ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Окисление загрязнителей сточных вод

Для очистки сточных вод используют следующие окислители; газо­образный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, гипохлориты кальция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, пероксид водорода, кислород воздуха, пероксосерные кислоты, озон, пиролюзит и др.

В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточ­ных водах, в результате химических реакций переходят в менее токсичные, которые удаляют из воды.

Активность вещества как окислителя определяется величиной окис­лительного потенциала. Первое место среди окислителей занимает фтор, который из-за высокой агрессивности не может быть использован на прак­тике. Для других веществ величина окислительного потенциала равна: для озона - 2,07; для хлора - 0,94; для пероксида водорода - 0,68; для перман - ганата калия - 0,59.

Хлор и вещества, содержащие «активный» хлор, являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений, фено­лов, цианидов и др.

При введении хлора в воду образуется хлорноватистая и соляная ки­слоты:

Cl2 + H2O = HOCl + HCl. (5.12)

Пероксид водорода используется для окисления нитритов, альдеги­дов, фенолов, цианидов, серосодержащих отходов, активных красителей.

Пероксид водорода в кислой и щелочной средах разлагается по сле­дующим схемам:

2H + + HO + 2e ^ 2H2O,

22 2 . (5.13)

2OH - + H2O2 + 2e ^ 2H2O + 2O2".

В разбавленных растворах процесс окисления органических веществ протекает медленно, поэтому используют катализаторы - ионы металлов переменной валентности (Fe2+, Cu2+, Mn2+, CO2+, Cr2+, Ag2+).

В процессах водообработки используют также восстановительные свойства пероксида водорода. В нейтральной и слабощелочной средах он легко взаимодействует с хлором и гипохлоритами, переводя их в хлориды:

H2O2 + Cl2 ^ O2 + 2HCl, (5.14)

NaClO + H2O2 ^ NaCl + O2 + H2O. (5.15)

Эти реакции используют при дехлорировании воды.

Кислород воздуха используют при очистке воды от железа. Реакция окисления в водном растворе протекает по схеме:

4 Fe 2+ + O2 + 2 H 2 O — 4 Fe 3+ + 4OH -,

(5.16)

2o — i'e(On )3 + 3H.

Пиролюзит является природным материалом, состоящим в основном из диоксида марганца.

Его используют для окисления трехвалентного мышьяка в пятива­лентный:

H3 AsO3 + MnO2 + H2SO4 — H3AsO4 + MnSO4 + H2O. (5.17)

Окисление озоном позволяет одновременно обеспечить обесцвечива­ние воды, устранение привкусов и запахов и обеззараживание. Озон окис­ляет как неорганические, так и органические вещества, растворенные в сточной воде. Озонированием можно очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др.

При обработке воды озоном происходит разложение органических веществ и обеззараживание воды; бактерии погибают в несколько тысяч раз быстрее, чем при обработке воды хлором.

Действие озона в процессах окисления может происходить в трех различных направлениях: непосредственное окисление с участием одного атома кислорода; присоединение целой молекулы озона к окисляемому веществу с образованием озонидов; каталитическое усиление окисляюще­го воздействия кислорода, присутствующего в озонированном воздухе.

Окисление веществ может быть прямое и непрямое, а также осуществлять­ся катализом и озонолизом.

Кинетика прямых реакций окисления может быть выражена уравне­нием:

- Ln[Cr]/[C0 ] = k[O3 ]-т, (5.18)

Где [C0],\CT\ - начальная и конечная концентрация вещества, мг/л; k - константа скорости реакции, л/(моль - с); [O3 ] - средняя концентрация озо­на во время прохождения реакции, мг/л; т - продолжительность озониро­вания, с.

Непрямое окисление - это окисление радикалами, образующимися в результате перехода озона из газовой фазы в жидкость и его саморазложе­ния.

Катализ - каталитическое воздействие озонирования заключается в усилении им окисляющей способности кислорода, который присутствует в озонированном воздухе.

Озонолиз представляет собой процесс фиксации озона на двойной или тройной углеродной связи с последующим ее разрывом и образовани­ем озонидов, которые, как и озон, являются нестойкими соединениями и быстро разлагаются.

Озонирование представляет собой процесс абсорбции, сопровождае­мый химической реакцией в жидкой фазе. Расход озона, необходимого для окисления загрязнений, может быть определен по уравнению массообмена:

M = ej-F - ACж, (5.19)

Где M - расход озона, переходящего из газовой фазы в жидкую, кг/с; вж - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе при протекании в ней химиче­ской реакции, м/с; F - поверхность контакта фаз, м ; А^ - движущая

Сила процесса, кг/м3.

Процесс очистки сточных вод значительно увеличивается при со­вместном использовании ультразвука и озона, ультрафиолетового облуче-

24

Ния и озона. Ультрафиолетовое облучение ускоряет окисление в раз.