 |
Современные методы обескремнивания воды
|
|
|
|
Нейтрализация сточных вод и осаждение ионов тяжёлых металлов
В настоящее время обезвреженные хромистые, цианистые и кисло- щелочные воды перед сбросом нейтрализуются щелочными реагентами до рН 6,5-10,5. В этих условиях выпадают соответствующие гидроксиды, с последующим выделением их из раствора.
В качестве щелочных реагентов используют:
NaOH 20-30%
Данный реагент удобен в работе, т.к:
1. хорошо не растворимы в воде и его раствор является истинным (а не суспензией, как в случае с Са(ОН)2);
2. благодаря тому, что раствор NaOH является истинным, достигается простота его дозирования;
3. высокая скорость реакции;
4. отсутствие не растворимых примесей.
Однако, NaOH является более дорогим реагентом по сравнению с Са(ОН)2.
Для нейтрализации больших количеств сточных вод (> 45 м3/час) применяют более дешёвый реагент – Са(ОН)2 – 5% к-ции.
Известковое молоко – суспензия. Поэтому некоторое неудобство при дозировании.
При осаждении некоторых Меn+ (например Sn, Cd) нейтрализацию осуществляют
Na2CO3 – истинный раствор
Нейтрализация кислых сточных вод, содержащих Меn+, протекает в 2 стадии
I- нейтрализация кислоты;
II- образование Ме(ОН)n;
III- ↑ рН.
Осаждение Ме(ОН)n происходит в несколько стадий:
1. образуются Ме(ОН)х+n-x гидрооксо-
к-ксы;
2. они дегидратируются, полимеризуются и происходит образование мицеллообразование;
3. флокуляция.
Al(OH)3 – pH = 7,8
Cr(OH)3 – pH = 12,0
Zn(OH)2 – рН = 10,5
Поэтому должен быть строгий контроль дозировки NaOH
Следует отметить, что рН осаждения различных ионов неодинаково.
Зависит от к-ции, природы Меn+, с/с и других факторов.
| Ме n+ | рН | Ме n+ | рН |
| Fe2+ Fe3+ Cr3+ Cu2+ Al3+ | 5-7,5 1,7-4,3 4,5-7,5 5,5-8 5-8 | Zn2+ Ni2+ Cd2+ Cr6+ | 6,5-8,5 6,5-9,3 8,0-10 K2Cr2O72- KcrO3 |
|
|
|
Как следует из данной таблицы, рН осаждения для различных металлов различаются. Поэтому при совместном осаждении этих металлов есть определённые трудности.
Процесс осаждения ионов тяжёлых металлов можно разделить на два этапа:
1) перевод Меn+ в Ме(ОН)n – в реакторах
2) седиментация – отстойники, осветлители, фильтры + флокулянты
Основной недостаток метода нейтрализации заключается в образовании объединённого шлама, который является трудно утилизируемым.
Проходят следующие реакции:
NiSO4 + 2NaOH → Ni(OH)2 + Na2SO4
2FeCl3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3 + 3CaCl2
4CuSO4 + 6NaOH →← CuSO4 ∙ 3Cu(OH)2 + 3NaSO4
3Cu(NO3)2 + 4Na2CO3 + 2H2O →← CuCO3∙ Cu(OH)2 + 6NaNO3 + 2NaHCO3
Удаление из воды марганца
Из подземных вод Мn обычно удаляют окислением его из Mn2+ в Mn(OH)3 или Mn(OH)4.
Т.к. при рН > 7 растворимость гидроокисей 3-х и 4-х валентного Mn < 0,01 мг/л.
Достаточно быстрое окисление Mn2+ в Mn3+ и Mn4+ растворённым в воде О2 происходит только при рН > 9,5. При рН < 8 и без катализаторов окисление Mn2+ практически не происходит.
Катализаторами процесса окисления Mn 2+ являются высшие окислы Mn. Процесс окисления Mn, кроме того, ускоряют такие вещества как чёрный песок, осадок гидроокиси Mn, после предварительного аэрирования воды.
При фильтровании воды, содержащей Mn, предварительно аэрированной и подщелочённой, через песчаный фильтр на поверхности зёрен песка выпадает отрицательно заряженный осадок Mn(ОН)4, который способен сорбировать положительно заряжённый Mn2+.
Ионы Mn2+ гидролизуются Mn(OH)2 и взаимодействуют с Mn(OH)4 c образованием Mn2O3 т.е.
Mn(OH)4 + Mn(OH)2 → Mn2O3 + 3H2O и затем
2Mn2O3 + O2(воды) + 8H2O → 4Mn(ОН)4
Для ускорения этих процессов в обрабатываемую воду вводят 1-3 мг/л КМnО4. Это позволяет вести процесс окисления при рН = 8,5 вместо 9,5.
Окисление Mn2+ в Mn3+ может быть осуществлено и другими методами, а именно:
|
|
|
хлорированием, озонированием, обработкой воды двуокисью хлора или КМnО4.
Расход хлора на окисление 1 мг Mn в отсутствии NH4+ составляет 1,3 мг.
А при наличии в воде аммонийных солей расход хлора увеличивается на величину, необходимую для связывания этих ионов в хлорамин (рН д/быть =7, время процесса = 60-90 мин).
Двуокись хлора С1О2 и озон О3 окисляют Mn2+ при рН = 6,5-7,0 за 10 минут.
Причём на окисление 1 мг Mn2+ расходуется 1,35 мг С1О2 или 1,45 мг О3.
При умягчении воды реагентными методами Mn удаляется вместе с солями жёсткости (~ до 0,02 мг/л).
А Mn находящийся в ионной форме может быть удалён катионированием воды.
Из поверхностных источников, где Mn находится в виде комплексных органических или коллоидных соединений, удаляется
1) осаждением коагуляцией FeSO4 при рН = 9,5-10;
2) обработкой воды КМnО4 совместно с обычными коагулянтами.
3) При этом Mn2+ переходит в Mn(OH)4 даже в том случае, когда Mn2+ входит в трудноокисляемые комплексные органические соединения.
После обработки воды одним из этих методов большая часть выделяющегося Mn задерживается в отстойниках или осветлителях, а остальная часть на фильтрах.
В литературе имеются сведения об удалении Mn биохимическим методом при помощи марганцовопотребляющих бактерий.
Современные методы обескремнивания воды
В природных водах содержание Н2SiO3 и её солей колеблется в широких пределах, а именно:
от 1-2 мг/л – в водах северных рек
до 50-60 мг/л – в подземных водах на юге страны
А между тем высокое содержание Н2SiO3 и её солей не допустимо в воде, используемой для питания паровых котлов высокого давления, при производстве целлюлозы, искусственного волокна и ряда других отраслей промышленности.
1) Обескремнивание воды известью
Достигается осаждением кремниевой кислоты в виде Са SiO3. Осуществляют данный метод совместно с декарбонизацией воды следующим образом:
Вода догревается до 80-900С. При этом из воды удаляется СО3 и распадается часть НСО3-.
Затем нагретая вода проходит сатуратор, где насыщается известью.
В сатураторе происходит выпадение Mg(OH)2, CaCО3 и CaSiО3.
В обработанной таким образом воде содержится 0,3-0,5 мг/л SiO32-
2) Обескремнивание воды солями железа и алюминия
|
|
|
Процесс обескремнивание воды солями железа проводят при оптимальном значении рН равном (8,5-9,5)
При этом происходит взаимная коагуляция коллоида гидроокиси железа и алюминия, частицы которых положительно заряжены и Н2SiO3, которая отрицательно заряжена.
Следует отметить, что высокая сорбц. способность по отношению к SiO32- Обладают соединения алюмината Na: NaAlO2 и алюминат Mg: Mg(AlO2)2.
Расход солей железа составляет Fe3+ на 1 мг Н2SiO3.
3) Обескремнивание воды гидроокисью магния.
Mg(OH)2 сорбирует кремниевую кислоту в виде ионной, малекулярно-диспергированной и коллоидной формах. Процесс сорбции следует вести при рН =10,2-10,3, т.к при более низких рН образуются растворимые соединения Mg.
|
|
|
