Технология очистки стоков от тяжелых металлов
Рассмотрим технологию очистки стоков от тяжелых металлов.
«Характеристики и свойства сточных вод с содержанием тяжелых металлов, которые поступают на очистные сооружения, могут значительно отличаться, что, в результате, приводит к образованию смешанного состава металлосодержащих загрязненных стоков. На очистных сооружениях предприятий не всегда существует возможность получать очищенную воду, которая соответствует высоким требованиям ПДК по тяжелым металлам» [5].
«Поэтому для соблюдения нормативов технологическая схема очистки сточных вод должна состоять из последовательных процессов:
1. Концентрирования загрязняющих веществ. При очистке тяжелых металлов из стоков этот процесс хорош тем, что выделенные загрязняющие вещества могут повторно применяться в основном производстве.
2. Обезвреживание.
3. Переход примесей в новое фазово-дисперсное состояние.
4. Разделение фаз» [5].
«В технологических схемах очистки стоков установки подразделяют по гидродинамическому режиму их работы:
- проточные - включают в себя все процессы очистки сточных вод, практически полностью очищают сточные воды до необходимых нормативов;
- не проточные - сточные воды подаются дозированно, после завершения цикла - освобождаются, подходят для предварительной очистки» [5].
Таблица 3 – Рекомендации при разработке технологических схем очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов
|
|
|
| Показатели | Технологический прием |
| Высокое содержание ионов тяжелых металлов | Использование непроточных очистных сооружений (отстойников, накопителей); прямой выпуск сточных вод после подщелачивания для обезвоживания осадка |
Продолжение таблицы 3
| Показатели | Технологический прием |
| Большая амплитуда колебаний рН и загрязняющих веществ | Использование непроточных реакторов-накопителей; растворов с различной концентрацией реагентов; последовательное регулирование рН |
| Присутствие металлов с разными значениями рН гидратообразования | Применение многоступенчатого разделения фаз (двухступенчатых флотаторов, отстойников и фильтров); регулирование рН на каждой ступени разделения фаз |
| Присутствие комплексообразователей | Применение непроточных очистных сооружений в виде реакторов-накопителей для разрушения комплексов: хрома шестивалентного, цианидов и др.; использование Na2S натрия и других необходимых реагентов |
| Глубокая очистка от ионов тяжелых металлов | Использование Na2S, коагулянтов, сорбентов и других необходимых реагентов; многоступенчатое разделение фаз с последующим добавлением реагентов-осадителей |
| Деминерализация очищенной воды | Применение методов ионного обмена, обратного осмоса или электродиализа с последующим ионным обменом |
|
|
|
«При разработке технологии очистки сточных вод от тяжелых металлов следует обратить внимание на составление схем повторного и многократного применения очищенных стоков и возвращение их в оборотные системы водоснабжения промышленных предприятий. Такие технологии должны осуществлять экономичные и экологичные способы очистки и соответствовать нормативам ПДК» [5].
«На выбор определенного метода очистки влияют концентрация и компоненты стоков с содержанием тяжелых металлов, вид производства, возможность применения той или иной технологии очистки. На разных этапах извлечения ионов применяется тот метод, который является наиболее эффективным и экономически менее затратным» [5].
«Такими являются:
- реагентный;
- сорбционный;
- ионообменный;
- электрохимический;
- обратный осмос и нанофильтрация» [5].
«Реагентный метод очистки сточных вод от тяжелых металлов предполагает химическое превращение высокотоксичных растворов в нетоксичные соединения. Реагентами могут выступать гидроксиды K и Na, карбонат Na, сульфиды Na» [5].
|
|
|
Если в растворе содержатся вещества, которые способны легко восстанавливаться, тогда прибегают к методу восстановительной очистки. Для этих целей используют сульфат железа, диоксид серы, гидросульфит натрия.
Формула:
(1)
«Осаждение ионов тяжелых металлов осуществляют с помощью известкового молока, раствора едкого натра и соды. При применении NaOH необходимо строго контролировать величину рН и подбирать оптимальную дозировку. Использование соды в случае, когда стоки загрязнены такими металлами, как Zn, Pb, Cu и Cd, приводит к образованию основных карбонатов, состав которых зависит от условий реакции: температуры, концентрации раствора, рН и пр» [5].
Формула:
(2)
«Для повышения результатов очистки металлосодержащих стоков целесообразно использовать коагулянты и флокулянты. Коагулянтами могут выступать соли Fe, Al или их смеси» [5].
«Наибольшее распространение среди солей Al получили Al₂(SO₄)₃ и NaAlO₂. Сульфат алюминия экономически выгоден, кроме того, легко растворяется в воде и дает хороший результат при рН 5 - 7,5. Алюминат натрия при рН 9,3 - 9,8 образует хлопья, способные к быстрому осаждению. Чаще всего применяют смесь солей алюминия, что позволяет расширить диапазон значений рН, повысить скорость образования хлопьев и увеличить их плотность» [5].
|
|
|
«Из солей железа чаще всего применяют сульфат железа, хлорное железо, соли трехвалентного железа. Но из-за высокой коррозионной способности и меньшего эффекта хлопьеобразования, соли железа имеют не такое широкое распространение или их используют в смеси с солями алюминия» [5].
«Применение титанового коагулянта позволяет довести степень очистки стоков от тяжелых металлов до 50 – 67 %. Флокулянтами могут выступать природные (крахмал, декстрин, эфиры), неорганические (диоксид кремния), синтетические (полиакриламид) вещества» [5].
«Недостатками реагентного метода являются:
- высокая стоимость реагентов при их большом расходе;
- повторное загрязнение очищенных вод, что исключает ее возврат в цикл оборотного водопользования;
- утрата ценных веществ и затруднение их переработки;
- образование большого количества осадков» [5].
«Хотя исходный состав металлосодержащих стоков не играет существенной роли для качества их очистки реагентным методом, все же требуется доочистка на электродиализаторах или ионообменных фильтрах перед сбросом в водоемы хозяйственно-бытового назначения» [5].
В последнее время для очистки неорганических стоков все чаще используется мембранное разделение благодаря удобству его эксплуатации. Технология мембранного адсорбента – это технология мембранной интеграции, которая была разработана в середине 1980-х годов [3].
Адсорбция – это процесс массопереноса, при котором вещество переносится из жидкой фазы на поверхность твердого тела и связывается физическими и/или химическими взаимодействиями. Ионы тяжелых металлов в водном растворе могут быть захвачены адсорбентом посредством физической или химической адсорбции. Как правило, химическая адсорбция более популярна для удаления тяжелых металлов, поскольку она имеет более сильное взаимодействие и более высокую адсорбционную способность по отношению к тяжелым металлам. Специальные функциональные группы на поверхности адсорбентов обеспечивают существенное взаимодействие с тяжелыми металлами, что приводит к адсорбционному отделению тяжелых металлов от воды.
Адсорбция — это очень экономичный, удобный и простой в эксплуатации метод. Он показывает высокую эффективность удаления металлов и применяется как быстрый метод для всех видов очистки сточных вод. Это становится популярным методом, поскольку в этом процессе адсорбент можно повторно использовать и извлекать металл. Таким образом, существует два типа адсорбции:
Химическая адсорбция также называется активированной адсорбцией: адсорбат может образовывать монослой. Он также используется в каталитических операциях. В общем, основные этапы адсорбции загрязняющих веществ на твердом адсорбенте:
- перенос загрязняющего вещества из объемного раствора на внешнюю поверхность адсорбента. Внутренний массоперенос осуществляется за счет диффузии пор от внешней поверхности адсорбента к внутренней поверхности пористой структуры.
- адсорбция адсорбата на активных центрах пор адсорбента. Общая скорость адсорбции определяется либо образованием пленки, либо внутричастичной диффузией, либо обоими способами, поскольку последний этап адсорбции является быстрым по сравнению с двумя оставшимися этапами.
Физическая адсорбция: это обычное явление, которое происходит в любой системе твердое, или жидкое или твердое, или газообразное. Физическая адсорбция – это процесс, в котором связывание адсорбата на поверхности адсорбента вызывается силами притяжения Ван-дер-Ваальса.
Хорошо известно, что pH является важным параметром для адсорбции ионов металлов из водного раствора, поскольку он влияет на растворимость ионов металлов в воде, концентрацию противоионов на функциональных группах адсорбента и степень ионизации адсорбат во время реакции.
Мембранный адсорбент получают путем присоединения функциональных групп к поверхности и стенке пор полимерных мембран; целевые загрязнители избирательно адсорбируются на функциональную группу. Мембранный адсорбент эффективно сочетает в себе фильтрующую способность мембраны. Когда загрязненная вода протекает через мембрану, функциональные активные центры связывания будут объединяться с целевыми загрязнителями для удаления загрязняющих веществ из питьевой воды с высокой степенью адсорбции и емкостью из-за очень короткого расстояния контакта на субмикронном уровне между целевыми загрязнителями. к адсорбированному активному сайту связывания мембранных адсорбентов.
На рисунке 4 представлено устройство мембранной системы.
Рисунок 4 - Устройство мембранной системы
В настоящее время адсорбция считается наиболее предпочтительным методом очистки воды, но обычные адсорбенты, включая активированный уголь, цеолиты и натуральные волокна, страдают низкой адсорбционной способностью, плохой селективной сорбцией и неудовлетворительной регенерационной способностью. Ряд усовершенствованных адсорбентов, включая наноструктурированные оксиды металлов, углеродные нанотрубки, нанолисты пористого нитрида бора и пористый графен, среди прочего, были разработаны для преодоления этих недостатков
«При использовании метода ионного обмена получаемое качество очистки позволяет использовать очищенные воды от тяжелых металлов в оборотном цикле водопользования. Метод предполагает обмен между ионами в растворе и ионами на поверхности твердой фазы - ионита. В качестве ионитов чаще всего используют синтетические ионообменные смолы» [7].
«С помощью ионного обмена производится глубокая очистка загрязненных стоков от ионов тяжелых металлов: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd и цианидов» [7].
«Основным недостатком метода ионного обмена является вторичное загрязнение сточных вод после восстановления, когда возникает необходимость их обезвреживания» [7].
«При нанофильтрации используются мембраны с отверстиями в несколько нм. Для таких мембран используют пористые материалы: ароматические полиамиды, ацетат целлюлозы, керамику» [7].
«Способ очистки металлосодержащих сточных вод на нанофильтрационных мембранах заключается в движении воды вдоль мембранной поверхности и смывании загрязнений. Такие мембраны имеют сниженную селективность и большую проницаемость» [7].
«Нанофильтрация дает хороший результат на заключительном этапе очистки стоков от загрязнений ионами тяжелых металлов» [7].
Рассмотрим очистку стоков от ионов металлов.
«В загрязненных стоках ртуть находится в металлической форме, а также в виде оксидов, сульфатов, сульфидов, нитратов, цианидов, тиоцианатов, ционатов. Стоки, которые содержат ионы ртути, являются наиболее токсичными» [8].
«Металлическую форму ртути очищают из загрязненных стоков методом отстаивания или фильтрования. Взвешенные частицы осаждают хлором или гипохлоритом натрия до хлорида ртути, затем восстанавливают. Далее следуют процессы осаждения с помощью сульфида Na с образованием сульфида Hg и последующей коагуляцией хлоридом Fe» [8].
«Соединения ртути из стоков можно извлечь несколькими способами:
- осадить сульфидом железа или его смесью с сульфатом бария;
- восстановить до металлической формы;
- использовать реагентный или сорбционный метод или метод ионного обмена» [8].
«Очистка стоков от цинка, меди, никеля, свинца, кадмия. Для извлечения из загрязненных стоков ионов цинка Zn, меди Cu, никеля Ni, свинца Pb, кадмия Cd наиболее рациональным методом является реагентный. Регенты переводят растворимые соединения в нерастворимые осадки. Для этого используют оксид кальция, гидроксид натрия, соду и едкий натр» [8].
«Загрязненные воды, которые содержат соли цинка, обрабатывают гидроксидом натрия. При этом необходимо контролировать величину рН» [5].
«Соли меди образуют гидроксид Cu или гидроксикарбонат Cu, но так как гидроксикарбонат слабо растворим, то наиболее правильно будет осаждать медь в виде основного карбоната. Для этих целей используют известь третьего сорта» [5].
«Очистка загрязненных стоков от кадмия осуществляется добавлением диоксида S или сульфитов и металла в виде порошка (Fe или Zn). Металлы способствуют восстановлению сульфитов до труднорастворимых сульфидов» [5].
Для осаждения никеля также подходит известь третьего сорта.
«Удаление свинца из загрязненных стоков происходит с превращением его в карбонат свинца с помощью известняка, мела, мрамора. Как правило, эти минералы являются загрузкой фильтров» [5].
Использование Na₂S позволяет добиться высоких результатов очистки.
«Для очистки мышьяка из загрязненных стоков следует учитывать форму металла и его концентрацию, кислотность раствора, компоненты и некоторые другие показатели раствора. Чаще всего вещество переводят в малорастворимое и осаждают. Получаются арсенаты и арсениты металлов, сульфиды и триоксид мышьяка» [5].
«В сильнокислом растворе используют известковое молоко, сульфид натрия, сероводород. Мышьяк As (V) легко связывается и более способен к осаждению, чем As (III). Поэтому перед очисткой из стоков мышьяка As (V) необходимо его перевести в форму As (III). Для этого используют хлорную известь, гипохлоритную пульпу, пероксид водорода, азотную кислоту, озон, пиролюзит» [5].
Удаление из загрязненных стоков хрома (VI) происходит в два этапа:
- восстановление хрома (VI) до хрома (III);
- осаждение хрома (III) в виде гидроксида.
Реагентами выступают натрия сульфит, натрия гидросульфит, натрия тиосульфат. Восстановление осуществляется в кислой среде. Если в качестве восстановителя применить сульфат железа, то подкисление стоков не требуется.
Для удаления железа из загрязненных стоков используют аэрацию, реагентные методы, электродиализ, адсорбцию, обратный осмос.
Во время воздействия кислородом воздуха железо окисляется и переходит из Fe (II) в Fe (III), которое затем отделяется после осаждения. Для перевода железа в форму трехвалентного используют также хлор, хлорную известь, перманганат калия, озон, известь, соду.
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 168; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!