NаCl, который разлагается с выделением на аноде атомов хлора, участвующих в процессе окисления, например:

2Cl^- - 2e → Cl₂

,

Cl₂ + CN^- + 2OH^- → CNO^- + 2Cl^- + 2H₂O.

Основные параметры процесса: плотность тока до 100 А/м²; объёмная плотность тока до 3 А/л; количество вводимого хлорида натрия 5…10 г/л.

Радиационное окисление органических и минеральных веществ в сточных водах происходит за счёт реакции этих веществ с продуктами радиолиза воды: OH^- , HO^- (в присутствии кислорода), Н₂О₂, Н⁺. В ка

честве источников излучения могут быть использованы радиоактивные кобальт и цезий, тепловыделяющие элементы (твэлы), радиационные контуры, ускорители электронов. Имеется лабораторный опыт очистки стоков от фенолов, цианидов, красителей, инсектицидов, поверхностно-активных веществ.

Радиационное окисление примесей в стоках – перспективный метод. В практике очистка стоков пока широко не используется из-за сложного аппаратурного оформления и больших затрат.