Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ: ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ
Посмотреть оригинал

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.

ПДК# для этих металлов в воде водоемов в мг/л равна: для цинка — 1,0; меди — 0,1; никеля — 0,1; свинца — 0,1; кадмия — 0,01; кобальта — 1,0.

При обработке кислых вод оксидом кальция и гидроксидом натрия ионы указанных тяжелых металлов, содержащиеся в стоках, связываются в труднорастворимые соединения. Состав солей зависит от pH среды. Так, при pH = 7 осаждается гидроксид-сульфат цинка состава ZnS04 3Zn(OH)2, а при повышении pH до 8,8 составу осадка соответствует формула ZnS045Zn(0H)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 pH обрабатываемого стока с тем, чтобы не создать условий для растворения амфотерных гидроксидов. Выделение катионов Zn2+ щелочами основано на переводе их в труднорастворимый гидроксид цинка:

Произведение растворимости гидроксида цинка составляет 7,1 10-18, началу выпадения в осадок соответствует pH = 5,4. При pH = 10,5 начинается растворение амфотерных гидроксидов цинка, а при достижении pH = 12 происходит образование комплекса:

Исходя из этого, очистку следует проводить при pH = 8-9. В этих условиях присходит максимальное осаждение гидроксида цинка.

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

При значених pH от 7 до 9,5 образуется основной карбонат состава 2ZnC03 3Zn(OH)2, начиная с pH = 10, доля гидроксида возрастает.

Хотя осаждение основных карбонатов начинается при более низких значениях pH, 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, способствуя всплытию части осадка в отстойниках. Газ необходимо удалять продувкой воздухом по достижении pH = 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 ее в виде гидроксида или гидроксид-карбоната:

Осаждение гидроксида меди происходит при pH = 5,3.

Растворимость гидроксид-карбонат меди ничтожно мала, поэтому наиболее выгодно осаждать медь в виде основного карбоната. Для этого в растворе нейтрализующего реагента необходимо иметь одновременно как гидроксидные, так и карбонатные ионы. Следовательно, применение для осаждения меди только щелочей или извести высшего сорта, дающих гидроксид-ионы, нецелесообразно. Лучшим реагентом для очистки сточных вод от катионов меди является известь III сорта, содержащая “недожог” (СаС03).

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 и кадмия разработан 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 труднорастворимые сульфиды. При pH = 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:

Осаждение гидроксида никеля начинается при pH = 6,7. Произведение растворимости Ni(OH)2 равно 2,0 10-15. Так же как и для меди, концентрация катионов никеля чрезвычайно зависит от pH: при pH = 8,0 она составляет 23,5 мг/л, а при pH = 9,5 только 0,5 мг/л. Произведение растворимости карбоната никеля выше, чем гидроксида и равно 6,610 9. Растворимость гидроксид-карбоната никеля практически равна нулю, поэтому для наиболее полного удаления никеля следует (так же как и для меди) применять известь III сорта, содержащую СаС03.

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

Началу выпадения в осадок гидроксида свинца соответствует pH = 6,0. Произведение его растворимости равно 1,1 10'20, карбоната свинца — 1,0 10~13. 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-оса- дителя 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-карбоната свинца. Наибольшая степень очистки достигается при pH = 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, pH 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 осадителя 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 гидроксосо- лей, 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 pH = 8,5 и отделения осадка вводить в осветвленную 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 обратного 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, например, при непосредственном сбросе в рыбохозяйственные водоемы, очистка щелочными реагентами не дает необходимого 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 труднорастворимых соединений — гидроксидов и карбонатов (табл. 11.14).

Осаждение сульфидов происходит при более низком значении pH, чем гидроксидов и карбонатов. Например, сульфид цинка осаждается при pH = 1,5, сульфиды никеля и кобальта — при pH = 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 интенсификации процесса их осаждения в сточные воды необходимо вводить коагулянты и флоку- лянты. 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 электро-

Таблица II. 14.

Произведение растворимости гидроксидов и сульфидов меди, никеля, цинка и свинца

Катионы

Соединения

Произведение растворимости

гидроксидов

сульфидов

Си2"

Cu(OH)2; CuS

5,110 20

8,5-10

Ni2*

Ni(OH)2; NiS

2,0-I0“15

1,4 -10 24

Zn2

Zn(OH)2; ZnS

7,110 18

1,610 24

Pb2*

Pb(OH)2; PbS

1,1-Ю-20

3,4-10~28

лит с многозарядными катионами, так как коллоидные частицы заряжены положительно. Хорошими коагулянтами гидроксидов являются сульфат-ионы. Помимо электролитной коагуляции, на практике часто используют взаимную коагуляцию коллоидных растворов с противоположным зарядом частиц.

Для ускорения процесса коагуляции используют флокулянты, в основном полиакриламид. Добавка его в количестве 0,01% от массы сухого вещества увеличивает скорость выпадения осадков гидроксидов металлов в 2-3 раза.

Выше было отмечено, что реакции замещения протекают в определенном диапазоне pH. 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:

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

Схема реагентной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с отделением осадков показана на рис. 11-65. Недостатком такой очистки является образование большого количества труднообезво- живаемого 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 осаждение 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.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы