§ XIV.7. ОХРАНА ВОДНОГО БАССЕЙНА

Характеристика сточных вод.

Вода, использованная на производственные или бытовые нужды и получившая загрязнения, которые изменили ее свойства, и подлежащая очистке или удалению

с данного объекта или населенного пункта, называется сточной. Состав сточных вод отличается исключительным разнообразием и зависит от типа производства. В сточных водах могут содержаться токсичные вещества, такие, как цианиды, соединения мышьяка, селена, ртути, свинца, кадмия. Наибольшее количество примесей имеют воды химической, горнометаллургической, целлюлозно-бумажной, нефте- и углеперерабатывающей отраслей промышленности. Эти воды содержат кислоты или щелочи, соли, соответственно нефтепродукты и продукты переработки углей и т. п. 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 км3 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 подразделить на следующие основные виды:

реакционные воды, в которых вода является продуктом реакции;

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

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

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

охлаждающие воды, используемые для охлаждения аппаратов и продуктов.

Загрязненность 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 pH сточные воды могут быть щелочные, кислые или нейтральные.

Сточные воды характеризуются рядом технологических показателей, таких, как содержание нерастворимых и растворимых примесей, окисляемость, 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 или 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 (см. § VI.8).

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 едким натром известняком содой магнезитом или аммиаком и др.) или их растворами. Сточные воды, имеющие щелочной характер, нейтрализуют кислотными реагентами (диоксидом серы, оксидом азота, растворами кислот и др.).

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

Некоторые ионы ( и др.) можно вывести из сточных вод в виде их малорастворимых солей. Как известно, для малорастворимых солей произведение растворимости постоянно. Например, для соли

где — активность ионов свинца и сульфат-ионов.

Увеличивая концентрацию ионов противоположного знака, в данном примере сульфат-ионов, можно уменьшить концентрацию вредных ионов, в данном примере ионов свинца (подробнее см. § XIV.3)

С помощью окислительно-восстановительных реакций можно превратить вредные вещества в безвредные или в соединения,

легко выводимые из раствора. В качестве окислителя используют хлор, кислород, озон, гипохлорит натрия. Например, цианид-ион можно окислить гипохлоритом до азота и диоксида углерода

Гидразин можно окислить кислородом воздуха до азота

Если сточные воды 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

Ионообменные методы получают все более широкое применение для удаления примесей из сточных вод. Общие принципы ионного обмена описаны в § XIV.3. 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 из сточной воды последнюю можно подвергнуть -катиониро-ванию:

Катионирозание сточных вод обычно проводят как одну из заключительных стадий для глубокой очистки, так как стоимость ионитной обработки достаточно высока. Если концентрация примесей в воде высока, 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

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

При анионировании вредные анионы сточных вод заменяются на ионы анионита. Например, анионированием можно удалить Из сточных вод цианид-ионы

Для очистки сточных вод используют также электрохимические методы: электродиализ, электроокисление и электровосстановление. Метод электродиализа описан в § XIV.3. 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.

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

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, 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.

Замкнутые водооборотные системы.

Наилучшим путем решения проблемы охраны водного бассейна является создание замкнутых водооборотных систем. В этом случае полностью отсутствует сброс сточных вод в водоемы. Важную роль в решении этой проблемы играет химия, так как с помощью химических реакций и физико-химических процессов удается удалить до необходимых пределов примеси из сточных вод, которые после обработки снова поступают на производство. При создании замкнутых водооборотных систем проводят регенерацию отработанных растворов с извлечением солей, чтобы сократить до минимума расход воды. Например, заменяют водное охлаждение на воздушное, проводят многократное использование воды в технологическом

процессе, заменяют водные растворы неводными, отказываются от воды как абсорбента и т. д. При проектировании промышленных замкнутых водооборотных систем воду пропускают от установок, где требуется более чистая вода, к установкам, где можно использовать загрязненную воду. В настоящее время уже на многих предприятиях используют замкнутые водооборотные системы. Например, на Первомайском химкомбинате на Украине и Алмалыкском химзаводе в Узбекистане в кругообороте находится 95-97 % всей потребляемой воды.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

(см. скан)

(см. скан)