 |
Окисление кислородом воздуха
|
|
|
|
Кислород с успехом может применяться для окисления сероводо- рода и сульфидов в нефтехимической и целлюлозно-бумажной про- мышленности. Его используют при очистке воды от железа для окис- ления соединений двухвалентного железа в трехвалентное с после- дующим отделением от воды гидроксида железа. Им разрушают фено- лы и нефтепродукты.
Промышленное применение нашел способ окисления в жидкой фазе кислородом воздуха под давлением. Окисление проводят при аэрировании воздуха через сточную воду в башнях с хордовой насад- кой или путем распыления воды в распылительной колонне, когда сверху подается вода, а снизу - диспергированный воздух.
Использование колонн с кусковой насадкой или кольцами Рашига нецелесообразно, т.к. происходит зарастание насадки.
Возможен процесс упрощенной аэрации, когда воду разбрызги- вают над поверхностью фильтрующей загрузки фильтров.
Окисление гидросульфидной и сульфидной серы сточных вод целлюлозных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов происходит через ряд последовательных стадий:
S2- ® S ® S O2- ® S O2- ® SO2- ® SO2-.
n 6 2 3 3 4
В процессе окисления сера изменяет свою валентность с -2 до +6.
Основным продуктом окисления Н2S, NаHS является тиосульфат
2-
S2O3, сульфид окисляется до сульфита и сульфата. С повышением
температуры и давления скорость реакции и глубина окисления суль- фидов и гидросульфидов увеличивается.
При окислении двухвалентного железа идут реакции:
2 2
4Fe2++ O + 2H O ® 4Fe3++ 4OH-, Fe3++ 3H O ® Fe(OH) + 3H+.
2 3
Образующийся гидроксид железа отстаивают в контактном ре-
зервуаре, а затем отфильтровывают.
Озонирование сточных вод
Озонирование - один из перспективных методов обработки воды с целью ее обеззараживания и улучшения органолептических свойств. Озонирование применяется для очистки сточных вод от фенолов, неф- тепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др.
|
|
|
Обеззараживающее действие озона основано на высокой окисли- тельной способности, обусловленной легкостью отдачи им активного атома кислорода. Озон значительно активнее хлора по отношению к вирусам, так как он действует непосредственно на протоплазму клетки; под действием хлора бактерии отмирают постепенно, а при введении озона практически мгновенно.
Озон О3 является универсальным реагентом, поскольку может быть использован для обеззараживания, обесцвечивания, дезодорации воды, для удаления железа и марганца. Озон разрушает соединения, не поддающиеся воздействию хлора (фенол), не придает воде запаха и привкуса. Но при этом обладает сильными коррозионными свойствами и кратковременным действием. Поэтому все элементы озонаторных установок и трубопроводы, контактирующие с озоном или его водны- ми растворами, должны изготовляться из нержавеющей стали и алю- миния, а после обеззараживания озоном воду хлорируют для образова- ния в воде требуемого остаточного хлора.
Чистый озон взрывоопасен, поскольку при его разложении вы- свобождается значительное количество энергии. Озон не взрывается, если его концентрация в озоновоздушной смеси не превышает 10 % (140 г/м3). В водном растворе озон диссоциирует быстрее, чем в возду- хе, причем в слабощелочных растворах диссоциации идет очень быст- ро, в кислотных растворах озон проявляет большую стойкость. Озон
токсичен и может поражать органы дыхания. ПДК озона в рабочей зо- не 0,0001 мг/м3.
В основе промышленного получения озона лежит реакция расще- пления молекулы кислорода на атомы под действием тихого (коронно- го) электрического разряда с последующим присоединением к молеку- ле одного атома кислорода:
|
|
|
О2 + 490,7 кДж Û 20; 2О2 + 2О Û 2О3 + 206,8 кДж
На практике озон получают в специальных аппаратах - озонато- рах, в которых воздух с определенной скоростью пропускается между электродами, соединенными с источником переменного тока высокого напряжения (5-25 кВ). Конструктивно электроды выполняются в виде двух концентрично расположенных цилиндров разного диаметра или в виде двух параллельных пластин (рис.13.3).
Для получения тихого разряда электроды озонаторов разделяются диэлектриком с возможно большим удельным поверхностным сопро- тивлением, исключающим образование искрового или дугового разря- да и обуславливающим равномерную структуру тихого разряда. В ка- честве диэлектриков используют обычное или боросиликатное стекло, эмаль, пластмассы.
Рис.13.3. Размещение электродов и диэлектрика в озонаторе
а - трубчатый озонатор: 1 - трубка из нержавеющей стали (электрод низкого напряжения); 2 - стеклянная трубка; 3 - фольга (электрод высокого напряжения) б - пластинчатый озонатор: 1 - пластинка из обычного стекла (диэлектрик);
2 – профилированные пластинки; 3 - полая пластинка из листового алюминия
85-95 % потребляемой озонатором электроэнергии затрачивается на тепловыделение, поэтому электродную систему необходимо охлаж- дать, тем более, что озон при повышенной температуре быстро разла- гается.
Производительность озонатора и расход электроэнергии на полу- чение озона зависят от влагосодержания поступающего воздуха, тем- пературы, содержания кислорода, а также от конструкции озонатора. Наиболее сильно на синтез озона влияет наличие в исходном газе во- дяного пара, даже небольшая влажность заметно понижает концентра- цию озона. Производительность озонатора значительно возрастает при обогащении воздуха кислородом, для чего применяют цеолиты, селек- тивно сорбирующие из него азот. При этом одновременно с обогаще- нием кислородом происходит и глубокая осушка воздуха.
Промышленные генераторы озона подразделяются на цилиндри- ческие с трубчатыми горизонтальными или вертикальными электрода- ми, плоские с пластинчатыми электродами и центральным коллекто- ром или продольной циркуляцией. Более совершенными считаются трубчатые аппараты, на них в настоящее время производится основное количество озона. Производительность таких аппаратов достигает 10- 12 кг озона в час.
|
|
|
Рис.13.4. Схема трубчатого озонатора
1 - электрод низкого напряжения; 2 - диэлек- трик; 3 - электрод высокого напряжения; 4 - стеклянная трубка
Трубчатый озонатор с горизонтально женными электродами (рис.13.4) представ-ляет собой аппарат, состоящий из цилиндрического кор- пуса и съем-ных сфериче- ских днищ. Для закрепле- ния разме-щаемого в кор- пусе озо-натора пакета электродов и разделения его на три секции в нем установлены вертикаль- ные опорные решетки.
Озон подают в сточ- ную воду в виде озоно- воздушной или озоно-кис- лородной смеси. Концен-
трация озона в смеси около 3 %. Для усиления процесса окисления смесь диспергируют в сточной воде на мельчайшие пузырьки газа. Озонирование представляет собой процесс абсорбции, сопровождае- мой химической реакцией в жидкой фазе:
CN-+ O3 ® CNO-+ O2.
Озонирование воды - достаточно сложный процесс, требую- щий объединения в одной установке устройств для компрессирования и кондиционирования воздуха, получения озона, смешения его с водой, рекуперации или разложения непрореагировавшего озона. Принципи- альная технологическая схема озонирования (рис.13.5) состоит из двух основных узлов: получения озона и очистки сточных вод.
Атмосферный воздух подают на фильтр, где он очищается от пы- ли, после чего воздуходувками направляется на охлаждающее устрой- ство для отделения капельной влаги, а затем осушается на адсорбцион- ных установках. Осушка воздуха является одним из основных этапов его подготовки перед получением озона и осуществляется в две ступе- ни. На первой происходит предварительное охлаждение воздуха до 7- 8 оС в холодильной установке рассолом, подаваемым от фреоновой хо- лодильной установки. На второй воздух сушат в адсорберах с алюмо- гелиевой или силикагельной насадкой. Осушенный воздух подвергает- ся тонкой очистке от пыли, а затем направляется в озонатор.
|
|
|
Рис. 13.5. Схема установки озонирования воды
1 - воздушный фильтр; 2 - компрессор или воздуходувка; 3 - охлаждающее уст- ройство; 4 - устройство для осушки воздуха; 5 - воздухонагреватель; 6 - пылевые фильтры; 7 - озонаторы; 8 - контактная камера
В обрабатываемую воду озон вводят различными способами: бар- ботированием воздушно-озоновой смеси в слое воды через фильтрос- ные пластины или пористые трубки; смешением воды с озоновоздуш- ной смесью в эжекторах или механических роторных смесителях, в аб- сорберах различных конструкций. Время контакта 5-20 мин. Эффек- тивность озонирования зависит от количества и свойств загрязняющих воду веществ, температуры и рН среды, от дозы озона и метода его диспергирования.
При водоподготовке доза озона составляет 0,75-3 мг/л, при до- очистке сточных вод - 2-4 мг на 1 мг загрязнителя (нефтепродуктов, фенолов, ПАВ).
Радиационное окисление
Радиационное окисление происходит под действием излучения высоких энергий. При этом в разбавленных водных растворах возника- ет большое число окислительных частиц, обуславливающих радиаци- онно-химическое превращение примесей сточных вод.
Ионизирующее (проникающее) излучение, или радиация, пред- ставляет собой коротковолновое электромагнитное излучение: рентге- новские и g-лучи, высокоэнергетические заряженные частицы - элек- троны, протоны, a-частицы и др., а также быстрые нейтроны - части- цы, не имеющие заряда.
В качестве источников излучения могут использоваться: радиоак- тивные 60Со и 137Cs, тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), ускорители электронов и др. Радиоактивный 60Со считается наиболее удобным ис- точником излучения благодаря большой проникающей способности
его излучения и практически любой форме источника, в которой он может быть изготовлен. 60Со получают нейтронным облучением высо- кочистого 59Со в атомном реакторе. Наша промышленность изготовля- ет отдельные излучатели 60Со в виде стержней диаметром 11 мм и дли- ной 80 мм с удельной активностью 17-70 г-экв/г. Из таких стержней собирается установка-излучатель с любой расстановкой стержней в пространстве в зависимости от задачи, которая ставится при ее исполь- зовании.
Благодаря большой проникающей способности кобальтовый ис- точник должен находиться в изолированном помещении, вне рабочего положения облучатель хранится в изолированной камере под слоем воды. Специальные устройства позволяют легко перемещать облуча- тель из рабочего положения в хранилище и обратно. Кобальтовые ис- точники не требуют сложного обслуживания, они долгое время могут находиться как в хранилище, так и в рабочем положении.
|
|
|
Радиоактивный 137Сs является одним из продуктов деления ядер- ного горючего. Он может быть выделен из отработанных и выдержан-
ных в течение нескольких месяцев тепловыделяющих элементов ядер- ных реакторов. Благодаря более низкой энергии проникающая способ- ность излучения 137Сs меньше, чем у 60Со, но тем не менее вполне дос- таточна для использования в целях очистки воды. Зато защита от излу- чения 137Сs значительно проще. Длительный период полураспада также является одним из положительных качеств этого источника.
ТВЭЛы, извлеченные из активной зоны реактора, имеют высокую температуру, и очень высокую, изменяющуюся во времени по энергии и интенсивности g-активность. Использование ТВЭЛов как источников излучения требует довольно сложного технического оформления, од- нако при хорошей организации производства ТВЭЛы могут стать од- ним из наиболее дешевых источников излучения.
В отличие от рассмотренных выше изотопных источников излу- чения, в которых поток излучения является следствием радиоактивного распада, протекающего самопроизвольно, ускорители представляют собой источники машинного типа, позволяющие получать или пре- кращать поток заряженных частиц по желанию человека. При помощи ускорителей можно получать пучок любых заряженных частиц - элек- тронов, протонов и т.д., для целей очистки имеют значение ускоренные электроны.
Радиоактивное излучение можно использовать для очистки от различных органических и неорганических соединений: фенолов, ПАВ, красителей, инсектицидов, лигнина, цианидов и др. Продукты разложения этих соединений не оказывают отрицательного влияния на
биологическую очистку, а облученные сточные воды радиационно- безопасны. Кроме того, при радиационной очистке происходит обезза- раживание воды, снятие цветности, устранение привкусов и запахов.
Радиационная очистка обладает рядом преимуществ по сравне- нию с традиционными методами. Малые капитальные затраты и малые производственные площади, небольшая продолжительность обработки воды, возможность обработки осадков, высококонцентрированных сточных вод, простота аппаратурного оформления, возможность очи- стки от самых различных видов загрязнений, сочетание с другими ме- тодами.
|
|
|
