Озон эффективно обесцвечивает питьевую воду, улучшает её вкусовые качества, устраняет неприятные запахи. Озон в водных растворах при нормальных условиях и относительно малых концентрациях, которые характерны для его применения в водных технологиях, разрушается за 4 – 8 минут за счёт реакции с ионом OH¯. При разложении озона в воде образуется кислород, повышение концентрации которого так же положительно сказывается на её качестве. Однако в ряде случаев, в частности, при наличии в сточных водах большого количества трудно окисляемых органических веществ, неподдающихся полному окислению при простом озонировании воды, применение озона нежелательно, так как возможно образование продуктов неполного окисления, причём более токсичных, чем исходные органические соединения.
3.3. Биологический метод
Метод биологической очистки (с участием микрофлоры активного ила) теоретически может обеспечить снижение концентрации органических веществ на 90 – 95%. Но практически снижает её на 80%. К недостаткам данного метода следует отнести накопление огромного количества активного ила после биологической очистки в ило- и шламонакопителях, который после обезвоживания вывозится в отвал. Так, предприятия целлюлозно-бумажной промышленности накапливают за год миллионы тон твёрдых отходов, которые пользуются лишь на 4 – 6%.
3.4 Радиохимический метод
Наиболее эффективно окислительные процессы с участием пероксида водорода протекают с одновременным УФ-облучением раствора, приводящим к образованию гидроксильных радикалов.
Для очистки сточных вод таких загрязнителей, как красители, пестициды, поверхностно-активные вещества, вредные микроорганизмы применяют радиационные методы. Механизм этих процессов заключается в том, что при действии ионизирующего излучения происходит образование активных радиальных частиц, эффективно участвующих в процессах окисления.
Неорганические и органические иониты условно подразделяют на природные (цеолиты, целлюлоза, торф и др.) и синтетические (силикагель, ионообменные смолы). В промышленности широко используются иониты, имеющие гранульную форму. Обычно процесс сорбции проводится в колонне с движущимся раствором и неподвижным слоем ионита. Реже используется процессы с движущимся слоем сорбента. Для процессов очистки больших объёмов загрязнённой воды более перспективным является использование волокнистых ионитов. Применение ионитов в виде текстильных материалов позволяет легко осуществлять контролируемое передвижение ионитов непосредственно в водоёме или канале. Подходящими формами ионитов могут быть сети, конвейерные ленты, плавающие или закреплённые под водой маты, периодически извлекаемые для регенерации, рыхлые слои большой протяжённости.
3.5 Механический метод
Механическую очистку осуществляют методами процеживания и фильтрования для выделения из сточных вод нерастворимых грубодисперсных примесей.
Цель отстаивания – это удаление твердых и жидких нерастворимых примесей. Для этого используют отстойники периодического и непрерывного действия, которые по направлению движения сточных вод делят на горизонтальные, радиальные и вертикальные. Загрязнения с плотностью, меньше чем у воды (нефтепродукты, смолы и другие) удаляют при всплывании их в горизонтальных и радиальных нефтеловушках, которые по устройству мало отличаются от отстойников. Нефтепродукты, всплывающие на поверхность воды, с помощью нефтесборных труб удаляются на дальнейшую переработку. Степень очистки 60 - 70%.
Для разделения неоднородных систем «вода - твёрдые частицы» (суспензии) широко используется процесс фильтрования, реализуемый за счёт пористых фильтровальных перегородок. На ряду с обычной фильтрацией, в настоящее время в ряде областей промышленности (пищевой, фармацевтической, текстильной, металлообрабатывающей, электронной) нашла широкое применение ультрафильтрация. Ультрафильтрация – это процесс мембранного разделения растворённых и диспергированных частиц, который основан на различиях в их молекулярной массе или размерах и протекает под действием давления. Растворитель и часть растворённых веществ проходит через мембрану, а молекулы, или ассоциаты, более крупные, чем поры, задерживаются. Верхний предел задерживаемых частиц обычно составляет 0,05 – 0,1 мкм.
При больших объёмах сточных вод используют фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры и барабанные сетки) и с зернистым слоем. Фильтр последнего типа представляет собой резервуар, в нижней части которого размещено дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывается слой поддерживающего металла, за тем фильтрующие материалы.
Для удаления примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются, используют флотацию. Наиболее распространены установки напорной флотации. В них сточные воды сначала насыщаются воздухом в напорной ёмкости при давлении 0,15 – 0,40 МПа, затем водовоздушная смесь поступает во флотационную камеру, работающую при атмосферном давлении. В камере воздух выделяется в виде пузырьков, которые, поднимаясь, захватывают взвешенные частицы. Пенный слой, образующийся на поверхности воды и содержащий загрязнения, удаляется из камеры. Достоинства процесса: высокая степень очистки (85 – 98%), широкий диапазон выделяемых из воды примесей, небольшие капитальные затраты, большая скорость по сравнению с отстаиванием. возможность получения шлама меньшей влажности.
3.6. Проблема традиционных методов очистки
Большое содержание загрязняющих веществ или наличие особо токсичных соединений делают непригодным применение традиционных методов очистки, а стоимость обезвреживания отходов столь велика, что становится нерентабельным основное производство. Сложившаяся обстановка требует не только интенсификации известных уже методов водоочистки, но и разработки новых.
Уже очевидно, что более перспективным путём сохранения хорошего качества водных ресурсов планеты является предотвращение попадания загрязнений в водоемы. Водоочистные технологии становятся всё более сложными и дорогостоящими, так как увеличивается число загрязняющих веществ. Кроме того, средства, истраченные на удаление вредных веществ из воды, лучше бы использовать на то, чтобы грязь не попала в воду. Часто оказывается, что фабрики, спроектированные так, чтобы сделать минимальным объём сточных вод, оказываются более экономичным, чем те, которые строят собственные очистные сооружения, отвечающие экологическим требованиям.
3.7. Роль химии в защите окружающей среды.
Химические отрасли промышленности относятся к отраслям хозяйства, оказывающей отрицательное влияние на природу. Одновременно они имеют важное значение для осуществления мероприятий по её охране: в разнообразную гамму химической продукции входят различные реагенты, сорбенты, ионообменные материалы, катализаторы и др., которые широко используются в системах очистки отходящих газов и сточных вод. На основе достижений химической науки и производства разработаны и создаются экологически чистые виды топлива, новые электрохимические источники энергии, например, свинцово-кислотные аккумуляторы для перемещения на транспорте, методы локализации загрязнения Мирового океана нефти и нефтепродуктами, новые методы опреснения воды.
Глава 4. Характеристика окислителей, применяемых при химической очистке сточных вод
4.1. Озон
Получают в озонаторах при пропуске тихого электрического разряда через О2
О3 – ядовит. ПДК – 0,16 мг/м3 в атмосферном воздухе.
0,002 – 0,02 мг/л вызывает раздражение дыхательных путей, кашель, рвоту, головокружение.
О3 – взрывоопасен во всех агрегатных состояниях. Дополнительные примеси повышают ее чувствительность.
Обеззараживание озоном питьевой воды более эффективно, чем хлором.
О3 используется для обезвреживания сточных вод химических предприятий, особенно в случае фенольных и цианидных загрязнений.
4.2. Хлор
Весьма токсичен.
Содержание Сl2 в воздухе 0,006 мг/л оказывает раздражающее действие на дыхательные пути.
При большей концентрации, чем 0,1 мг/л опасен для жизни.
ПДК в атмосфере 0,1 мг/л3 – разовая. 0,03 – среднедопустимый.
При концентрации выше, чем 0,1 мг/л остановка дыхания может наступить через 5-25 минут.
4.3 Гипохлорит натрия
Бесцветен, нестабильный, содержание 95,2% активного Cl (количество) Cl2 при взаимодействии с HCl
600 C - разлагается
700 C - взрывается
В водном растворе не устойчив. При обычной температуре (250 С) распадается на 0,085 % в сутки. Наиболее устойчив в растворе с уровнем pH11.
Промышленность выпускает щелочной водный раствор NaClO.
Способ получения: хлорирование раствора NaOH или Na2CO3 при температуре не выше 350С.
применяется для очистки воды, как дезинфицирующее средство, для отбеливания тканей и бумаги, при хлорировании и окислении органических соединений.
Негигроскопичен, на воздухе переходит в жидкое состояние из-за разложения. Добавление NaOH замедляет разложение в растворе.