Физико-химические основы реагентного метода выделения ионов из водных растворов

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обесцвечивание осуществляют методом двухстадийной коагуляции алюминийсодержащими коагулянтами с добавлением флокулянта с последующим отстаиванием, отделением образовавшегося осадка и фильтрованием.

4. Способ по п.1, отличающийся  тем, что обесцвечивание осуществляют путем двухстадийного озонирования с последующей сорбцией.

 

6.2 Осаждение гидроксидами

Наиболее широко для осаждения металлов используется гидроксид кальция, который осаждает ионы металла в виде гидроксидов:

Гидроксид кальция, известковое молоко или пушонка – это сравнительно дешевый и общедоступный, но имеют ряд недостатков: обязательнее устройство усреднителей перед нейтрализационной установкой, затруднительность регулирования дозы реагента по pH нейтрализованной воды, сложность реагентного хозяйства.

Расход извести в виде Ca(OH)2 определяют по формуле:

 (54)

где – суточный расход извести на водоподготовительнои установке, кг/сут;

 37,05 – эквивалент Са(ОН)2;

 – доза извести, определяемая в зависимости от качества исходной воды, мг-экв/л.

Расход известкового молока:

 (55)

 (56)

где и – расход известкового молока соответственно, м3/сут и л/ч;

 ри – концентрация известкового молока, рекомендуется принимать не более 5% Са(ОН)2;

         – плотность известкового молока, г/см3.

Известковую циркуляционную мешалку 3 в схеме известкования (рисунок 10) устанавливают для непрерывной подачи известкового молока на всос насосов-дозаторов. Забор известкового молока осуществляется плавающим шлангом сверху, а возврат циркулирующей части известкового молока направляется в нижнюю коническую часть мешалки.

1 – осветлитель; 2 – паровой подогреватель; 3 – известковая мешалка;

4 – насос-дозатор известкового молока; 5 – насос-дозатор раствора коагулянта; 6 – бак раствора коагулянта; 7 – воздушный колпак;

8 – электроконтакгный манометр; 9 – манометр; 10 – показывающий расходомер; 11 – регулятор температуры подогрева воды;

12 – обрабатываемая вода; 13 – пар; 14 – конденсат; 15 – известковое молоко после гидроциклонов; 16 – осветленный раствор коагулянта;

17 – дозируемое известковое молоко; 18 –дозируемый раствор коагулянта; 19 – осветленная вода; 20 – импульсная линия автоматического воздействия на насосы-дозаторы (пропорционально расходу воды); 21 – циркуляционный насос известкового молока к мешалке.

Рисунок 10 – Схема коагуляции и известкования воды в осветлителе

При перемешивании известкового молока скорость восходящего потока в мешалке должна быть не менее 15 м/ч. Трубопроводы известкового молока должны выполняться диаметром не менее 25 мм; скорость движения в них известкового молока допускается не ниже 0,8 м/ч; трубопроводы выполняют с большим уклоном (10-15°) и радиусами закруглений при поворотах не менее 5d (d – диаметр трубопровода); колена, спускные лючки в нижних точках трубопроводов и пр. собирают на фланцах для удобства прочистки.

Емкость известковой мешалки подбирают по расходу известкового молока, из расчета изготовления молока нужной концентрации, и перекачки его примерно 1 раз в смену (лучше 1 раз в сутки). В качестве циркуляционных насосов известкового молока принимают насосы типа АР. Производительность насоса подбирают таким образом, чтобы скорость восходящего потока в мешалке , была не менее 15 м/ч, по соотношению:

 (57)

где – производительность циркуляционного насоса известкового молока, м /ч;

       – площадь мешалки, м3. [16, 18]

При реагентном методе ионы тяжелых металлов переводятся, как правило, в гидроксидные соединения путем повышения pH усредненных стоков до pH их гидратообразования с последующим осаждением, фильтрацией. В необходимых случаях до достижения pH очищенных стоков регламентируемого для сброса. [17]

 

 

 

Таблица 3 – Норматив образования осадка

Гидроокись	рН
	Начало осаждения	Полное Осаждение	Начало растворения осадка	Полное растворение Осадка
Fe(OH)3	2,3	4,1	9	14,0
А1(ОН)3	4,0	5,2	7,8	7,8
Си(ОН)2	5,3	8,0	более 9,2	13
Zn(OH)2	6,4	8,0	10,5	12-13
Fe(OH)2	7,5	9,7	13	13,5
Pb(OH)2	7,8	9,3	10,0	13
Cd(OH)2	8,2	9,7	11-12	13,5

 

6.3 Осаждение сульфидами, сульфитами и сульфатами

6.3.1 Реагентная очистка сточных вод от хрома

Соединения шестивалентного хрома – хромовая кислота и ее соли применяются при нанесении хромовых покрытий, при химической обработке (травление, пассивирование), при электрохимической обработке (анодирование), при электрополировке стальных изделий.

Обработка сточных вод проходит в две стадии:

1) восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного;

2) осаждение трехвалентного хрома  в виде гидроксида.

В качестве реагентов-восстановителей наибольшее применение получили натриевые соли сернистой кислоты - сульфит (Na2SO3), бисульфит (NaHSO3), пиросульфит (Na2S2O5), а также дитионит натрия (Na2S2O4). Восстановление Сr6+ до Сr3+ происходит по реакциям:

а) восстановление сульфитом натрия

Сr2О72- + 3S032- + 8Н+ → 2Сr3+ + 3S042- + 4Н20

б) восстановление бисульфитом натрия

Сr2О72- + 3HS03- + 5Н+ → 2Сr3+ + 3S042- + 4Н20

в) восстановление пиросульфитом натрия

2Сr2О72- + 3S2052- + 10Н+ → 4Сr3+ + 6S042- + 5Н20

г) восстановление дитионитом натрия

Сr2О72- + 3S2042- + 6Н+ → 2Сr3+ + 2S042- + 3Н20

Теоретические дозы реагентов-восстановителей составляют (мг/1мг Сr6+): для сульфита – 3,63, бисульфита – 3,0, пиросульфита – 2,88, дитионита натрия – 1,67.

Соли сернистой кислоты добавляют к сточным водам в виде     10%-ных водных растворов. Доза восстановителя зависит от исходной концентрации Сr3+ в сточной воде и величины рН. Скорость и полнота реакций восстановления Сr 6+ до Сr 3+ в большой степени также зависят от величины рН реакционной смеси. Наибольшая скорость реакций восстановления достигается в кислой среде при рН=2-2,5, что обычно требует дополнительного подкисления сточных вод 10-15%-ным раствором серной кислоты (возможно использование растворов других минеральных кислот). В таблице приведены удельные расходы натриевых солей сернистой кислоты, необходимые для восстановления одной весовой части шестивалентного хрома при обработке сточных вод с различной исходной концентрацией Сr 6+ и различной величиной рН. [18]

Передозирование восстановителя недопустимо; перерасход реагента даже на 10% приводит к образованию комплексных солей трехвалентного хрома и серной кислоты, которые не полностью разрушаются при последующей нейтрализации сточных вод.

В качестве реагентов-восстановителей можно также использовать отходы металлического железа (в виде стальной стружки, скрапа и т.п.), или сульфат двухвалентного железа. В первом случае подкисленные до рН = 2 сточные воды фильтруют через находящийся в реакторе слой железной стружки при постоянном барботировании воздухом. Во втором случае раствор сульфата железа (в виде 10%-ного водного раствора) вводят в реактор, в который поступают сточные воды. В отличие от солей сернистой кислоты восстановление Сr 6+ до Сr3+ солями двухвалентного железа протекает с достаточно высокой скоростью не только в кислой, но и в нейтральной и щелочной средах по реакциям:

Сr2О72- + 6Fe2+ + 14Н+ → 2Сr3+ + 6Fe2+ + 7Н20

Сr2О72- + 3Fe(OH)2 + 4Н2O → 4Сr(OH)3↓ + 3Fe(OH)3↓ + 2OН-

Поэтому в случае применения сульфата железа (II) в качестве реагента-восстановителя предварительное подкисление сточных вод не требуется, а для полного восстановления Сr 6+ до Сr 3+ необходим лишь незначительный избыток реагента (около 5 % от стехиометрического количества) независимо от исходной концентрации Сr 6+ в сточных водах и величины рН. Недостатком использования сульфата железа, а также железосодержащей суспензией по методу ферритизации, в качестве реагентов-восстановителей по сравнению с солями сернистой кислоты является более чем четырёхкратное увеличение объема образующихся при последующей нейтрализации твердых осадков, поскольку на 1 массовую часть осадка гидроокиси хрома дополнительно образуется 3,12 массовых частей осадка гидроксида железа (III).

В качестве реагентов для восстановления Сr 6+ до Сr 3+ можно также применять пероксид водорода (в кислой среде), сернистый газ, гидразин (в нейтральной или слабощелочной среде). [19]

 

 

 

 

 

 

Таблица 4 – Необходимые дозы (мг на 1 мг Сr 3+) сульфита натрия (А), бисульфита натрия (Б), пиросульфита и дитионита натрия (В) при обработке сточных вод, содержащих соединения шестивалентного хрома

ССr(VI), мг/л	рН1			рН2			рНЗ			рН4
	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В
10	15	4,4	8	20	5	9	25	5,2	9,3	40	5,9	10,6
20	10	3,6	6,5	16	4,4	8	20	4,7	8,4	25	5,2	9,3
30	9	3,47	6,25	13	4,3	7,75	16	4,6	8,25	20	4,9	8,85
40	8	3,4	6,1	9	4	7,2	13	4,4	8	16	4,7	8,5
50	7,5	3,16	5,7	8,2	3,9	6,95	9,5	4,16	7,5	11,5	4,55	8,2
60	7,25	3,1	5,5	7,9	3,6	6,5	9,3	4,05	7,3	10,3	4,4	8
75	7	2,92	5,25	7,5	3,42	6,15	8	3,8	6,9	9	4,2	7,6
80	6,7	2.9	5,2	7,1	3,4	6,2	7,8	3,9	7	8,7	4,1	7,4
100	6,5	2,8	5	6,7	3,1	5,6	7,3	3,6	6,5	8	4	7,2
150	6	2,5	4,5	6,2	2,9	5,2	6,7	3,2	5,8	7,3	3,6	6,55

 

 

Продолжение таблицы 4

200	5,5	2,2	4	5,8	2,8	5	6,3	3,05	5,5	6,8	3,44	6,2
250	5,25	2,2	4	5,6	2,8	5	6	3,03	5,45	6,6	3,42	6,15
300	5	2,2	4	5,4	2,8	5	5,8	3	5,4	6,4	3,39	6,1
400	4,8	2,2	4	5,3	2,55	4,6	5,6	2,97	5,35	6,1	3,33	6
500	4,7	2,2	4	5,2	2,5	4,5	5,5	2,94	5,3	6	3,1	5,6
600	4,7	2,2	4	5,2	2,47	4,45	5,5	2,94	5,3	6	3,08	5,55

 

При обработке хромсодержащих сточных вод на установках периодического действия рекомендуется использовать два реактора, причем полезный объем каждого из реакторов следует принимать равным расчетному часовому расходу сточных вод. При обработке стоков на установках непрерывного действия полезную емкость реактора рекомендуется принимать равной тридцати минутному расчетному расходу.