Metodi di trattamento delle acque reflue ossidative

Metodo di trattamento delle acque reflue ossidative

Il metodo ossidativo è utilizzato nel trattamento delle acque e per lo smaltimento di acque reflue industriali contenenti impurità tossiche (cianuri, fenoli), nonché per l'estrazione di sostanze dalle acque reflue che non è possibile o non è consigliabile estrarre con altri metodi.

Il metodo è applicato nei seguenti settori:

- ingegneria (nei negozi di elettrodeposizione);

- estrazione (a concentratori);

- petrolchimico (nelle raffinerie e negli impianti petrolchimici);

- polpa e carta e altri.

La disinfezione è la fase finale del trattamento delle acque reflue municipali. Il rilascio in corpi idrici di acque reflue anche biologicamente trattate è inevitabilmente associato alla minaccia di introdurre batteri patogeni e virus che causano loro infezioni intestinali. Dalla pratica del trattamento delle acque reflue, è noto che il numero di batteri nel gruppo di Escherichia coli è ridotto del 30-40% durante la sedimentazione primaria e del 90-95% dopo i sedimenti secondari di sedimentazione. Pertanto, per il rilascio completo di acque reflue da batteri e virus patogeni, è necessario utilizzare metodi speciali di disinfezione.

La clorazione, l'ozonizzazione e l'irradiazione ultravioletta vengono utilizzate per disinfettare (disinfettare) le acque reflue. I reagenti (ossidanti) sono cloro, ozono, ossigeno tecnico e ossigeno dell'aria.

1) La clorazione è il metodo più comune di disinfezione ed è altamente efficace contro i batteri patogeni. Il cloro gassoso e i suoi derivati ​​(candeggina, sodio e ipoclorito di sodio, candeggina, biossido di cloro) vengono utilizzati come agente disinfettante.

La clorurazione viene anche utilizzata per rimuovere fenoli, cianuri, idrogeno solforato e altri composti dalle acque reflue, per combattere l'incrostazione biologica delle strutture. Il cloro viene fornito alla produzione in forma liquida con un contenuto di almeno il 99,5%.

L'acido ipocloroso HC 1 O ha la stessa capacità ossidante del cloro. Tuttavia, le sue proprietà ossidative si manifestano solo in un ambiente acido. Inoltre, l'acido ipocloroso è un prodotto instabile - si decompone con il tempo e nella luce.

Sali di acido ipocloroso sono ampiamente usati. Calcio Ipoclorito Ca (C l O)2 Disponibile in tre gradi con una concentrazione di cloro attivo dal 32 al 35%. Il sale più stabile dell'ipoclorito di sodio è N aOC l * 5H2O.

Ossido di cloro (IV) С l О2 - gas di colore giallo-verdastro, ben solubile in acqua, forte agente ossidante. Quando interagiscono con l'acqua, le reazioni di clorurazione non procedono, il che elimina la formazione di sostanze organocloruriche. Recentemente, sono stati effettuati ampi sviluppi per chiarire le condizioni per la sostituzione del cloro con l'ossido di cloro come agente ossidante. In un certo numero di fabbriche russe, sono state introdotte tecnologie avanzate che utilizzano l'ossido di cloro.

Il metodo di clorurazione delle acque reflue presenta gravi inconvenienti, oltre a limitazioni igieniche e ambientali.

A) Lungo tempo di contatto del cloro con acqua per ottenere un effetto disinfettante e alte concentrazioni iniziali di cloro attivo. Il cloro aggiunto alle acque reflue deve essere accuratamente miscelato con esso e quindi essere a contatto con l'acqua di scarico per almeno 30 minuti, dopo di che la quantità di cloro residuo deve essere di almeno 1,5 mg / l. Per raggiungere questo valore, la dose iniziale di cloro attivo è, in accordo con i requisiti dello SNiP, decine di mg / l.

Per ridurre la forma di Coli del 99,9%, sono necessarie le seguenti dosi di cloro, mg / l:

- dopo la pulizia meccanica - 10;

- dopo la pulizia chimica - 3 - 10;

- dopo trattamento biologico completo e incompleto - 3 e 5;

- dopo aver filtrato i filtri a sabbia - 2 - 5.

L'unità di clorazione del gas di cloro ha un'unità di clorazione, un miscelatore e serbatoi di contatto.

B) La mancanza della sicurezza epidemica necessaria per i virus con una dose di cloro residuo di 1,5 mg / l.

B) Alto grado di tossicità del cloro. Il cloro è un gas altamente tossico, è piuttosto difficile lavorarci.

D) alto rischio di esplosione di stoccaggio di cloro liquido.

E) Formazione in acqua naturale a contatto con composti di cloro organoclorurico a concentrazioni che sono tossiche per il biota di un corpo idrico e umano. Una volta rilasciato nell'acqua, l'idrolisi del cloro avviene con la formazione di acido cloridrico. Le acque reflue municipali trattate biologicamente, con un livello di BOD di 15-20 mg / l, trasportano una quantità sufficiente di composti organici di varie classi in grado di ossidarsi. Con alcune sostanze organiche presenti nella soluzione, il cloro può entrare in una reazione di clorurazione.

Di conseguenza, si formano prodotti secondari organoclorurati, che hanno un alto grado di tossicità, mutagenicità e cancerogenicità, sono in grado di accumularsi nei sedimenti di fondo, nei tessuti degli organismi acquatici e infine entrare nel corpo umano. Ciò richiede la declorazione delle acque reflue prima di essere rilasciate nei bacini idrici. Pertanto, negli ultimi tempi c'è stata una tendenza ad abbandonare la disinfezione dell'acqua con il cloro e l'uso di metodi alternativi.

2) L'ozonizzazione viene utilizzata per pulire le acque reflue da fenoli, prodotti petroliferi, idrogeno solforato, composti arsenicali, tensioattivi, cianuri, coloranti, idrocarburi aromatici cancerogeni, pesticidi, ecc., Nonché per sbiancare e disinfettare l'acqua potabile, eliminare gli odori e i sapori.

L'ozono è uno dei più potenti ossidanti. È prodotto in generatori di ossigeno dell'aria sotto l'influenza di una scarica elettrica. Per l'ossidazione, la miscela di ozono-aria viene introdotta nell'acqua, in cui l'ozono si dissocia. L'ozono è un disinfettante, è usato per normalizzare la composizione microbiologica dell'acqua.

I vantaggi del metodo di ozonizzazione includono:

A) L'ozono ha un'elevata attività battericida e fornisce una disinfezione affidabile dell'acqua, anche rispetto ai batteri sporigeni. Grazie alla sua forte capacità ossidante, l'ozono distrugge le membrane cellulari e le pareti. Il trattamento delle acque reflue con ozono nella fase finale consente di ottenere un grado maggiore di purificazione e neutralizzare vari composti tossici.

B) L'ozono non si forma nei composti dell'acqua come l'organocloruro. Dopo la reazione con l'uso di ozono, si forma ossigeno e l'acqua non viene contaminata da sostanze laterali.

C) L'ozono migliora le proprietà organolettiche dell'acqua e fornisce un effetto battericida con minor tempo di contatto. Quando trattano l'acqua con l'ozono, i microrganismi patogeni muoiono migliaia di volte più velocemente di quando sono clorati.

Tuttavia, l'introduzione diffusa dell'ozonizzazione nella pratica del trattamento delle acque ostacola il suo alto costo e l'intensità energetica del processo di produzione di ozono. Non dovrebbe essere escluso, e il pericolo di un impatto negativo dell'ozono sul corpo umano.

3) L'irradiazione ultravioletta è stata introdotta con successo nella pratica della disinfezione delle acque reflue negli ultimi 10 anni. La prima installazione è stata creata nel 1982 in Canada. In Russia, le installazioni iniziarono ad essere utilizzate dal 1991. Dal 2000 sono in funzione impianti presso la stazione di aerazione di Zelenograd (regione di Mosca), gli impianti di trattamento delle acque reflue di Samara, Tolyatti e altre città.

La disinfezione dell'acqua con raggi ultravioletti si riferisce a metodi fisici (non reagenti). Allo stesso tempo vengono utilizzate lampade al quarzo mercurio battericida di alta o bassa pressione.

I vantaggi del metodo includono:

A) Una vasta gamma di azione antimicrobica. I raggi ultravioletti hanno un pronunciato effetto biocida su vari microrganismi, inclusi batteri, virus e funghi. L'irradiazione UV colpisce non solo la flora batterica, ma anche le spore batteriche.

B) Nessun pericolo di sovradosaggio. Questo metodo non richiede l'introduzione di reagenti chimici in acqua. L'effetto battericida dei raggi ultravioletti non è accompagnato dalla formazione di prodotti pericolosi nella trasformazione di sostanze chimiche nell'acqua.

C) Un breve periodo di contatto dei raggi ultravioletti con acque reflue (si riferisce ai vantaggi tecnologici del metodo). L'irradiazione battericida agisce quasi istantaneamente e, quindi, l'acqua che è passata attraverso l'installazione può immediatamente entrare nel serbatoio.

D) Accelerazione del processo di ossidazione delle impurità negli effluenti industriali di 100 - 10.000 volte.

D) L'assenza di effetti tossici sugli organismi acquatici.

E) Conservazione delle proprietà organolettiche dell'acqua.

Tuttavia, un'adeguata efficienza igienica e l'affidabilità della disinfezione sono fornite solo con una certa qualità delle acque reflue.

Il processo di pulizia può essere significativamente accelerato dall'uso combinato dell'ozono e dell'irradiazione ultravioletta delle acque reflue.

Quando si disinfetta l'acqua di scarico prima di rilasciarla in un corpo idrico nel Vodokanal OSK MUP, Khabarovsk Vodokanal, viene attualmente utilizzato il metodo di clorurazione. Per raggiungere gli indicatori standard della qualità delle acque reflue per tutti gli inquinanti, si propone di introdurre filtri di biosorbimento con ulteriore disinfezione nella pianta UV. Allo stesso tempo, viene preso come base lo schema della stazione di disinfezione UV, che viene utilizzata nell'impianto di trattamento delle acque reflue di Novo-Lyubertsy a Mosca.

Per il caricamento di biosorbitori viene utilizzato carbone attivo con una dimensione delle particelle di 1 - 2 mm. I filtri funzionano in condizioni anaerobiche con la formazione di biofilm per rimuovere composti organici, composti azotati, prodotti petroliferi e fenoli. Come sorgenti di radiazioni battericide negli impianti della serie UV, vengono utilizzate lampade al mercurio DB 36 prodotte dall'industria nazionale e, a seguito dell'introduzione di una nuova apparecchiatura di depurazione, il carico sul bacino diminuirà sensibilmente. Cupido, che migliorerà la situazione ambientale nella zona di Khabarovsk.

3.3. Metodo di recupero per il trattamento delle acque reflue

Il metodo di recupero è usato per trattare acque reflue da composti metallici (mercurio, cromo, arsenico, rame), nitriti, nitrati, solfati, ecc. Per ogni sostanza, viene utilizzato il proprio metodo di riduzione e i corrispondenti reagenti - agenti riducenti. Attualmente esiste un'ampia varietà di metodi di recupero.

Biblioteca elettronica

I seguenti agenti ossidanti sono usati per il trattamento delle acque reflue: cloro gassoso e liquefatto, biossido di cloro, candeggina, ipocloriti di sodio e sodio, permanganato di potassio, dicromato di potassio, perossido di idrogeno, ossigeno dell'aria, acidi perossosolfurici, ozono, pirolusite, ecc.

Nel processo di ossidazione, le impurità tossiche contenute nelle acque reflue vengono convertite in sostanze chimiche meno tossiche a seguito di reazioni chimiche e quindi rimosse dall'acqua. La purificazione con agenti ossidanti è associata ad un elevato consumo di reagenti, pertanto, i metodi di ossidazione sono usati nei casi in cui le sostanze che inquinano le acque reflue sono impraticabili o non possono essere rimosse con altri mezzi, ad esempio durante la pulizia da composti di cianuro, composti dell'arsenico disciolto, ecc.

La capacità delle sostanze di condurre l'ossidazione è determinata dall'entità del potenziale ossidativo. Di tutti gli ossidanti noti in natura, il fluoro è il primo, che tuttavia, a causa della sua elevata aggressività, non può essere utilizzato nella pratica. Per altre sostanze, l'entità del potenziale ossidativo è: per l'ozono - 2.07; per il cloro - 0,94; per il perossido di idrogeno - 0,68; per permanganato di potassio - 0,59.

Cloro e sostanze contenenti cloro "attivo" sono i più comuni agenti ossidanti. Vengono utilizzati per il trattamento delle acque reflue da idrogeno solforato, idrosolfuro, composti metil-solforico, fenoli, cianuri, ecc. Quando si aggiunge cloro all'acqua, si formano acidi ipoclorosi e cloridrico:

Si verifica un'ulteriore dissociazione dell'acido ipocloroso, il cui grado dipende dal pH del terreno. A pH> 4, il cloro molecolare è praticamente assente:

Quantità (cl2 + HOCl + Ocl -) è chiamato cloro "attivo" libero. In presenza di composti di ammonio, acido ipocloroso, cloramina (NH2C1) e dicloramina (NHCl2). Il cloro sotto forma di clorammine è chiamato cloro attivo "attivo".

Fig. 1.21. Schema di installazione per la depurazione dell'acqua mediante clorazione:

1 - averager; 2, 5 - pompe; 3 - iniettore; 4 - capacità

Il processo di clorurazione viene effettuato con cloratori, pressione e vuoto periodici e continui. La clorurazione viene effettuata nel serbatoio 4 (Fig. 1.21). Nell'iniettore 3, il gas di cloro viene catturato dalle acque reflue che circolano nel sistema fino a raggiungere il grado di ossidazione desiderato.

Quando si neutralizza l'acqua da cianuri, il processo viene condotto in un ambiente alcalino a pH ≥ 9. I cianuri possono essere ossidati in azoto elementare e anidride carbonica:

Le fonti di cloro "attivo" possono anche essere candeggina, ipocloriti, clorati, biossido di cloro. La candeggina è ottenuta dall'interazione del cloro con calce spenta:

L'ipoclorito di sodio si forma facendo passare il gas cloro attraverso una soluzione alcalina:

L'ipoclorito di calcio viene preparato clorando il latte di calce ad una temperatura di 25-30 ° C:

Per il trattamento di acque reflue altamente inquinate, l'industria produce il sale bibasico di Ca (C1O2) ∙ 2Ca (OH) 2∙ 2H2O.

Un forte agente ossidante è sodio cloruro NaClO2, che si decompone con il rilascio di cloro diossido ClO2. Il diossido di cloro è un gas velenoso giallo-verdastro con un odore più intenso del cloro. Per ottenerlo, vengono utilizzate le seguenti reazioni:

Quando il cianuro è ossidato con cloro "attivo", il processo può essere eseguito in un'unica fase per ottenere cianati:

L'ossidazione dei cianuri ai cianati avviene a causa dell'ossigeno atomico al momento della sua separazione dall'agente ossidante.

Il tasso di idrolisi dipende dal pH del terreno. A pH = 5,3, circa l'80% dei cianati viene idrolizzato al giorno. In un processo in due fasi, i cianuri vengono ossidati a N2 e CO2. Nella prima fase, il processo procede secondo la reazione (1.12). Al secondo stadio, viene introdotta una quantità aggiuntiva di agente ossidante e la reazione procede secondo l'equazione:

La velocità del processo di ossidazione viene accelerata con l'introduzione di catalizzatori - ossidi metallici a valenza variabile.

Durante le reazioni, il pH viene mantenuto nell'intervallo 8... 11. Il controllo della completezza dell'ossidazione è effettuato da cloro "attivo" residuo, la cui concentrazione deve essere almeno 5... 10 mg / l.

La candeggina per le merci contiene fino al 33% di cloro "attivo" e ipoclorito di calcio - fino al 60%. Requisito del reagente (x1) in chilogrammi al giorno per l'ossidazione è calcolato dalla formula:

dov'è xCl - consumo di cloro "attivo", necessario per l'ossidazione dei cianuri, kg / m 3; W - consumo di acqua, m 3 / giorno; n è il coefficiente di eccesso di reagente (n = 1,2... 1,3); a è il contenuto di cloro "attivo" nel reagente, in frazioni di un'unità.

Come agente ossidante nel trattamento delle acque reflue, si può usare il perossido di idrogeno, che è un liquido incolore e in qualsiasi proporzione viene miscelato con acqua. Il processo di ossidazione deve essere effettuato in un serbatoio con agitazione vigorosa o in un apparato di gorgogliamento. Il perossido di idrogeno decompone facilmente nitriti, nitriti, aldeidi, fenoli, solfati.

Scolorimento dei rifiuti

Scolorimento delle acque reflue contenenti coloranti reattivi a pH = 7... 10 procede con alta efficienza. La presenza di catalizzatori (sali di FeSO4 e CuSO4) accelera il processo di decolorazione di 8... 10 volte.

La prospettiva è l'ossidazione dell'inquinamento degli acidi perossosolfurici: peroxomonoacetico (H2SO5) e peroxodisulfur (H2S2O8). Ad esempio, il fenolo viene ossidato dall'acido peroxomonosulfurico (acido Karo) a pH = 10. Questo metodo può ridurre il contenuto di fenolo a 5 ∙ 10 -6%. Il tasso di ossidazione dipende dal rapporto di H2SO5 / C6H5OH e aumenta all'aumentare della temperatura.

Anche la distruzione dei cianuri sotto l'azione degli acidi perossosolfurici procede molto rapidamente. Inoltre, nel caso di piccole concentrazioni di cianuri (0,01... 0,05%) nelle acque reflue, utilizzare H2SO5, e ad alte concentrazioni - H2S2O8. La condizione ottimale è pH = 9. In un ambiente neutro, la reazione di ossidazione viene bruscamente rallentata dall'azione degli ioni di ferro, che formano i ferrociani, che non subiscono l'ossidazione.

Ossigenazione dell'aria

L'ossigeno dell'aria viene utilizzato nella depurazione dell'acqua dal ferro, per l'ossidazione dei composti ferrosi in ferro ferrico, seguita dalla separazione dell'idrossido di ferro dall'acqua. La reazione di ossidazione in soluzione acquosa procede secondo lo schema:

L'ossidazione viene effettuata mediante aerazione con aria di scarico nelle torri con ugello a corda. L'idrossido di ferro risultante viene depositato nel serbatoio di contatto e quindi filtrato. Il processo di aerazione semplificata è possibile. In questo caso, l'acqua viene spruzzata sulla superficie del filtro, che cade sotto forma di goccioline sulla superficie del carico filtrante. A contatto delle gocce d'acqua con l'aria, il ferro viene ossidato.

L'ossidazione della pirolusite viene effettuata filtrando l'acqua di scarto attraverso questo materiale o in un apparecchio con un agitatore. La pirolusite è un materiale naturale costituito principalmente da dioside di manganese. È ampiamente usato per l'ossidazione dell'arsenico trivalente a pentavalente:

Aumentando la temperatura aumenta il grado di ossidazione. La modalità di ossidazione ottimale è la seguente: consumo MnO2 quattro volte rispetto al consumo stechiometrico, l'acidità dell'acqua è 30... 40 g / l, la temperatura dell'acqua è 70... 80 ° C.

Trattamento delle acque reflue mediante ossidazione delle impurezze

Metodi di trattamento delle acque reflue chimiche

I metodi chimici di trattamento delle acque reflue includono neutralizzazione, ossidazione e riduzione. Tutti questi metodi sono associati al consumo di vari reagenti, quindi costosi. Sono utilizzati per rimuovere le sostanze solubili e nei sistemi idrici chiusi. La pulizia chimica viene effettuata a volte come preliminare prima della pulizia biologica o dopo come metodo di trattamento terziario delle acque reflue.

neutralizzazione

Quasi neutri sono considerati acqua con pH = 6.5-8.5.

La neutralizzazione può essere effettuata in vari modi: miscelando acque reflue acide e alcaline, aggiungendo reagenti, filtrando le acque acide attraverso materiali neutralizzanti, assorbendo gas acidi da acque alcaline o assorbendo ammoniaca da acque acide.

Neutralizzazione mediante miscelazione Il metodo è usato se ci sono acque acide e alcaline che non sono contaminate da altri componenti. Le acque acide e alcaline vengono miscelate in e con e senza agitatore.

Neutralizzazione mediante aggiunta di reagenti: NaOH, KOH, Na sono usati come reagenti.2CO3, NH4HE (acqua di ammoniaca), SASO3, MgSO3, Dolomite (CaCO)3∙ MgSO3), cemento. A volte usato per neutralizzare vari prodotti di scarto. Ad esempio, scorie di acciaio, di ferrocromo e di altiforni vengono utilizzate per neutralizzare le acque contenenti acido solforico. Il reagente più economico è l'idrossido di calcio con un contenuto di calcare attivo di Ca (OH).2 5-10%.

I reagenti sono selezionati in base alla composizione e alla concentrazione di acque reflue acide. Questo prende in considerazione se il processo formerà un precipitato o meno. Lo schema schematico dell'installazione è mostrato in Fig. 15.

Esistono tre tipi di acque reflue acide:

1) acqua contenente acidi deboli (H2CO3, CH3COOH);

2) acque contenenti acidi forti (HC1, HNO3);

3) acque contenenti acidi solforici e solforosi.

Fig. 15. Schema della stazione di neutralizzazione dei reagenti: 1 - trappole di sabbia; 2 - averagers; 3 - magazzino reagenti; 4 - serbatoio di malta; 5 - dispenser; 6 - mixer; 7 - neutralizzatore; 8 - pozzetto; 9 - precipitatore; 10 - filtro del vuoto; 11 - deposito di sedimenti disidratati; 12 - area di sospensione

Per neutralizzare acque di 1 e 2 gruppi, è possibile utilizzare uno qualsiasi dei suddetti reagenti. I sali di questi acidi sono ben solubili in acqua. I sali di calcio di acido solforico e solforoso (tipo 3) sono scarsamente solubili in acqua e precipitato. Quando si neutralizzano le acque contenenti acido solforico con latte di calce, il gesso CaSO viene precipitato4∙ 2H2O. C'è una deposizione di gesso sulle pareti delle condotte e il loro intasamento. Per eliminare la chiusura della tubazione, è necessario risciacquarli con acqua pulita o aggiungere addolcitori speciali alle acque reflue, ad esempio esametafosfato. Per neutralizzare le acque di scarico alcaline utilizzando vari acidi o gas acidi.

Neutralizzazione filtrando l'acqua acida attraverso materiali neutralizzanti. In questo caso, per neutralizzare le acque acide, vengono filtrate attraverso uno strato di magnesite, dolomite, calcare, rifiuti solidi (scorie, ceneri). Il processo è condotto in filtri di neutralizzazione, che possono essere orizzontali o verticali. Per i filtri verticali, utilizzare pezzi di calcare o di dolomite con una dimensione di 30-80 mm con una durata di contatto di almeno 10 minuti.

Neutralizzazione con gas acidi: al fine di neutralizzare le acque di scarico alcaline, di recente iniziano a utilizzare gas di scarico contenenti CO2, SO2, NO2, N2O3 e altri.L'uso di gas acidi consente non solo di neutralizzare le acque reflue, ma allo stesso tempo di produrre purificazione altamente efficiente dei gas stessi da componenti dannosi. Questo è un esempio di tecnologia che consente di risparmiare risorse, che consente di eliminare l'uso di acidi, per creare uno schema di consumo di acqua senza scarico.

Trattamento delle acque reflue mediante ossidazione delle impurezze

Il metodo di purificazione ossidativa è utilizzato per lo smaltimento di acque reflue industriali contenenti impurità tossiche (cianuri) o composti che non sono pratici da estrarre dalle acque reflue e che purificano con altri metodi (acido solfidrico, solfuri).

Tali tipi di acque reflue si trovano nella costruzione di macchine (negozi galvanici), minerarie (concentratori di zinco-piombo e minerali di rame), industrie petrolchimiche e di produzione di pasta per carta e cellulosa.

Cloro, ipoclorito di calcio, ipoclorito di sodio, candeggina, biossido di cloro, ozono, ossigeno tecnico e ossigeno vengono utilizzati come agenti ossidanti. In alcuni casi (per l'ossidazione di fenoli, cresoli, impurezze contenenti ciano), possono essere usati perossido di idrogeno, ossidi di manganese, permanganato e bicromato di potassio.

L'ossidazione con cloro attivo è uno dei metodi più comuni di trattamento delle acque reflue da fenolo, cresolo, cianuri, idrogeno solforato, idrosolfuro, metil mercaptano e anche da incrostazioni biologiche delle strutture.

Il cloro entra nella produzione in forma liquida, contiene almeno il 99,5% Cl2. La composizione di candeggina comprende varie sostanze: CaCl2∙ Ca (OH)2∙ H2O; Clorato di calcio CaClO2; calcio ipoclorito Ca (ClO)2. A seconda del rapporto di queste sostanze, la candeggina è disponibile nei gradi A, B, B. Calcium ipoclorito Ca (ClO)2 Disponibile in tre varietà.

Quando introdotto nell'acqua, il cloro idrolizza per formare acidi ipoclorosi e cloridrico: cl2 + H2O ↔ HOCl + HCl. Si verifica un'ulteriore dissociazione dell'acido ipocloroso, il cui grado dipende dal pH del terreno. A valori di pH> 4, il cloro molecolare nell'acqua è praticamente assente. L'acido ipocloroso formato come risultato dell'idrolisi del cloro si dissocia nello ione ipoclorito OCl - e lo ione idrogeno H +.

Importo Cl2, HOCl, OCl - è chiamato cloro "attivo" libero. In presenza di composti di ammonio, la cloramina NH si forma in acqua.2Cl e dicloramina NHCl2.

Il processo di clorurazione viene effettuato con cloratori, pressione e vuoto periodici e continui. L'installazione delle condotte è fatta di materiali anticorrosione. Il cloro liquido viene vaporizzato prima di essere immesso nell'unità.

Quando il processo di neutralizzazione del cianuro viene eseguito in un ambiente alcalino pH = 9. I cianuri possono essere ossidati in azoto elementare e anidride carbonica secondo le equazioni:

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

L'ossidazione degli ioni CN può essere effettuata trasferendoli a CNO-cianati, che vengono poi idrolizzati per formare ioni e carbonati di ammonio:

CN - + OCl - → CNO - + Cl -,

Il perossido di idrogeno decompone nitriti, nitriti, aldeidi, fenoli, solfati. Allo stesso tempo, si verifica lo sbiancamento delle acque reflue. Il processo di sbiancamento è accelerato in presenza di catalizzatori di FeSO.4 e CuSO4. L'industria produce perossido di idrogeno all'85-95% e peridrolo contenente il 30% di H2O2. Il perossido di idrogeno in ambienti acidi e alcalini è decomposto secondo i seguenti schemi.

Nell'ambiente acido, la funzione ossidativa è più pronunciata, e in quella alcalina, la funzione di riduzione. In un ambiente acido, il perossido di idrogeno converte i sali ferrosi in sali ferrici, acido nitroso in acido nitrico e solfuri in solfati. I cianuri di cianati sono ossidati in un ambiente alcalino.

L'ossidazione dell'aria ossigenata viene effettuata per rimuovere il ferro dalle acque reflue, per ossidare le acque di scarico solfuro di cellulosa, raffinazione del petrolio e impianti petrolchimici. I composti di ferro ferroso sono ossidati a trivalente e quindi, sotto forma di idrossido di ferro, vengono rimossi. Il processo viene effettuato nell'aerazione dell'aria attraverso le acque reflue nella torre con un ugello. L'idrossido di ferro risultante viene depositato e quindi filtrato.

Quando i rifiuti di solfuro vengono ossidati, il processo di ossidazione dell'idrosolfuro e del solfuro di zolfo procede attraverso una serie di fasi quando la valenza di zolfo cambia da -2 a +6. Un diagramma schematico dell'installazione di ossidazione del solfuro è mostrato in Fig. 16.

Fig. 16. Lo schema di installazione dell'ossidazione dei solfuri:

1 - serbatoio di ricezione; 2 - pompa; 3 - scambiatore di calore; 4 - colonna di ossidazione; 5 - dispositivo di distribuzione dell'aria; 6 - separatore; 7 - frigorifero

Ossidazione da pirolusite. La pirolusite è un materiale naturale, costituito principalmente da diossido di manganese, la formula MnO2∙ H2A. Le acque luride vengono filtrate attraverso questo materiale per ossidare l'arsenico trivalente a pentavalente.

L'aumento della temperatura contribuisce ad aumentare il grado di ossidazione, pertanto l'ossidazione della pirolusite viene effettuata ad una temperatura di 70-80 ° C.

Ozonizzazione L'ossidazione con ozono consente di scolorire contemporaneamente le acque reflue, eliminare odori e sapori e condurre la decontaminazione. L'ozonizzazione può purificare l'acqua di scarico dai fenoli, dai prodotti petroliferi, dall'idrogeno solforato, dai composti arsenicali, dai coloranti, dagli agenti cancerogeni, dagli idrocarburi aromatici, dai pesticidi, ecc. Inoltre, i composti metallici vengono ossidati dall'ozono ad alta valenza.

L'ozono viene immesso nelle acque reflue sotto forma di una miscela di ozono-aria o ozono-ossigeno, in cui il suo contenuto è del 3%. Gli impianti per il trattamento delle acque reflue sono costituiti da apparecchi per la pulizia e l'asciugatura di aria, ozonizzatori, camere di contatto dei liquami con ozono, apparecchiature per lo smaltimento dell'ozono residuo. L'ozono viene introdotto nell'acqua trattata in vari modi: gorgogliamento di aria contenente ozono attraverso uno strato di acqua; miscelazione di acqua con miscela di ozono-aria in iniettori o miscelatori rotanti-meccanici, in assorbitori di vari disegni.

Il processo di ozonizzazione è intensificato se l'irradiazione con ultrasuoni o UV viene utilizzata contemporaneamente all'ozono. Ad esempio, in quest'ultimo caso, l'ossidazione viene accelerata fino a 10.000 volte.

Capitolo 1. Nozioni di base sul trattamento delle acque reflue

6. Metodi chimici di trattamento delle acque reflue

6.2. Ossidazione e riduzione

Ossidazione. Il metodo ossidativo di purificazione delle impurità per lo smaltimento di acque reflue industriali contenenti impurità tossiche (cianuri, cianuri complessi di rame e zinco) o composti che non sono pratici da estrarre dalle acque reflue e anche puliti con altri metodi (acido solfidrico, solfuri). Questi tipi di acque reflue si trovano nella costruzione di macchine (impianto galvanico), estrazione mineraria (impianto di lavorazione di zinco-piombo e rame), petrolchimica (raffinerie e impianti petrolchimici), pasta di legno e carta (laboratorio di macero) e altre industrie.

In senso stretto, l'ossidazione è la reazione di combinare qualsiasi sostanza con l'ossigeno e, in un senso più ampio, qualsiasi reazione chimica, la cui essenza consiste nel togliere gli elettroni dagli atomi o dagli ioni.

I seguenti ossidanti sono utilizzati per il trattamento delle acque reflue: cloro gassoso e liquefatto, candeggina, biossido di cloro, clorato di calcio, ipocloriti di calcio e sodio, ossigeno dell'aria, ossigeno tecnico, acidi perossosolfurici, ozono, pirolusite. Ossidanti di permanganato di potassio, bicromato di potassio, perossido di idrogeno, ossidi di manganese, sebbene non siano ampiamente utilizzati, ma in alcuni casi possono essere usati per ossidare fenoli, cresoli, impurità contenenti cianuro, ecc.

Durante il processo di ossidazione, le impurità tossiche contenute nelle acque reflue, a seguito di reazioni chimiche, diventano meno tossiche, che vengono rimosse dall'acqua. La purificazione con agenti ossidanti è associata ad un elevato consumo di reagenti, quindi viene utilizzata solo nei casi in cui le sostanze che inquinano le acque reflue non sono pratiche o non possono essere rimosse con altri mezzi. Ad esempio, purificazione da cianuri, composti di arsenico disciolto, ecc.

L'attività di una sostanza come agente ossidante è determinata dall'entità del potenziale ossidante. Di tutti gli ossidanti noti in natura, il fluoro è il primo, che tuttavia, a causa della sua elevata aggressività, non può essere utilizzato nella pratica. Per altre sostanze, l'entità del potenziale ossidativo è: per l'ozono - 2.07; per il cloro - 0,94: per il perossido. idrogeno - 0,68; per permanganato di potassio - 0,59.

Ossidazione con cloro "attivo". La neutralizzazione delle acque reflue con cloro o suoi composti è uno dei metodi più comuni di purificazione da cianine tossiche, nonché da tali composti organici e inorganici come idrogeno solforato, idrosolfito, solfuro, metil mercaptano, ecc.

Le acque reflue contenenti cianuri tossici sono generate negli impianti di produzione meccanica e lavorazione dei metalli negli impianti di galvanoplastica. Una quantità significativa di acque reflue contenenti cianuro viene ottenuta lavando i prodotti dopo averli raffreddati in fusi di cianuro. Tipicamente, il contenuto di cianuri in tali acque reflue varia da 20 a 100 mg / l, ma a volte più alto.

L'ossidazione degli ioni Cianuro-C velenosi viene effettuata convertendoli in CNO-cianati non tossici, che vengono poi idrolizzati con la conversione di ioni ammonio e carbonati:

CN - + 2OH - - 2e → CNO - + BUT;

È anche possibile trasferire composti tossici in un complesso non tossico o nei sedimenti (sotto forma di cianuri insolubili), seguito dalla sua rimozione dalle acque reflue mediante sedimentazione o filtrazione.

Cloro e sostanze contenenti cloro "attivo" sono i più comuni agenti ossidanti. Sono utilizzati per il trattamento delle acque reflue da idrogeno solforato, idrosolfuro, composti metil-solforico, fenoli, cianuri, ecc.

Quando viene introdotto nell'acqua, il cloro idrolizza per formare acidi ipoclorici e cloridrico:

In un mezzo fortemente acido, l'equilibrio di questa reazione è spostato a sinistra, il cloro molecolare è presente nell'acqua; a valori di pH> 4, il cloro molecolare nell'acqua è praticamente assente.

L'acido ipocloroso formato nella soluzione di idrolisi del cloro si dissocia nello ione ipoclorito OCl - e lo ione idrogeno H +.

Il grado di dissociazione dell'acido ipocloroso dipende dal pH del terreno. A pH = 4, il cloro molecolare è praticamente assente:

Quantità di cl2 + NOS + O + - e si chiama cloro "attivo" libero.

In presenza di composti di ammonio, l'acido ipocloroso si forma in acqua, cloramina NH2Cl e dicloramina NHCl2. Il cloro sotto forma di cloramina è chiamato cloro "attivo" collegato.

Il clorato di calcio, gli ipocloruri, i clorati, il diossido di cloro possono anche essere fonti di cloro "attivo". Il clorato di calcio (candeggina) è ottenuto dall'interazione di Ca (OH) 2+Cl2 = CaOCl2+H2O.

Il processo di clorurazione viene effettuato con cloratori, pressione e vuoto periodici e continui. Lo schema della purificazione dell'acqua per clorazione è mostrato in fig. 1.52. La clorurazione viene effettuata in un serbatoio incluso nel sistema di circolazione. Nell'iniettore, il gas di cloro viene catturato dall'acqua di scarico che circola nel sistema fino al raggiungimento dello stato di ossidazione desiderato, dopodiché l'acqua viene rimossa per l'uso.

Fig. 1.52. Schema di installazione per la depurazione dell'acqua mediante clorazione:

1 - averager; 2, 5 - pompe; 3- iniettore; 4 - capacità

Quando si neutralizza l'acqua dai cianuri, il processo viene eseguito in un mezzo alcalino (pH = 9). I cianuri possono essere ossidati ad azoto elementare e anidride carbonica mediante le equazioni

Con una diminuzione del pH, la reazione di clorurazione diretta del cianuro è possibile con la formazione di cianogeno tossico.

Un metodo più affidabile ed economicamente sostenibile è l'ossidazione del cianuro con ipocloriti in un mezzo alcalino (pH = 10-11). Il reagente contenente lo ione ipoclorito OSl - sono ipocloriti di candeggina, calcio o sodio. Quando il cianuro è ossidato con cloro "attivo", il processo può essere eseguito in un'unica fase per ottenere cianati:

La reazione procede rapidamente (1-3 minuti) ed è completa. L'ossidazione dei cianuri ai cianati avviene a causa dell'ossigeno atomico al momento della sua separazione dall'agente ossidante. Il ciano risultante CNO - facilmente idrolizzato a carbonati:

Il tasso di idrolisi dipende dal pH del terreno. A pH = 5,3, circa l'80% dei cianati viene idrolizzato al giorno. In un processo in due fasi, i cianuri vengono ossidati a N2 e CO2. Al primo stadio, il processo procede secondo l'equazione della reazione di ossidazione (1) per ottenere cianati. Al secondo stadio, viene introdotta un'ulteriore quantità di agente ossidante e la reazione procede secondo l'equazione

In soluzioni contenenti cianidioni e rame, possono essere presenti simultaneamente cianuri di rame complessi e l'ossidazione di cui l'ipoclorito segue le equazioni

Quando il complesso tossico di cianuro di zinco viene ossidato, si verifica la seguente reazione:

Per determinare il costo degli ipocloriti di calcio o di sodio, nonché della candeggina per l'ossidazione delle acque reflue contenenti cianuro, è possibile utilizzare la formula

dove X è la quantità richiesta di reagente, kg / giorno; k - fattore di sicurezza del reagente, considerato pari a 1.2-1.3; Q - la quantità di acque reflue contenenti cianuro, m 3 / giorno; e - il contenuto di cloro attivo nel reagente, uguale a candeggina da consumo 30-35%, in ipoclorito di calcio 30-45%; x1 - quantità teorica di cloro attivo necessario per l'ossidazione dei cianuri, g / m 3:

dove n è il coefficiente stechiometrico (per il cloro attivo); C è la concentrazione di cianuri nelle acque reflue (in termini di cianidione), g / m 3.

Determinare il coefficiente e calcolare la quantità di cloro attivo nell'ipoclorito. Il cloro attivo è determinato dal numero di gram-atomi di iodio isolato da questo reagente da ioduro di potassio in un mezzo acido. Scriviamo la reazione di ossidazione dell'ipoclorito di cianuro semplice in forma di ione-elettrone

Ciò significa che sono state osservate le seguenti reazioni nell'interazione dell'ipoclorito con KI (ioduro di potassio)

I due grammi di iodio rilasciati corrispondono a due grammi di cloro attivo. Pertanto, il rapporto di massa dello ione cianuro reattivo e del "cloro attivo" dell'ipoclorito è 26:71, pertanto, per una parte dello ione cianuro sono necessarie 2,73 parti di cloro attivo, vale a dire n = 2,73.

Il valore del coefficiente n è determinato per ciascuna reazione di ossidazione dei composti contenenti cianuro. Quindi durante l'ossidazione dei cianuri complessi di rame e il valore di n è uguale a 3.18 e 2.96 rispettivamente, e per l'ossidazione dei cianuri di zinco complessi, n = 2.73. Durante l'ossidazione delle acque reflue contenenti cianuro con uno ione ipoclorito, l'agente ossidante può essere impiegato non solo sull'ossidazione dei cianuri, ma anche sull'ossidazione di altre sostanze presenti nelle acque reflue. Pertanto, il valore di n deve essere verificato sperimentalmente per acque reflue specifiche.

Se nell'acqua di scarico sono presenti ammoniaca, sali di ammonio o sostanze organiche contenenti gruppi amminici, cloro, acido ipocloroso e ipocloriti, essi reagiscono con essi per formare mono- e diclorammine, nonché tricloruro di azoto.

Quando si smaltisce l'acqua di scarico, viene solitamente utilizzata una soluzione di lavoro con reagente al 5% (per cloro "attivo").

Trattamento delle acque reflue contenenti cianuro con biossido di cloro ClO2 ha diversi vantaggi:

- elevata capacità ossidativa di ClO2 in confronto con altri agenti ossidanti (ad eccezione del fluoro e dell'ozono);

- soluzioni acquatiche СlО2 resistente per lungo tempo;

- quando si trattano acque reflue con biossido di cloro, non si formano prodotti altamente tossici di clorurazione diretta (cloro-ciano, clorofenolo, ecc.) in qualsiasi intervallo di pH.

L'ossidazione del cianuro con biossido di cloro procede secondo l'equazione

Il processo di ossidazione è più efficiente a pH 10.

Con un contenuto iniziale di cianuro di 25 mg / le una durata di ossidazione di 1 minuto, l'efficienza è del 95% e dopo 10 minuti la reazione di ossidazione è quasi terminata.

La clorurazione viene utilizzata per deodorare le acque reflue generate durante la cottura della polpa di solfato e nell'evaporazione della tara nelle cartiere e nelle cartiere. Queste acque di scarico contengono idrogeno solforato, solfuri, metil mercaptano, ecc.

In un ambiente alcalino, il cloro ossida i solfuri nei solfati:

In un ambiente acido e neutro, la formazione di solfiti è possibile:

Con un eccesso di cloro, l'ossidazione va sempre ai solfati. Il metil mercaptano è ossidato dal cloro un po 'più lentamente rispetto all'idrogeno solforato, ma significativamente più veloce dei solfuri e dei disolfuri. A seconda del consumo di cloro, l'ossidazione del metil mercaptano può procedere alla formazione di vari prodotti:

Poiché il metil mercaptano è ossidato relativamente rapidamente dal cloro, la durata del contatto tra l'acqua di scarico della stazione dell'evaporatore (contaminata principalmente con acido solfidrico e metil mercaptano) con cloro è di 5 minuti.

A seconda dello stato di aggregazione dei reagenti contenenti cloro o cloro introdotti nell'acqua, viene determinata la tecnologia di trattamento delle acque reflue. Se questa acqua viene trattata con cloro gassoso o biossido di cloro, il processo di ossidazione viene eseguito in assorbitori; se il cloro o il biossido di cloro è in soluzione, vengono immessi nel miscelatore e quindi nel serbatoio di controllo, vengono miscelati in modo più efficiente e la durata richiesta di contatto con le acque reflue.

L'ipoclorito di sodio (oxoclorato) si forma facendo passare il gas cloro attraverso una soluzione alcalina:

L'ipoclorito di calcio è preparato per clorurazione dell'idrossido di calcio a una temperatura di 25-30 ° C:

L'industria produce sale bibasico

Un forte agente ossidante è sodio cloruro NaClO2, che si decompone per rilasciare ClO2. Il diossido di cloro è un gas giallo-verdastro velenoso con un odore più intenso del cloro. Per ottenerlo, vengono eseguite le seguenti reazioni:

Durante le reazioni, il pH viene mantenuto nell'intervallo 8-11. Il controllo della completezza dell'ossidazione è effettuato da cloro "attivo" residuo, la cui concentrazione deve essere almeno 5-10 mg / l.

Ossidazione con perossido di idrogeno. Il perossido di idrogeno è un liquido incolore, miscelato con acqua in tutti i rapporti. Può essere utilizzato per l'ossidazione di nitriti, aldeidi, fenoli, cianuri, rifiuti contenenti zolfo, coloranti attivi. L'industria produce perossido di idrogeno all'85-95% e peridrolo contenente il 30% di H2oh2. Il perossido di idrogeno è tossico. MPC in acqua è 0,1 mg / l.

Il perossido di idrogeno in ambienti acidi e alcalini è decomposto secondo i seguenti schemi:

Nell'ambiente acido, la funzione ossidativa è più pronunciata, e in quella alcalina, la funzione di riduzione.

In un ambiente acido, il perossido di idrogeno converte i sali ferrosi in sali ferrici, acido nitroso in acido nitrico e solfuri in solfati. I cianuri in cianati sono ossidati in un mezzo alcalino (pH = 9-12).

Nelle soluzioni diluite, il processo di ossidazione delle sostanze organiche procede lentamente, pertanto vengono utilizzati catalizzatori - ioni metallici di valenza variabile. Ad esempio, il processo di ossidazione con perossido di idrogeno con sale, il ferro procede molto efficacemente a pH = 3-4.5. I prodotti di ossidazione sono acidi muconici e maleici.

Nel processo di trattamento dell'acqua che utilizza non solo l'ossidante, ma anche le proprietà riducenti del perossido di idrogeno. In ambienti neutri e debolmente alcalini, interagisce facilmente con cloro e ipocloriti, traducendoli in cloruri:

Queste reazioni sono utilizzate nella declorurazione dell'acqua. L'eccesso di perossido di idrogeno può essere rimosso trattandolo con diossido di manganese:

La prospettiva è l'ossidazione dell'inquinamento da parte degli acidi perossosolfurici: peroxomonosulfur H2SO5 e perossidodiscer H2S2O8. Ad esempio, il fenolo viene ossidato dall'acido peroxomonosulfurico (acido caro) a pH = 10. Questo metodo può ridurre il contenuto di fenolo ad una concentrazione del 5-10 6%. Il tasso di ossidazione dipende dal rapporto di H2SO5 / C6H5OH e aumenta all'aumentare della temperatura.

Anche la distruzione dei cianuri sotto l'azione degli acidi perossosolfurici procede molto rapidamente. Inoltre, nel caso di basse concentrazioni di cianuri (0,01-0,05%), H è utilizzato nelle acque reflue2SO5, e ad alte concentrazioni - H2SO5. La condizione ottimale è pH = 9. In un ambiente neutro, la reazione di ossidazione viene bruscamente rallentata dall'azione degli ioni di ferro, che formano i ferrociani, che non subiscono l'ossidazione.

Ossidazione con ossigeno dell'aria. Molto più ampio dei reagenti contenenti cloro, l'ossigeno viene utilizzato per l'ossidazione delle acque reflue solfuro da cellulosa, raffinazione del petrolio e impianti petrolchimici. L'ossigeno dell'aria viene usato per purificare l'acqua dal ferro per ossidare i composti ferrosi in ferro, seguita dalla separazione dell'idrossido di ferro dall'acqua. La reazione di ossidazione in soluzione acquosa procede secondo lo schema:

L'ossidazione viene effettuata con aerazione d'aria attraverso l'acqua di scarico nelle torri con l'ugello della corda. L'idrossido di ferro risultante viene depositato nel serbatoio di contatto e quindi filtrato. L'uso di colonne con un ugello di grumo o anelli Raschig non è pratico perché si verifica una crescita eccessiva dell'ugello. Il processo di aerazione semplificata è possibile. In questo caso, l'acqua viene spruzzata sulla superficie del filtro, che cade sotto forma di goccioline sulla superficie del carico filtrante. A contatto delle gocce d'acqua con l'aria, il ferro viene ossidato.

L'aria ossigenata inoltre ossida gli scarichi di solfuro di cellulosa, raffinerie di petrolio e impianti petrolchimici. Il processo di ossidazione dell'idrosolfuro e del solfuro di zolfo procede attraverso una serie di fasi quando si cambia la valenza dello zolfo da 2 a 6:

Allo stesso tempo, durante l'ossidazione dell'idrosolfuro e del solfuro in tiosolfato, il pH della soluzione aumenta, mentre l'ossidazione dell'idrosolfuro in solfuro e solfato diminuisce il pH della soluzione e durante l'ossidazione del solfuro in solfito e solfato, la reazione attiva del mezzo non cambia. In soluzioni acquose sotto l'azione dell'ossigeno atmosferico, procede il processo di ossidazione con metilmercaptano

Se la reazione attiva dell'ambiente acquatico è pH = 7-13,75, allora il prodotto principale dell'ossidazione di idrogeno solforato, idrosolfuro e solfito è tiosolfato.

L'ossidazione della stazione di evaporazione delle acque di scarico (pH = 7-7,5) procede secondo le equazioni:

Durante il processo di ossidazione, il valore pH della soluzione diminuisce, è possibile la formazione di zolfo elementare.

Durante l'ossidazione del liquore nero (pH = 12,15-12,75) si verificano le seguenti reazioni:

L'ossidazione dell'idrosolfuro e del solfuro in tiosolfato aumenta il pH della soluzione, l'ossidazione dell'idrosolfuro in solfito e solfato riduce il pH della soluzione e l'ossidazione del solfuro in solfito e solfato non modifica la reazione attiva del mezzo.

Con un aumento di temperatura e pressione, aumenta la velocità di reazione e la profondità di ossidazione dei solfuri e degli idrosolfuri. Teoricamente, 1 g di ossigeno viene consumato per l'ossidazione di 1 g di solfuro di zolfo. Per la completa ossidazione del liquore nero (con una concentrazione di solfuro di 6 g / l) con una temperatura di 80-100 ° C sotto una pressione di 0,1-0,8 MPa, sono richiesti 5,4 kg di ossigeno e 28 m 3 di aria e 1 m 3 di liquore, la durata del contatto con questo è 1 min.

Un diagramma schematico dell'installazione di ossidazione del solfuro è mostrato in Fig. 1.53. L'acqua di scarico entra nel serbatoio di raccolta e attraverso lo scambiatore di calore viene alimentata nella colonna di ossidazione, e l'aria nella parte inferiore della colonna. L'umidità dall'aria di scarico viene condensata nel separatore, da dove viene inviata al serbatoio di ricezione. Dopo l'ossidazione, l'acqua di scarico viene raffreddata nel frigorifero e fornita per un'ulteriore purificazione. Le acque di scarico non trattate sono riscaldate dal vapore acqueo e dal calore della condensa.

Fig. 1.53. Schema schematico dell'installazione dell'ossidazione dei solfuri contenuti nelle acque di scarico con ossigeno dell'aria:

1 - serbatoio di ricezione; 2 - pompa; 3 - scambiatore di calore; 4 - colonna di ossidazione; 5 - distributore d'aria; 6 - frigorifero; 7 - separatore

Ossidazione da gas di scarico. Effettuare il processo di distruzione dei composti solforati può anche essere l'anidride carbonica contenuta nei gas di scarico dei gas di scarico. L'essenza di questo metodo è la seguente: l'acqua di scarico contenente alcali solforosi dalla trappola di petrolio entra nel serbatoio ricevente, quindi viene riscaldata in uno scambiatore di calore e inviata per la deodorizzazione nella colonna, in cui si generano vapore e gas di scarico. La formazione di carbonati avviene secondo le seguenti equazioni:

L'idrogeno solforato emesso rimosso dai gas di combustione e dal vapore viene inviato per l'incenerimento e, quando si utilizza biossido di carbonio, funge da materia prima per la produzione di acido solforico.

Ossidazione da pirolusite. Il processo viene effettuato filtrando le acque reflue attraverso questo materiale o in un apparato con un miscelatore. La pirolusite è un materiale naturale costituito principalmente da diossido di manganese. È ampiamente usato per l'ossidazione dell'arsenico trivalente a pentavalente:

Aumentando la temperatura aumenta il grado di ossidazione. La modalità di ossidazione ottimale è la seguente: la portata è quattro volte rispetto a quella stechiometrica. L'acidità dell'acqua è 30-40 g / l, la temperatura dell'acqua è 70-80 ° С.

Ozonizzazione. L'ossidazione dell'ozono consente di fornire contemporaneamente la decolorazione dell'acqua, l'eliminazione di sapori e odori e la disinfezione. L'ozonizzazione può purificare l'acqua di scarico dai fenoli, dai prodotti petroliferi, dall'idrogeno solforato, dal composto: arsenico, tensioattivi, cianuri, coloranti, idrocarburi aromatici cancerogeni, pesticidi, ecc.

L'ozono è un gas viola pallido. In natura, si trova nell'atmosfera superiore. Ad una temperatura di 111,9 ° C, l'ozono si trasforma in un liquido instabile di colore blu scuro. Proprietà fisico-chimiche dell'ozono: peso molecolare relativo 48; densità (a temperatura 0 ° С e pressione 0.1 MPa) 2.154 g / l; punto di fusione 192,5 ° C; calore di formazione 143,64 kJ / mol; il coefficiente di solubilità in acqua a 0 ° C è 0,49. a 20 ° C - 0,29; potenziale redox di 2,07 V. La solubilità dell'ozono nell'ingresso dipende anche dalla reazione attiva del mezzo, dalla presenza di acidi, alcali e sali. Quindi, in presenza di acidi e sali, aumenta la solubilità dell'ozono e in presenza di diminuzioni di alcali.

L'ozono è un forte agente ossidante e ha la capacità di distruggere molte sostanze organiche e impurità in soluzioni acquose a temperature normali. L'ozono si dissocia spontaneamente in aria e in soluzioni acquose, disintegrandosi in una molecola e in un atomo di ossigeno. La velocità di decomposizione in soluzione acquosa aumenta con l'aumento di salinità, pH e temperatura.

L'ozono puro è esplosivo, perché una volta decomposto, viene rilasciata una quantità significativa di calore, molto tossica. La concentrazione massima ammissibile nell'aria dell'area di lavoro è 0,0001 mg / m 3. L'effetto disinfettante dell'ozono si basa su un'elevata capacità ossidante, grazie alla facilità di dare loro un atomo di ossigeno attivo (O3 = O2 + O). L'ozono ossida tutti i metalli tranne l'oro, trasformandoli in ossidi.

In soluzione acquosa, l'ozono si dissocia più velocemente che nell'aria; molto rapidamente si dissocia in soluzioni alcaline deboli. Nelle soluzioni acide, l'ozono è più resistente. Si decompone molto lentamente in aria pulita e asciutta.

Quando l'acqua viene trattata con ozono, la materia organica si decompone e l'acqua viene disinfettata; i batteri muoiono diverse migliaia di volte più velocemente rispetto a quando l'acqua viene trattata con cloro. La solubilità dell'ozono in acqua dipende dal pH e dal contenuto di sostanze solubili in acqua. Un basso contenuto di acidi e sali neutri aumenta la solubilità dell'ozono. La presenza di alcali riduce la solubilità di O3. L'azione dell'ozono nei processi di ossidazione può avvenire in tre diverse direzioni: ossidazione diretta con la partecipazione di un atomo di ossigeno; aggiunta dell'intera molecola di ozono alla sostanza ossidata con formazione di ozonidi; potenziamento catalitico degli effetti ossidanti dell'ossigeno presente nell'aria ozonizzata. Il meccanismo della reazione di decomposizione dell'ozono è piuttosto complicato, poiché molti fattori influenzano il tasso di distruzione: condizioni per la transizione dell'ozono dalla fase gas al liquido, il rapporto tra la pressione parziale del gas e la sua solubilità in soluzione acquosa, la cinetica dell'ossidazione dell'ozono della contaminazione a base acquosa.

Rispetto ad altri agenti ossidanti, come il cloro, l'ozono presenta diversi vantaggi. Può essere ottenuto direttamente presso l'impianto di trattamento e la materia prima è ossigeno tecnico o aria atmosferica.

La promessa di utilizzare l'ozonizzazione come metodo di ossidazione è anche dovuta al fatto che non porta ad un aumento della composizione salina delle acque reflue da trattare, non inquina l'acqua con i prodotti di reazione e il processo stesso è facilmente fornito con piena automazione.

Nel processo di trattamento delle acque reflue, l'ozono immesso nella camera di reazione sotto forma di una miscela di ozono-ossigeno o ozono-aria, entra in una reazione chimica con sostanze che inquinano le acque reflue. Pertanto, l'ozonizzazione è un processo di assorbimento complicato da reazioni chimiche.

Il modo più economico consiste nell'ottenere l'ozono direttamente nell'impianto di trattamento mediante una scarica elettrica (corta) nell'aria. Una scarica silenziosa si forma in uno stretto spazio di gas tra due elettrodi, a cui viene applicata una corrente di 5-25 mila V. L'ozonizzatore utilizza elettrodi di vetro, la cui superficie interna è coperta con amalgama di metallo. Il suo strato è un elettrodo ad alta tensione.

Nei generatori industriali esistenti, gli ozonizzatori utilizzano elementi tubolari o lamellari di vetro. Solitamente, gli ozonizzatori sono fatti sotto forma di vasi cilindrici, in cui sono disposte diverse dozzine di elementi ozonizzanti tubolari paralleli, costituiti da due elettrodi tubolari di vetro disposti in modo concentrico. L'aria si muove lungo l'asse degli elementi ozonanti nello spazio anulare tra gli elettrodi concentrati. Le molecole di ossigeno sotto l'azione delle scariche elettriche sono schiacciate e gli atomi risultanti si uniscono facilmente a tutte le molecole della loro affinità molecolare, formando una molecola di ozono:

Di grande importanza è anche il fatto che l'atomo di ossigeno rilasciato in questa reazione può interagire con la molecola di ozono con il rilascio di calore:

Le prestazioni dell'ozonizzatore e il consumo energetico per la produzione di ozono dipendono in larga misura dal contenuto di umidità dell'aria che entra nell'ozonizzatore, dalla sua temperatura, dalla concentrazione di ossigeno, nonché dal design dell'ozonizzatore e dal metodo di fornitura della miscela di ozono-aria al reattore.

Lo schema tecnologico di base dell'ozonizzazione delle acque reflue industriali fig. 1,54 è costituito da due nodi principali: la produzione di ozono e il trattamento delle acque reflue. L'unità per la produzione di ozono comprende le seguenti unità: ricezione e raffreddamento dell'aria, essiccazione, filtrazione dell'aria, generazione di ozono.

Fig. 1.54. Schema tecnologico di ozonizzazione delle acque reflue industriali

L'aria atmosferica attraverso l'albero di aspirazione dell'aria 1 viene fornita utilizzando il soffiatore 4 attraverso la linea 2 al filtro 3, dove viene pulito dalla polvere, dopo di che l'aria viene alimentata attraverso lo scambiatore di calore 5 al separatore d'acqua dell'umidità condensata 6, e quindi

su impianti automatici per asciugatura ad aria 7 (adsorbitori), caricato con allumina attiva. L'aria viene fornita alla rigenerazione degli adsorbitori attraverso la linea 8. L'aria essiccata entra nelle unità di filtro automatico 9, in cui l'aria viene accuratamente pulita dalla polvere. Dai filtri, l'aria essiccata e purificata viene fornita alle unità di ozonizzatore 11, dove viene generata l'ozono di scarico elettrico che, insieme all'aria sotto forma di una miscela di ozono-aria, viene inviata attraverso la linea 13 alla camera di contatto 14 e miscelata con acque reflue trattate alimentate attraverso la linea 15. La miscela di ozono-aria viene spruzzata con tubi di ceramica porosi 16. La circolazione delle acque reflue trattate e della miscela di ozono-aria nella camera di contatto nella direzione opposta fornisce una maggiore efficienza di ozonizzazione. Le acque di scarico ozonizzate sono scaricate attraverso la linea 17. Apparecchiature ausiliarie: linea 10 - fornitura di acqua potabile, 12 - scarico nel sistema fognario, 18 - alimentazione di salamoia raffreddata, 19 - serbatoio di salamoia raffreddata, 20 - valvola miscelatrice a tre vie, 21, 22 - pompe, rispettivamente salamoia riscaldata e raffreddata, 23 - serbatoio di salamoia riscaldata, 24 - fornitura di acqua salata riscaldata, 25 - macchina di raffreddamento. Le telecamere di contatto possono essere a uno e due stadi.

A causa di tossicità respiratoria ozono e del sistema nervoso centrale, particolare attenzione è rivolta alla progettazione di impianti ozono Locale reattori perdite ventilazione (contenuto massimo ammissibile di ozono nell'aria interna, dove si trovano le persone, è 0,0001 mg / L). L'essiccazione all'aria è una delle fasi principali della preparazione dell'aria prima della produzione di ozono, vale a dire anche un piccolo contenuto di umidità riduce la produzione di ozono e porta a un consumo eccessivo di energia. Per fornire il grado desiderato di aria di asciugatura (punto di rugiada a 50 ° C) durante periodi dell'anno, caratterizzato da un elevato contenuto di umidità nell'aria ambiente, a condizione pre-raffreddare l'aria ad una temperatura di 8 ° C. La salamoia raffreddata aria sistema di refrigerazione trasformati fornito dal refrigeratore freon che consiste di depositi raffreddato e salamoia riscaldata, apparecchiature e un controllo della temperatura dell'aria pompaggio dopo gli scambiatori di calore.

L'ozono e le sue soluzioni acquose sono estremamente corrosivi: distruggono acciaio, ghisa, gomma di rame, ebanite. Pertanto, tutti gli elementi degli impianti e delle tubazioni dell'ozono a contatto con l'ozono e le sue soluzioni acquose sono realizzati in acciaio inossidabile e alluminio.

Il consumo di elettricità per ottenere un chilogrammo di ozono dall'aria ben essiccata per ozonizzatori di vario tipo è di 13-29 kW ∙ h, e da aria secca 43-57 kW h. Il consumo di elettricità per la deumidificazione dell'aria e la sua compressione per la produzione di ozono è 6-10 kW ∙ h.

Nelle acque reflue trattate l'ozono viene iniettato in vari modi:

- facendo ribollire l'aria contenente ozono attraverso uno strato d'acqua (l'aria è distribuita attraverso i filtri);

- assorbimento controcorrente dell'ozono da parte dell'acqua in assorbitori con vari ugelli (ugello a corda, anelli Raschig, ecc.);

- miscelando acqua con una miscela di ozono-aria in espulsori o speciali miscelatori meccanici rotanti.

Nel calcolare le camere di reazione contatto principalmente determinati elementi zona spruzzatori sono posizionati contro il fondo della camera per la distribuzione uniforme della miscela di ozono dell'aria in acqua. In uso cermet o tubo ceramico con porosità di 40-100 um, rispettivamente, e 60-100 micron, la dispersione modalità ottimale che avviene ad una velocità di spruzzo rispettivamente 76-91 e 20-26 m 3 / (m 2 h ∙) come quadro. L'area totale richiesta di tutti gli elementi di spruzzatura della camera di contatto del tipo a gorgogliamento è determinata dalla formula:

dove Q - flusso acque reflue, m 3 / h; - la dose richiesta di ozono, g / m 3; - la concentrazione di ozono nella miscela ozono-aria, g / m 3; - l'intensità della spruzzatura per unità di area degli irroratori porosi, m 3 / (m 2 h).

Il numero di elementi di spruzzatura:

dove - l'area di un elemento a spruzzo, m 2.

I tubi di spruzzatura in metallo-ceramica devono essere posizionati nella parte inferiore delle camere di contatto ad una distanza di 0,4 m, tubi in ceramica ad una distanza di 0,5 m tra gli assi. Con questa disposizione di tubi, le torce gorgoglianti vengono combinate a un'altezza di 2 m.

Il volume totale della camera è calcolato dalla formula

dove keccetera - coefficiente di aumento del volume d'acqua dovuto al suo spurgo con una miscela ozono-aria, solitamente pari a 1,1; t è la durata della permanenza delle acque reflue nella camera di reazione, h.

Valori di Dlago e sono determinati sperimentalmente per ogni tipo di acque reflue industriali. L'altezza dello strato d'acqua sopra gli ugelli H = 4,5-5 m Nelle camere di reazione a due stadi, l'altezza dello strato d'acqua in ogni camera è di 2,5-2,8 m.

La quantità richiesta di ozono in kg / h è determinata dall'espressione:

Il numero di ozonizzatori si basa sulle prestazioni degli ozonizzatori disponibili in commercio:

dove k è il fattore di sicurezza preso per essere 1.05-1.1; qlago - produttività di un ozonizzatore, kg / h.

Nella tab. 1.9 Le principali caratteristiche tecniche nazionali ozonatorov.Privedennye numerosi studi sull'ossidazione delle varie sostanze inquinanti organiche con ozono hanno dimostrato l'efficacia di questo metodo per il trattamento di soluzioni acquose contenenti fenoli, ciclopentano, cicloesano, tetra-etilsvinets e sulfanaftenovye naftenici acidi, cianuri, cresoli, anionoakiativnye tensioattivo non ionico, olio, ecc.

Principali caratteristiche tecniche degli ozonizzatori domestici

Capacità nominale di ozono, kg / g