Извлечение хрома из воды, используемой в градирнях теплоэлектростанций (стр. 3 из 3)
Промышленные сточные воды образуются в результате деятельности производственных предприятий. Каждое производство имеет индивидуальные загрязнители.
Например, сточные воды гальванических цехов содержат цианиды, ионы меди и хрома. Концентрация загрязнителей редко бывает ниже 10 мг/л. Иногда, если перед промывкой изделия не дают стекать электролиту, концентрация возрастает до 1000 мг/л (смертельная доза цианидов щелочных металлов – 1 мг на 1 кг массы организма). Сточные воды кожевенных заводов опасны тем, что могут содержать споры возбудителей сибирской язвы. Споры сибирской язвы отличаются исключительной приспособляемостью и сопротивлением по отношению к химическим и физическим воздействиям. Они переносят нагревание при 100 °С в течение длительного времени. Обычные дезинфицирующие вещества – хлор и его производные, формальдегид, сулема, кислоты – убивают споры только после очень длительного воздействия и в высокой концентрации обеззараживающего агента. По степени загрязненности сточные воды кожевенного завода, образующиеся при выработке 1 т шкур, эквивалентны бытовым водам населенного пункта с 5000 жителей.
Эти два примера показывают, что сточные воды промышленных предприятий многообразны по химическому составу и способы их очистки различны.
Рис. 1.Очистные сооружения
Пояснения к схеме
Осаждение фосфатов. Присутствие в сточных водах соединений фосфора способствует росту бактерий, что приводит к помутнению воды. Обычно сточные воды содержат 1,5–3,7 г фосфора в пересчете на одного человека в сутки. При обычной обработке эти примеси не удаляются. Одним из методов удаления фосфатов является их коагуляция соединениями алюминия и кальция. При этом протекают следующие реакции:
Аl(ОН)3 +
+ 3Н+ + 4NаОН = NаАlО2 + Nа3РО4 + 5Н2О,2Na3PO4 + 3СаСl2 = Са3(РО4)2
+ 6NaCl.Выпадающий фосфат кальция удаляют фильтрованием.
Удаление азота. В сточных водах содержится много связанного азота. Как и фосфаты, соединения азота ускоряют рост водорослей. Аммиак удаляется из сточных вод аэрацией (удается извлечь до 92% аммиака). Для очистки от нитратов применяют коагуляцию соединениями железа и известью с последующей фильтрацией осадков либо адсорбцию ионообменными смолами. Бактериальные фильтры и водоросли для очистки от органических веществ. В фильтрах используют следующие бактерии: Proteus № 9, Saccharomyces Torulopsis (Candida Utilis), Trichosporan, Pseudomonas № 14, Rhodoturola. Обычно применяют смесь бактериальных фильтров, нанесенных на керамзит. При очистке воды эффективны также водоросли, поглощающие из воды органические вещества: Ankystrodesmus, Pharmidium, Pediastrum. Принцип очистки водорослями состоит в использовании питательных веществ, находящихся в сточных водах. Водоросли собирают с поверхности водоема и удаляют. Очищенная таким образом вода соответствует по своему качеству стандартам на питьевую воду. | Растворенное в воде вещество | Kонцентрация, мг/л | |
| до очистки | после очистки (проба через 4 часа) | |
| KMnO4 | 10 | 0,4 |
| Свободный аммиак | 10 | 0,2 |
| Фосфаты | 5 | 0 |
| Нитраты | 10 | 1 |
Стерилизация. В сточных водах, прошедших очистку, могут содержаться дизентерийные бактерии, палочки Коха (возбудители туберкулеза, холеры), бациллы тифа и лихорадки, вирусы гепатита, полиомиелита, аденовирусы (глазные инфекции). Известно, что бактерии очень чувствительны к стерилизации, а вирусы очень стойки к действию окислителей. Способы стерилизации: а) хлорирование; б) озонирование; в) ультрафиолетовое облучение;
г) электролиз (анод из Аg).
Лучший способ уничтожения вирусов – дать воде отстояться перед очисткой, при этом вирусы погибают, т. к. являются пищей для микроорганизмов. В очищенной от микробов воде вирусы могут жить долгое время. Новые биологические методы очистки надо применять с учетом печального опыта других стран, например Японии. С загрязнением воды связана болезнь Минамата. В 1950-х гг. предприятие по переработке руды сбрасывало отходы, содержащие ртуть, в воды залива Минамата. В результате поглощения бактериями соединения ртути (СН3)2Hg (диметилртуть) получилась пищевая цепь: диметилртуть
бактерии рыбы с содержанием ртути до 50 мг/г человек. Люди, питаясь рыбой, получали сильнейшие отравления. С 1955 по 1959 г. каждый третий ребенок рождался с психическими и физическими аномалиями. Рыбный промысел в заливе до сих пор запрещен. Полагают, что на дне залива находится около 600 т ртути. Это пример загрязнения и кумуляции ртути по цепи питания.Методы очистки промышленных сточных вод
Промышленные сточные воды очищать гораздо сложнее, т. к. они содержат большее количество примесей, подавляющих рост бактерий. А ведь именно бактерии осуществляют процесс биологического распада в естественных условиях.Методы, применяемые для очистки промышленных сточных вод те же, что и при очистке от бытовых загрязнителей: коагуляция, фильтрация, осаждение, биохимические методы. Однако при удалении отдельных веществ возникают особые трудности. К числу таких веществ относятся металлы, их соли, долгоживущие радиоактивные изотопы (рис. 2).
Рис. 2.Накопление тяжелых металловпо цепям питания в пресноводном биоценозе:1 – скопа; 2, 10 – щука; 3 – гнездо скопы; 4, 5 – ондатра; 6, 11 – окунь;7, 13, 16 – бактерии и фитопланктон; 8, 12 – плотва; 9 – речной рак;14 – мотыль; 15 – зоопланктон
Очистка воды от ионов металлов
Ионы металлов Cr, Hg, Pb, Be весьма токсичны, поэтому необходимо удалять даже их следовые количества.
Осаждение. Основной принцип состоит в подборе реагентов, способных образовать нерастворяемые соли металлов. Для характеристики растворимости солей используют постоянную величину, называемую произведением растворимости (ПР). Произведение концентраций ионов малорастворимой соли в насыщенном при данной температуре растворе есть величина постоянная. Например, для соли A+B– ПР = [A+]•[B–], где концентрации ионов [A+] и [B–] измеряются в моль/л. Значения ПР при 10 °С для некоторых солей таковы:
| HgS | 2•10–49 |
| Hg2Cl2 | 2•10–18 |
| Pb(COO)2 | 2,7•10–8 |
| PbS | 3,4•10–28 |
| CdS | 3,6•10–29 |
| CuS | 2•10–47 |
| ZnS | 1,2•10–23 |
Для более полного осаждения катиона A+ добавляют избыток аниона B–. Ионный обмен – с помощью катионитов можно удалить большинство металлов (Cd, Сu, Zn, Нg, Сr, Pb). Если концентрация металла мала, ионный обмен объединяют с методом осаждения.
Очистка воды от органических веществ и растворов солей
Большинство органических веществ в растворах окисляют сильными окислителями до СО2 и Н2О, оксидов серы и азота. Сложные вещества, имеющие активные группы, удаляют адсорбцией активированным углем и кремнеземом. Для удаления масел и красок используют электрический ток. При пропускании тока образуется водород, который увлекает эти вещества на поверхность, где их легко собрать.
Очистка от радиоактивных отходов
Короткоживущие изотопы – вещества, их содержащие, концентрируют, оставляют на хранение под водой или в шахтах, чтобы активность упала до нуля. Среднеживущие изотопы. Например, 90Sr имеет период полураспада 23 года. Раствор, содержащий 90Sr, концентрируют, а затем помещают в цилиндрические бочки, изготовленные из прочной нержавеющей стали. Бочки сбрасывают в океан на глубину 10 км. Подсчитано, что при медленном разрушении бочек только через 1000 лет содержимое бочки появится на поверхности океана. К тому времени изотопы распадутся и станут неопасными. Долгоживущие радиоактивные отходы – на практике сбрасывают в открытый океан (метод бесконечного разбавления).