• 5

9.3. УДАЛЕНИЕ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Во многих отраслях промышленности перерабатывают или при­меняют различные соединения ртути, хрома, кадмия, цинка, свинца, меди, никеля, мышьяка и другие вещества, что ведет к загрязнению ими сточных вод.

Для удаления этих веществ из сточных вод в настоящее время наиболее распространены реагеитные методы очистки^ сущность которых заключается в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим отделением их от воды в виде осадков. Недо­статком реагентных методов очистки является безвозвратная потеря ценных веществ с осадками.

В качестве реагентов для удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов используют гидроксиды кальция и натрия, карбонат натрия, сульфиды натрия, различные отходы, напри­мер феррохромовый шлак, который содержит (в %): СаО — 51,3; MgO— 9,2; Si02 —27,4; Cr203 — 4,13; А1203 —7,2; FeO — 0,73.

Наиболее широко используется гидроксид кальция. Осажде­ние металлов происходит в виде гидроксидов. Процесс прово­дится при различных значениях рН.

Значения рН, соответствующие началу осаждения гидрокси­дов различных металлов и полному осаждению (табл. 11,13) зависят от природы металлов, концентрации их в растворе, температуры, содержания примесей. Например, при совместном

312

Таблица 11,13. Значения pll в процессе осаждения гидроксидов металлов

 

Значения рН

Вид катиона

 

 

 

начало осаждения*

полное осаждение**

 

Железо Fe2+

7,5

9,7

Железо Fe2+

2,3

4,1

Цинк Zn2+

6,4

8,0

Хром Cr3 h

4,9

6,8

Никель Nia+

7,7

9,5

Алюминий Л13+

40

5,2

Кадмий Cd2+

8,2

9,7

* При исходной концентрации осаждаемого иона 0,01 моль/л. *• Значения рН соответствуют остаточной концентрации металла 10-" моль/л.

осаждении двух или нескольких ионов металлов при рН = const достигаются лучшие результаты, чем при осаждении каждого из металлов в отдельности. При этом образуются смешанные кристаллы и происходит адсорбция на поверхности твердой фазы ионов металлов, благодаря чему достигается более пол­ная очистка от некоторых металлов.

Очистка от соединений ртути. Сточные воды, загрязненные ртутью и ее соединениями, образуются при производстве хлора и едкого натра, в других процессах электролиза с использо­ванием ртутных электродов, на ртутных заводах, в некоторых гальванических производствах, при изготовлении красителей, углеводородов, на предприятиях, использующих ртуть как ка­тализатор.

В производственных сточных водах может присутствовать металлическая ртуть, неорганические и органические ее соеди­нения. Неорганические соединения ртути: оксид — HgO, хлорид (сулема)—HgCl2, сульфат—HgS04, сульфид (киноварь) — HgS, нитрат — Hg(NQ3)2, цианид — Hg(CN)2, тиоцианат — Hg(NCS)2, цианат — Hg(OCN)2 и др. В неорганических соеди- дениях токсичны главным образом ионы Hg2+, поэтому наиболее опасны хорошо растворимые и легко диссоциирующие соли.

Органические соединения ртути применяют при консервиро­вании древесины, при синтезе металлорганических соединений, как ядохимикаты, для защиты пластических материалов, бу­мажной массы и текстиля, казеиновых клеев от плесневых грибков. Органические соединения ртути весьма токсичны и от­личаются от неорганических солей тем, что не дают реакции на ионы Hg. В водоемах ртуть под влиянием органических сое­динений, содержащихся в природных водах, превращается в силыютоксичные соединения. Предельно допустимая концентра­ция ртути в водоемах равна 0,005 мг/л.

Металлическая ртуть может быть удалена из сточных вод в процессах отстаивания или фильтрования. Частицы, прошед­шие с фильтратом или не успевшие осесть, окисляют хлором или NaOCl до HgCl2. Затем воду обрабатывают восстановите­лем (NaHS04 или Na2S03) для их удаления и связывания остатков свободного хлора. Ртуть осаждают сульфидом натрия с последующим коагулированием образующегося сульфида рту­тя хлоридом железа. Очистка может быть осуществлена сме­шанной солью — сульфидом железа и сульфатом бария.

Для выделения из сточных вод ртути используют методы восстановления: сульфидом железа, гидросульфидом натрия, гидразином, железным порошком, газообразным сероводородом и др. Широко изучаются сорбционные методы очистки от ртути. Весьма эффективным является ионный обмен с винилпиридиио- выми сорбентами, емкость которых доходит до 40%. Наиболее распространенным способом удаления растворимых в воде сое­динений ртути является перевод их в труднорастворимый суль­фид ртути и осаждение его.

Произведение растворимости HgS в воде равно 1,0-!0~5й, что отвечает остаточной концентрации в растворе, равной 2,5-10 21 мг/л. Для осаждения Hg в сточные воды сначала добавляют сульфид натрия, гидросульфид натрия или серово­дород. Затем обрабатывают воду хлоридами натрия, калия, магния, кальция или сульфитом магния в количестве 0,1 г/л. В этих условиях сульфид ртути осаждается в виде гранул. Для удаления тонкодисперсных коллоидных частичек сульфида рту­ти целесообразно добавлять коагулянты AI2(S04)3- 18Н20, FeS04-7H20 и др.

Осадок сульфида ртути отделяют от сточных вод на вакуум- фильтрах или фильтр-прессах. Отделение HgS до остаточной концентрации 0,001 мг/л можно обеспечить и на угольных фильтрах. Отработанный уголь, содержащий сульфид ртути, сжигают в печи или подвергают обработке для рекуперации ртути. Для удаления из растворов соединений ртути можно ис­пользовать и свежеосажденный сульфид железа, который полу­чают при взаимодействии ионов Sa~ с FeS04-7H20 или FeCl3- •6Н20. Для очистки может быть применена и смесь сульфида железа с сульфатом бария при избытке сульфида железа. Раст­воренные неорганические соединения ртути можно восстанав­ливать до металлической ртути с последующим выделением из. воды.

Кроме методов осаждения для очистки сточных вод от не­органических соединений ртути могут быть использованы и сорбционные методы.

Изучен процесс образования амальгамы ртути в электриче­ском поле. Способ пригоден для очистки сточных вод, содержа­щих от 0,01 до 100 мг/л соединений ртути, В этом процессе

сточная вода фильтруется через слой стеклянных шаров, по­крытых медью или цинком. Шары являются катодом, а наруж­ный корпус аппарата — анодом. При регенерации фильтрующей загрузки производят переполюсовку электродов.

Органические соединения ртути сначала разрушают окисле­нием, например газообразным хлором. После удаления избытка хлора катионы ртути восстанавливают до металлической или переводят в труднорастворимые сульфиды с последующим уда­лением осадка.

Очистка от соединений цинка, меди, никеля, свинца, кадмия, кобальта. Соли этих металлов содержатся в сточных водах горнообогатительных фабрик, металлургических, машинострои­тельных, металлообрабатывающих, химических, химико-фарма­цевтических, лакокрасочных, текстильных и др. заводов.

При обработке кислых вод оксидом кальция и гидроксидом натрия ионы указанных тяжелых металлов, содержащиеся в стоках, связываются в труднорастворимые соединения. Состав солей зависит от рН среды. Так, при рН 7 осаждается гид- роксид-сульфат цинка состава ZnS04-3Zn(0H)2, а при повы­шении рН до 8,8 составу осадка соответствует формула ZnSOr •5Zn(OH)2', В сильнощелочной среде твердая фаза представля­ет собой в основном гидроксид.

При обработке стоков, содержащих соли цинка, гидроксидом натрия дозирование реагента необходимо проводить при строгом контроле за рН обрабатываемого стока с тем, чтобы не создать условий для растворения амфотериых гидроксидов. Выделение катионов Zn2+ щелочами основано на переводе их в труднорастворимый гидроксид цинка:

Zn=++20H~ —v Zn(OH)2f    (11.168)

Произведение растворимости гидр оксида цинка составляет 7,1 -Ю-18, началу выпадения в осадок соответствует рН = 5,4, При рН=10,5 начинает­ся растворение амфотериых гидроксидов цинка, а при достижении рН= 12 происходит образование комплекса:

Zn(0I-I)2+20H- —у [Zn(ОН)4] г~.     (11.169)

Исходя из этого, очистку следует проводить при рН=8—9. В этих усло­виях происходит максимальное осаждение гидроксида циика.

При действии соды на сточные воды, содержащие соли циика, образу­ются гидроксокарбонаты:

2ZnCl2+2Na2C03+H20 —> 4NaCl+C02+ (Zn0H2)C03|. (11.170)

При значениях рН от 7 до 9,6 образуется основной карбонат состава 2ZnC03-3Zn(0H)2, начиная с рН= 10 доля гидроксида возрастает.

Хотя осаждение основных карбонатов начинается при более низких зна­чениях рН, чем соответствующих гидроксидов, расход соды на осаждение выше, чем при использовании едкого натра или извести. Это объясняется тем, что при осаждении тяжелых металлов содой процесс идет через ста­дию образования гидрокарбонатов и для завершения реакции требуется из­быток реагента.

Выделение диоксида углерода в результате осаждения содой ведет к то­му, что пузырьки газа обволакивают частицы осадка и поднимают их, спо­

собствуя всплытию части осадка в отстойниках. Газ необходимо удо-л ять продувкой воздухом по достижении рН = 4,5.

К недостаткам едкого натра и соды как реагентов следует отнести "так­же их относительно высокую стоимость и дефицитность.

Очистка сточных вод от меди связана с осаждением            в

виде гидроксида или гидроксид-карбоната:

Си=++20Н- —>■ Си(ОН)2, 2Си=++20Н-+С033- —(СиОН)2СОзФ-

(И-171)

Осаждение гидроксида меди происходит при рН = 5,3.

Растворимость гидроксид-карбонат меди ничтожно мала, поэтому наибо­лее выгодно осаждать медь в виде основного карбоната. Для этого » рас­творе нейтрализующего агента необходимо иметь одновременно как гидр ок­сидные, так и карбонатные ионы. Следовательно, применение для осаЖ-Л-СНия меди только щелочей или извести высшего сорта, дающих гидроксид- иот-щ, нецелесообразно. Лучшим реагентом для очистки сточных вод от катионов меди является известь III сорта, содержащая «недожог» (СаСОэ).

Возможен процесс извлечения меди из сточных вод осажде­нием ферроцианидом калия. Этот реагент может быть исполь­зован и для осаждения других ионов тяжелых металлов .

Для удаления из сточных вод меди н кадмия разработай процесс контактирования их с диоксидом серы или сульфитами и порошкообразным металлом, например цинком или железом. При этом металл восстанавливает сульфиты до сульфидов, ко­торые с тяжелыми металлами образуют трудиораствор и мые сульфиды. При рН = 2 и температуре сточных вод 50"С, при которых проводится процесс, достигается высокая степень очистки.

Очистка сточных вод от никеля основана на выделении его из раствора в виде труднорастворимых соединений:

Ni=++20H- —»- №(ОНЫ, 2№2++CQ32-+20H- —>- (Ni0H)2CO3i,

Ni2++C032~ —*■ NiCOJ.   (II.172)

Осаждение гидроксида никеля начинается при рН=6,7. Произведение растворимости Ni(OH)2 равно 2,0- Ю-16. Так же как и для меди, концент­рация катионов никеля чрезвычайно зависит от рН: при рН=8,0 она состав­ляет 23,5 мг/л, а при рН=9,5 только 0,5 мг/л. Произведение растворимости карбоната никеля выше, чем гидроксида и равно 6,6-Ш-в. Растворимость гидроксид-карбонат никеля практически равна нулю, поэтому для наиболее полного удаления никеля следует (так же как и для меди) применять из­весть III сорта, содержащую СаСОз.

Находящиеся в растворе катионы свинца переводят в осадок ь виде одного из трех труднорастворимых соединений:

Pb»++20H- —f РЬ(ОНЫ, 2РЬ2++20Н~+С032~ —ч- (РЬ0Н)2С03+,

РЬ2++СОа2_ —у РЬСОз|.            (11.173>

Началу выпадения в осадок гидроксида свинца соответствует рН=6,0. Произведение его растворимости равно 1,1 • 10~20, карбоната свинца—1,0- • Ю-13. Основной карбонат свинца в воде нерастворим. Приведенные данные показывают, что для очистки от свинца применимы все три метода. Наибо­лее дешевым из них является получение карбоната свинца с использованием в качестве реагента-осадителя известняка, мела, мрамора. Ввиду того что они являются твердыми минеральными породами, их можно применять в качестве загрузки фильтров, через которые профильтровывают очищаемые стоки.

Следует отметить, что при увеличении рН>7 эффект очистки от ионов свинца значительно повышается вследствие появления гидроксид-ионов на­ряду с карбонат-ионами и образования гидроксид-карбоиата свинца. Наи­большая степень очистки' достигается при рН = 9,5. Обычно фильтры загру­жают материалами в виде кусков диаметром 10—80 мм. Скорость фильтра­ции воды принимают равной 5 м/ч. При высоте слоя доломита на фильтре 1 м степень очистки сточных вод от РЬ2+ составляет 90%. Технология очист­ки известковым молоком сводится к введению его в сточную воду в необ­ходимом количестве и отделению выпавшего осадка.

Концентрации ионов кобальта и кадмия в стоках обычно чрезвычайно малы по сравнению с содержанием катионов дру­гих тяжелых металлов. Произведение растворимости гидроксида кобальта равно 6,3-10~15, а гидроксида кадмия 2,2-10~14, рН среды при выпадении этих гидроксидов в осадок соответственно равен 6,7—7,7 и 7,2—8,2. Поэтому при обработке стоков извест­ковым молоком они могут быть максимально очищены от раст­воренных солей кобальта и кадмия.

Несмотря на то что в сточных водах обычно содержатся катионы нескольких металлов, применение для удаления каж­дого из них специфического осадите л я метода невозможно. По­этому сточную воду обрабатывают обычно гидроксидом кальция (известковым молоком), приготовляемым из извести III сорта; при этом происходит одновременное осаждение катионов тяже­лых металлов в виде гидроксосолей, гидроксидов и карбонатов. Установлено, что при совместном осаждении нескольких метал­лов достигаются лучшие результаты, чем при осаждении каж­дого из металлов в отдельности. Это связано с образованием смешанных кристаллов и адсорбцией ионов металлов на по­верхности твердой фазы.

Для повышения степени очистки сточных вод, содержащих •тяжелые металлы, предложено после осаждения их гидроксидов известью при рН = 8,5 и отделения осадка вводить в осветлен­ную сточную воду раствор Na2Si03 в количестве, в 5—30 раз превышающем стехиометрическую норму. После отделения •осадка сточная вода с небольшим содержанием ионов тяжелых металлов может быть возвращена в систему оборотного водо­снабжения.

Обработка сточных вод щелочными реагентами позволяет •снизить содержание тяжелых металлов в растворе до величин, •сопоставимых с ПДК для водоемов санитарно-бытового пользо­вания. Однако когда требуется более глубокая очистка, напри-

317

Таблица 11,14. Произведение растворимости гидроксидов и сульфн^0**

никеля, цинка и свинца                  

 

 

Произведение раствор и M "_V. '--—                

Катионы

Соедннения

гидроксидов

сульфм-"-"1'

Си=+ №2+ Zn2+ РЬ2+

Си(ОН)2; CuS Ni(OH)2; NS Zn(OH)2; ZnS Pb(OH)2; PbS

5,1-10"20 2,0-10~15 7, МО"18 1,1- 10-а«

8 Г, - И> Ь4 - Ю""*1

3,4-н>

мер, при непосредственном сбросе в рыбохозяйствеп иы е »<>Д.ое- мы, очистка щелочными реагентами не дает необходим01"0 Эф­фекта.

Более глубокая очистка от тяжелых металлов достигается при обработке сточных вод сульфидом натрия. Это связано с тем, что растворимость сульфидов тяжелых металлов значи­тельно меньше растворимости любых других труд ио р иt**rвори_ мых соединений — гидроксидов и карбонатов (табл. 11,14).

Осаждение сульфидов происходит при более низком зпаче - иии рН, чем гидроксидов и карбонатов. Например, сульфид цинка осаждается при рН = 1,5, сульфиды никеля и кобальта при рН = 3,3.

Для удаления небольших количеств ионов тяжелых метал­лов возможно использовать пирит. Процесс можно проводить фильтрованием сточной воды через гранулированный пирит или непосредственным введением порошка в сточную воду. Кроме пирита для этой цели можно использовать сульфид любого дру­гого нетоксичного металла, произведение растворимости кото­рого больше произведения растворимости сульфида извлекае­мого из сточной воды металла.

Поскольку гидроксиды и сульфиды тяжелых металлов об­разуют устойчивые коллоидные системы для инте и с и ф и к а ци и процесса их осаждения в сточные воды необходимо и водить коагулянты и флокулянты. Коллоидные частицы сульфидов имеют отрицательный заряд, поэтому для коагуляции сульфидов используют электролиты с многозарядными катионами - обыч­но сульфаты алюминия или трехвалентного железа. При коагу­ляции гидроксидов требуется электролит с многозарядиыми анионами, так как коллоидные частицы заряжены положит ель­но. Хорошими коагулянтами гидроксидов являются сульфат- ионы. Помимо электролитной коагуляции на практике часто используют взаимную коагуляцию коллоидных раствороп с про­тивоположным зарядом частиц.

Для ускорения процесса коагуляции используют флокулян­ты, в основном полиакриламид. Добавка его в количестве О,О 1 %

от массы сухого вещества увеличивает скорость выпадения; осадков гидроксидов металлов в 2—3 раза.

Выше было отмечено, что реакции замещения протекают в определенном диапазоне рН. Для полного осаждения металлов не требуется доз реагентов, превышающих стехиометрическое количество. Поскольку реакции следуют стехиометрическим соотношениям, их кинетическая модель может быть получена непосредственно из уравнения реакции.

Реакции нейтрализации имеют первый порядок:

dc/dT=— k\C,            (11.174)

где с — концентрация соли металла; т — время реакции, ki — константа ско­рости реакции.

Схема реагентиой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с отделением осадков показана на рис. II-65. Недо­статком такой очистки является образование большого количе-

Кислые сточные      Щелочные сточные

Воды  Йоды

 

Рис. П-65. Схема реагентиой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

ства труднообезвоживаемого шлама. Кроме того, очищенная вода содержит большое количество солей кальция, поэтому ее трудно использовать в оборотном водоснабжении. Исходя из этого, предложено обрабатывать слив после отстаивания после­довательно хлоридом кальция и содой. При этом происходит соосаждение карбонатов металлов с карбонатом кальция. Об­разующиеся кристаллические осадки карбонатов металлов име­ют незначительный объем и легко обезвоживаются. Одновре­менно происходит умягчение воды слива, что создает возмож­ность использования ее в системе оборотного водоснабжения.

Очистка от соединений мышьяка. Предельно допустимая кон­центрация мышьяка в водоемах равна 0,05 мг/л. Для очистки сточных вод от мышьяка применяют реагентвые, сорбционные, электрохимические, экстракционные и другие методы. Выбор метода зависит от формы растворенного мышьяка, состава, кис­лотности и других показателей воды.

Для очистки больших объемов воды с высоким содержани­ем мышьяка практическое применение нашел метод химическо­го его осаждения в виде труднорастворимых соединений (арсе- наты и арсениты щелочноземельных и тяжелых металлов, сульфиды и триоксид мышьяка).

Для очистки от кислородсодержащих соединений мышьяка широко применяют известковое молоко. При этом в зависимости от состава сточных вод и условий очистки (рН, температура, расход реагента) выпадают в осадок а рее на ты и арсениты раз­личного состава. Присутствие в сточных водах ионов тяжелых металлов повышает степень очистки от мышьяка, так как про­исходит осаждение арсенатов и арсенитов этих металлов.

Из сильнокислых растворов мышьяк осаждают сульфидом натри?, сероводородом. Очистку сульфидно-щелочных сточных вод от мышьяка, входящего в состав анионов тиосолей, приво­дят сульфатом железа (железным купоросом).

Соединения пятивалентного мышьяка удаляются из сточных вод лучше, чем трехвалентного. Кроме того, хранение осадков, содержащих пятивалентный мышьяк, дешевле, так как он менее токсичен и менее растворим. Исходя из этого, соединения трех­валентного мышьяка перед осаждением окисляют до пятива­лентного. В качестве окислителей используют хлорную известь, хлор, гипохлоритную пульпу, пероксид водорода, азотную кис­лоту, озон, пиролюзит и др.

Пиролюзит — природный материал, состоящий в основном из диоксида марганца, широко используют для окисления трехвалентного мышьяка. В кис­лой среде процесс протекает следующим образом:

H3As03+Mn02+H2S0t=H3As04+MnS04+H20.   (11.175)

Оптимальный режим окисления: расход МпОа—четырехкратный по срав­нению со стехиометричсским, кислотность раствора 30—40 г/л серной кисло­ты, температура 70—80 °С, время окисления 3 ч.

После окисления мышьяка проводят его осаждение в виде арсенита марганца при нейтрализации гидроксидом кальция (известковым молоком) до рН = 6—9. Затем осадок отфильтро­вывают и захоропяют в водонепроницаемых траншеях.

Стоки с небольшой концентрацией мышьяка окисляют путем фильтрования воды через слой пиролюзита. Осаждение прово­дят известковым молоком в присутствии фосфат-ионов.

Кроме окислительной способности пиролюзит обладает сорб- циоиными свойствами. Величина еорбционной емкости его по трех- и пятивалентному мышьяку соответственно равна 12,6 и 29,9 мг/л. При увеличении рН раствора количество сорбируе­мого мышьяка на пиролюзите и окислительная способность его уменьшаются. В кислых средах (рН<1) сорбционная способ­ность падает, а окислительная возрастает.

Присутствующие в сточной воде другие катионы и анионы, сорбируясь на пиролюзите, ухудшают его окислительную спо­собность.

Окислительная способность диоксида марганца постепенно снижается в результате процессов сорбции и заиливания поверх­ности зерен пиролюзита. Для активации пиролюзит обрабаты­вают концентрированной серной кислотой или едким натром. Кислота меньше десорбирует мышьяк, но полнее растворяет шлам, образующийся на поверхности пиролюзита.

Очистка от солей железа. В природных водах содержание железа колеблется от 0,01 до 26 мг/л. Кроме того, железо со­держится в сточных водах химических, металлургических, ма­шиностроительных, металлообрабатывающих, нефтехимических, текстильных, химико-фармацевтических и других производств. При содержании железа более 1 мг/л вода приобретает бурый цвет. При движении такой воды по трубопроводам на их стен­ках откладываются соединения железа и железобактерии, .уменьшая сечение трубопровода.

В водоемах ПДК солей железа в пересчете на Fe2+ равня­ется 0,5 мг/л. В то же время, в некоторых производствах тех­нологическая вода и вода, находящаяся в обороте, не должна ■содержать соединений железа более 0,05 мг/л, например в про­изводствах капрона, найлона, целлофана, натурального и вис­козного шелка, кинопленки, электроники, полупроводников и др. Для указанных производств требуется глубокая очистка при­родных и сточных вод от соединений железа.

Для обезжелезиваиия вод применяют аэрацию, реагентные методы, электродиализ, адсорбцию, обратный осмос.

В процессе аэрирования происходит окисление двухвалентного железа в •трехвалентное. Реакция окисления в водном растворе протекает по схеме

4Fe2++02+2H2Q = 4Fe3++40Н-, Fe8++3H20=Fe (ОН) S+3H+ или суммарно

4Fe'++02+10Н2О- 4Fe (ОН) ,+8Н+.          (11.176)

21—822

321

В присутствии гидрокарбонатных ионов в воде окисление двухвалентного железа и гидролиз трехвалентного железа протекают по реакции

4Fe=++8HC03-+03+2На0=4Fe (ОН) 3|+8С02|.  (И. 177)

На окисление 1 мг двухвалентного железа расходуется 0,143 мг кислоро- .да. Для обеспечения высокой скорости химической реакции содержание кис­лорода в воде должно быть 0,5—0,9 мг на 1 мг железа.

Процесс аэрирования проводят в вентиляционной градирне. В том слу­чае, когда необходимо обогащать воду кислородом и удалять часть свобод­ного оксида углерода, используют градирни с хордовой насадкой, представ- .ляющей собой щиты из досок. Для приблизительной оценки размеров гра- .дирни можно исходить из следующего: расход воды на 1 м! площади гра­дирни 40 м3, расход воздуха 7 м3/м3 воды. Использование другой насадки нецелесообразно, так как может произойти ее забивка соединениями железа.

После аэрирования необходимо отделить осадок гидроксида железа. Для этой цели используют процессы отстаивания и фильтрования. Осадок гидроксида железа можно использовать для приготовления красок или для очистки газов от сероводорода.

В процессе осаждения гидроксида железа происходит уплотнение осадка амфотерного Fe(OH)3 в гематит a-Fe203:

2Fe(0H)3=FeA+3H20.         (11.178)

При высоком содержании железа в воде аэрациониым мето­дом его полностью удалить нельзя, поэтому применяют реагент- ные методы. Для этой дели используют хлор, хлорат кальция (хлорную известь), перманганат калия, озон, оксид кальция (известь), карбонат натрия (соду) и др. Реагенты дозируются в воду перед осветлителями или отстойниками.

При взаимодействии с хлором протекает следующая реакция: Fe(HC03)a+Cl2+Ca(HCOa)a —>• 2Ре(0Н)з|+СаС12+6С02|.

(11.179)

Скорость этой реакции увеличивается с повышением рН. На окисление 1 мг двухвалентного железа расходуется 0,64 мг С12. В случае использования хлората кальция его используют в виде 1—2%-го раствора, который дозиру­ют непосредственно в сточную воду. Окисление двухвалентного железа пер- манганатом калия проходит по уравнению

3Fe(HC03)2+KMn04+2H20 —> 3Fe(0H)3+Mn02+5C02+KHC08.

(11.180)

Если железо содержится в воде в виде органических соеди­нений или коллоидных частиц, применяют озонирование. При этом на 1 масс. ч. железа требуется 1 масс. ч. озона.

Очистка от соединений марганца. Соединения марганца со­держатся в сточной воде металлургических, машиностроитель­ных и химических производств. При концентрации марганца более 0,05 мг/л вода окрашивается в темный цвет, Некоторые производства предъявляют жесткие требования к содержанию марганца в воде (бумажная, текстильная, кииокопировальная, ■синтетических волокон, пластмасс).

Удаление из воды марганца может быть достигнуто следую­щими методами: 1) обработкой воды перманганатом калия;

2) аэрацией, совмещенной с известкованием; 3) фильтрованием воды через марганцевый песок или марганцевый катионит; 4) окислением озоном, хлором или диоксидом хлора.

При обработке воды перманганатом калия достигается одновременная •очистка от марганца и от железа. Перманганат калия окисляют с образо­ванием малорастворимого диоксида марганца:

ЗМп2++2МП01-+2Н20 —»- 5МпСЫ+4Н+.          <11.181 >

В этом процессе 1 мг КМп04 окисляет 0,53 мг Мп2+. Наибольший эф­фект достигается при обработке воды дозой 2 мг 1<Мп04 на 1 мг. Осадок диоксида марганца удаляют фильтрованием.

Удаление марганца аэрацией с подщелачиванием воды применяют прн одновременном присутствии в ней марганца и железа. Прн аэрации воды удаляется часть диоксида углерода и происходит се насыщение кислородом воздуха. При удалении С02 возрастает рН сточной воды, что способствует ускорению процессов окисления и гидролиза железа и частично марганца с образованием гидроксидов.

Двухвалентный марганец медленно окисляется в трех- и четырехвалент­ный растворенным в воде кислородом. Окисление марганца происходит при рН = 9—9,5. Образующийся гидроксид марганца выпадает в осадок в виде Мп(ОН)а'и Мп(ОН)4. Растноримость этих соединений 0,01 мг/л, образую­щийся Mri(01I)4 снова участвует в процессе, являясь катализатором окисле­ния марганца.

При рН=9,5 марганец удаляется почти полностью, при рН<7,5 кисло­родом воздуха он почти не окисляется. ДЛя ускорения процесса окисления марганца воду после аэрации до подачи на фильтры подщелачивают изве­стью пли содой для повышения рН, затем осветляют в осветлителях или от­стойниках. Процесс окисления Мп2+ резко ускоряется, если аэрированную воду фильтруют через контактный фильтр, загруженный дробленым пиро­люзитом (Мп02-Н20) либо кварцевым песком, предварительно обработан­ным оксидами марганца.

Двухвалентный марганец может быть удалей из воды в про­цессе окисления его хлором, озоном или диоксидом хлора. Ско­рость окисления Мп хлором зависит от рИ среды. При рН = 7 ■за 60—90 мин окисляется всего 50% Мп2+. При иодщелачива- нии известью до рН = 8 Мп окисляется практически полностью. Расход С1г на окисление 1 мг Мп составляет 1,3 мг. При нали­чии в воде аммонийных солей расход хлора увеличивается.

Диоксид хлора и озон при рН —6,5—7 окисляют Мп2+ за 10—15 мин. На окисление 1 мг Мп$+ расходуется 1,35 мг СЮ2 или 1,45 мг 03. Однако применение этих окислителей требует строительства сложных установок, по­этому их практически не используют.

Марганец может быть удалей из воды биохимическим окислением. Про­цесс проводят следующим образом. На песке фильтра высеивают особый вид марганецпотребляющих бактерий, которые в процессе своей жизнедеятельно­сти поглощают из воды марганец. Отмирающие бактерии образуют на зер­нах песка пористую массу с высоким ■ содержанием оксида марганца, кото­рый служит катализатором процесса окисления.

Марганец из воды может быть удален при помощи марганцевого катио- нита, который приготовляют, пропуская через любой катнонит в натриевой форме растворы хлорида марганца и перманганата калия. При этом ироис-

21*

323

ходят следующие реакции:

Na[KaT]+MnCla —> Мп [Кат]+Na++Cl-,    (11.182)

Мп [Кат] +Me++Mn04- —Me [Кат] +Мп02,            (11.183).

(где Me —катион Na+ или К-1-).

В этих процессах перманганат калия окисляет марганец с образовани­ем оксидов марганца, которые в виде пленки оседают иа поверхности зерен катионита. При регенерации пленку восстанавливают раствором нермангана- та калия.

Из рассмотренных методов наиболее эффективным является метод обработки перманганатом калия. Он не требует сложного оборудования и просто контролируется.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я