Охрана водного бассейна

Характеристики сточных вод. Вода, использованная на производственные или бытовые нужды и получившая загрязнения, которые изменили её свойства подлежат переработки. На производство 1 кВтч электро­энергии требуется 200—400 л воды. Для работы ТЭЦ мощностью 1000 МВт необходимо 1, 2—1.6 км³ воды в год, а АЭС такой же мощности — 3 км' в год. На станциях большой мощности в сутки сбрасы­вается 1000 т и более воды, загрязненной примесями.

В зависимости от назначения исходной воды сточные воды мож­но разделить на следующие основные виды:

а) реакционные воды, в которых вода является продуктом реакции;

б) исходные воды, содержащиеся в сырье или реагентах, напри­мер воды углей;

в) маточные водные растворы, образующиеся в результате проте­кания реакций в водных средах;

г) промывные воды, образующиеся после промывки сырья, про­дуктов реакции и оборудования;

д) охлаждающие воды, используемые для охлаждения аппаратов

и продуктов.

Загрязненность разных видов вод существенно отличается. На­пример, охлаждающие воды, как правило, мало загрязнены. Поэтому для каждого вида вод применяют свой метод очистки.

Хотя сточные воды существенно отличаются по составу, однако все примеси этих вод можно подразделить на группы. В зависимости от размеров частиц примеси можно разделить на грубодисперсные, коллоидные и истинно растворенные. Последние в свою очередь подразделяются на примеси ионного и молекулярного характера.

В зависимости от рН сточные воды могут быть щелочные, кислые или нейтральные.

Сточные воды характеризуются рядом технологических показате­лей, таких как, содержание нерастворимых и растворимых примесей БПК, окисляемость, рН, жесткость, кислотность, общее содержание солей и др.

Методы очистки сточных вод. Так как состав вод весьма разно­образен, то разнообразны и методы их очистки. Все методы воздей­ствия на примеси можно подразделить на две группы: деструктивные и регенеративные. При деструктивных методах примеси разру­шаются и выводятся из воды в виде газов или остаются в воде в обез­вреженном состоянии. При регенеративных способах примеси извлекаются и передаются для использования. Применение того или иного метода определяется экономическими соображениями.

По технологическому признаку все методы обезвреживания сточ­ных вод можно подразделить на три группы: очистка от суспензированных и эмульгированных примесей, очистка от растворенных при­месей, устранение или уничтожение сточных вод.

Очистка сточных вод от суспензированных и эмульгирован­ных примесей. Грубодисперсные примеси удаляются из сточных вод отстаиванием, фильтрованием и флотацией. Отстаивание проводится в специальных емкостях периодического и непрерывного действия. Очистка от примесей ускоряется при пропускании воды через слой взвешенного осадка. Флотация заключается в образовании комплек­сов частиц примесей с пузырьками газа, подъема комплексов и уда­лении их с поверхности воды. Фильтрование обычно проводится как завершающая стадия после других видов очистки, В зависимости от состава обрабатываемой воды и ее кислотности фильтрующими ма­териалами служат песок, кварц, антрацит, мрамор, доломит, магне­зит, полимеры и др. Очистка от коллоидных примесей проводится методом коагуляции.

Очистка сточных вод от растворенных неорганических при­месей. В зависимости от вида и концентрации примесей применяют реагентные, ионообменные, электрохимические и другие методы очистки.

Реагентные методы очистки включают в себя нейтрализацию, осаждение, окисление и восстановление примесей. Если сточные воды имеют кислотный характер, то их нейтрализуют основными реа­гентами (известью Са(ОН)₂, едким натром NaOH, известняком СаСОз, содой Na₂CO₃, магнезитом MgO или MgCO₃, аммиаком NH₃ и др.).

В промышленности применяют и метод взаимной нейтрализации кислотных и щелочных сточных вод.

Некоторые ионы (Hg²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺, Ca²⁺ и др.) можно вывести из сточных в виде их малорастворимых солей. Как известно, для мало­растворимых солей произведение растворимости постоянно.

Увеличивая концентрацию ионов противоположного знака, на­пример, сульфат-ионов, можно уменьшить концентрацию вредных ионов, в данном примере ионов свинца.

С помощью окислительно-восстановительных реакций можно

' превратить вредные вещества в безвредные или в соединения, легко

выводимые из раствора. В качестве окислителя используют хлор,

озон, гипохлорит натрия. Например, цианид-ион можно окислить

| гипохлоритом до азота и диоксида углерода

2CN^- + 5ОСl + 2Н⁺ = 2СО₂ + N₂ + 5Сl + Н₂О

Гидразин можно окислить кислородом воздуха до азота

N₂H₄ + O₂ = N₂ + 2H₂O

Если сточные содержат легко восстанавливаемые примеси, то их можно отделить методом восстановления. В качестве восстановите­лей используют водород, гидразин, алюминий, диоксид серы и др.

Например, триоксид хрома можно восстановить диоксидом серы

2CrO₃ + 3SO₂ =Cr₂(SO₄)₃

Ионообменные методы получают все более широкое применение для удаления примесей из сточных вод. Общие принципы ионного обмена описаны в §8.6. Для очистки сточных вод используют как катионирование, так и анионирование. При катионировании вредные катионы сточных вод обмениваются на безвредные ионы ионита. Например, для удаления ионов Cd²⁺ из сточной воды последнюю можно подвергнуть Na-катионированию:

2R^n- nNa⁺ + nCd²⁺ = R₂^n- nCd²⁺ + 2nNa⁺

Катионирование сточных вод обычно проводят как одну из за­ключительных стадий для глубокой очистки, так как стоимость ио-нитной обработки достаточно высока. Если концентрация примесей в воде высокая, то основную часть примесей предварительно удаляют другими, более дешевыми методами.

С помощью ионообменных смол можно очистить сточные воды от радиоактивных катионов, например от ионов стронция:

nSr²⁺ + 2R ^n- nH⁺ = R₂ ^n- nSr²⁺ + 2nН⁺

Особенно эффективен ионообменный метод очистки от радиоак­тивных ионов сточных вод, имеющих небольшое солесодержание.

При анионировании вредные ионы сточных вод заменяются на ионы анионита. Например, анионированием можно удалить из сточ­ных вод цианидионы:

nCN" + Rⁿ⁺ nОН^- = Rⁿ⁺ nCN^- + nОН"

Для очистки сточных вод используют также электрохимические методы: электродиализ, электроокисление и электровосстановление. Электроокисление и электро­восстановление заключаются в пропускании сточных вод через элек­тролизер с нерастворимыми электродами. При этом вредные примеси либо окисляются на аноде, либо восстанавливаются на катоде.

Так, ионы хрома, свинца, серебра, меди, олова, мышьяка, ртути, кадмия и цинка можно восстановить до металлов на катоде с высоко­развитой поверхностью, например:

Ag⁺ + е -» Ag

Очистка сточных вод от растворенных органических приме­сей. Обезвреживание сточных вод, содержащих органические приме­си, проводят деструктивным и регенеративным методами. К деструк­тивным методам относится термоокисление и электроокисление. Термоокисление заключается либо в сжигании сточных вод совмест­но с топливом (огневое обезвреживание), либо в окислении примесей кислородом воздуха, озоном, хлором и другими окислителями. 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:

С₆Н₅ОН + 7Н₂О + 16е = 2СО₂ + (СНСООН)₂ + 16Н⁺

При регенеративной очистке происходит как обезвреживание сточных вод, так и извлечение ценных примесей. Для этих целей ис­пользуют методы экстракции, перегонки, адсорбции, ионного обме­на, осаждения и др.

Метод экстракции заключается во взаимодействии сточных вод с растворителем-экстрагентом, в котором примеси лучше растворяют­ся, чем в воде. Затем раствор примеси в экстрагенте отде­ляют от сточных вод и от экстрагента.

Методом перегонки можно выпарить из сточных вод примеси, имеющие более низкую температуру кипения, чем вода, например, метанол.

Метод адсорбции широко используется для очистки сточных вод. В качестве адсорбентов служат активированные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (зола, шлак, опилки и др.). Например, с помощью активированного угля из сточных вод удаляются бензол, спирт и другие вещества.

Все более широкое применение для очистки сточных вод находит биологический метод, заключающийся в удалении органических примесей с помощью микроорганизмов.

Итак, сточные воды промпредприятий, электростанций и других потребителей воды могут содержать большое количество разнообразных примесей, которые удаляются различными химическими, физико-химическими, биологическими и физическими методами. Наиболее пер­спективно создание технологий с замкнутыми водооборотами.