Химично пречистване на отпадни води

Протичането на много от производствените процеси в различни отрасли от промишлеността е свързано с генерирането на големи количества отпадни води, съдържащи различни химични замърсители. Необходимостта от прилагане на методи за тяхното предварително пречистване е свързана преди всичко с негативното въздействие на тези води върху околната среда. Те могат да бъдат токсични и да имат дългосрочни последствия.

Химичното пречистване е предпочитан метод в случаите, в които отделянето на примесите е възможно само в резултат на химически реакции между примесите и реагенти. Съответно, отстраняване на химичните замърсители от отпадните води е на база химични реакции, при протичането на които замърсяващите вещества се превръщат в неразтворими във вода съединения и се отделят като твърда или течна фаза, разрушават се до безвредни продукти или се превръщат в безвредни слабодисоцииращи се съединения.

В практиката за химично пречистване на промишлени отпадни води се използват процеси като неутрализация, окисление, като групата на окислителните методи включва и електрохимичната обработка и други.

Неутрализация на отпадните води
Процесът на неутрализация се препоръчва за химично пречистване на отпадни води, които имат киселинен или алкален характер и не са замърсени с други компоненти, като целта е да се получи вода с неутрален характер.

Използват се няколко подхода: взаимна неутрализация на отпадни води с киселинен и алкален характер; неутрализация с прибавянето на локални реагенти, напълно разтворими във вода или частично разтворими в нея като киселинни разтвори, негасена вар, гасена вар, натриев карбонат, натриев хидроксид, амоняк; филтриране през неутрализиращи материали като вар, варовик, доломит, магнезиев карбонат и други.

Неутрализацията посредством смесването на води с киселинен характер с такива с алкален се счита за един от най-лесно приложимите и икономически изгодни методи за неутрализация. Този метод намира широко приложение в химическата промишленост.

Благодарение на различията по отношение на формиране и отвеждане на тези води се използват регулиращи и усредняващи устройства, с помощта на които отпадните води равномерно се отвеждат в канализационната система и се осигурява оптимално използване на киселините и основите, съдържащи се в тях. Необходимо условие е отпадните води да не съдържат токсични или взривоопасни вещества.

Когато отпадните води са само с киселинен или само алкален характер, се прибягва към реагентни методи за неутрализация. Изборът на конкретен реагент е в зависимост от концентрацията на замърсяващи вещества и от характера на получените продукти след неутрализацията.

Например за неутрализация на минерални и органични киселини се използват реагенти, образуващи хидроксидни йони. Сред най-често използваните реагенти е калциевият хидроксид Ca(OH)2 под формата на варно мляко, поради лесната му достъпност. Други широко използвани реагенти са NaOH и Na2CO3.

Добре е да се има предвид, че при използването на калциев хидроксид за неутрализация на отпадни води, съдържащи сярна киселина, се утаява калциев сулфат (гипс), поради което е необходимо предвиждането на утаители.

За неутрализация на отпадни води с алкален характер се използват различни киселини и киселинни газове като димните газове, съдържащи CO2, SO2 , NO2, N2O3 и т. н. Прилагане на киселинни газове не само неутрализира отпадните води, но и пречиства вредните компоненти на самите газове.

Неутрализация на алкални води с димни газове е икономична технология, тъй като това елиминира изхвърлянето на отпадни води, намалява потреблението на прясна вода, води до икономия на топлина за загряване на прясна вода и се почистват димните газове от киселинни компоненти (CO2, SO2, и т. н.) и прах.

Неутрализирането на отпадните води спомага за предотвратяване развитието на корозия в тръбопроводните системи, за поддържане на оптимални условия за микроорганизмите в пречиствателните станции за отпадни води, прилага се и преди заустването на част от пречистените отпадни води в естествени водоеми. Тя е често използван метод за регулиране концентрацията на водородните или хидроксилните йони в отпадните води.

Изборът на конкретен метод за неутрализация зависи от вида и концентрацията на киселините в отпадните води, количеството и режима на постъпващите за неутрализация отпадни води, наличието на реагенти и други.

Пречистване на отпадните води с помощта на окислители
Окислителните методи за пречистване на промишлени отпадни води се основават на разрушаване на замърсяващите вещества до безвредни продукти под действието на силни окислители като хлор и негови съединения, озон, калиев перманганат, водороден прекис, кислород и други.

Характерна особеност на метода е ограничената му приложимост предимно до отпадни води, съдържащи ниски концентрации на замърсяващи вещества. Намира приложение предимно за при обработката на промишлени отпадни води, съдържащи токсични примеси (цианиди , комплексни цианиди на мед и цинк ), или съединения, за които е нецелесъобразно извличането им от отпадните води или отстраняването им посредством други методи (водороден сулфид, сулфиди).

Активността на веществата като окислители се определя от стойността на окислителния им потенциал. Хлорът и веществата, съдържащи активен хлор, се явяват най-разпространените окислители. Те се използват за пречистване на отпадни води от сероводород, хидросулфид, феноли, цианиди и други.

При третиране на промишлено отпадни води, отстраняването на молекулярни и йонно разтворени вещества чрез окисляване с натриев хипохлорит е един от най-разпространените и икономически изгодни методи за пречистване. Широко използван е и хлорният двуокис, който поради високия си окислителен потенциал разрушава простите и комплексните цианиди от отпадните води на галваничните цехове, окислява фенола и неговите хомолози, като не допуска получаването на хлорфенол.

За окисляване на отпадни води от целулозни, нефтопреработвателни и нефтохимични производства се използва и кислород от въздуха. Процесът протича в течна фаза при повишена температура и налягане.

С повишаване на температурата и налягането на скоростта на реакцията и дълбочината на окисление на сулфид и хидросулфид се увеличава. Атмосферния кислород се използват и при пречистване на отпадни води съдържащи желязо.
За разрушаване на сулфидни съединения може да се използва и въглероден двуокис, съдържащ се в димните газове.

Друг силен окислител използван при пречистването на отпадни води е озонът. Той има способността да разгражда във водни разтвори, при нормална температура, много органични съединения и примеси. Окислението с озон може едновременно да осигури обезцветяване, премахване на вкусове и миризми и обеззаразяване.

Озонът окислява както неорганични, така и органични вещества, разтворени в отпадната вода. Озонирането е подходящо за третиране на отпадни води, съдържащи феноли, масло, сероводород, арсенови съединения, повърхностно активни вещества, цианиди, оцветители, канцерогенни ароматни въглеводороди, пестициди и други.

Добре е да се има предвид, че пречиствателният ефект при озонирането се основава на разтворимостта на озона във водата. Важен фактор за приложимостта му е неговата стабилност, която намалява с увеличение на съдържанието на соли във водата, киселинността и температурата.

За обезцветяване на отпадни води, замърсени с различни багрила, се прилага комбинация от озон и ултравиолетови лъчи. Системите могат да използват озон, генериран от атмосферния въздух, или получен от технически кислород.

Отстраняване на концентрирани органични и неорганични замърсители
За подходящо решение за пречистването на концентрирани органични и неорганични замърсители в отпадните води се счита използването на електрохимично окисление, основаващо се на електролиза на производствените отпадни води.

Химическите трансформации при електролизата могат да бъдат много различни в зависимост от вида на електролита и материала на електрода, както и присъствието на различни вещества в разтвора. Основно електролизата включа два процеса: анодно окисление и катодно възстановяване.

В качеството на анод се използват електролитно неразтворими материали като въглерод, графит, магнетит, оловен диоксид и други депозирани на база титан. Като катод обикновено се използват олово, цинк и неръждаема стомана. От съществено значение за електрохимичното окисление е плътността на тока.

За да се предотврати смесване на продуктите на електролизата, особено газове (водород и кислород), които могат да образуват експлозивни смеси, се използва керамична, полиетиленова, азбестова или стъклена диафрагма, разделяща анодното и катодното пространство. 

В процеса на анодно окисление протича разпадане на органичните вещества, получени като междинни или крайни продукти от окислението (органични киселини, CO2, H2O).
При електролиза на алкални отпадни води, съдържащи цианид, на анода протича окисление на цианидни йони с образуване на цианатни йони и допълнителното им електрохимично окисляване до крайни продукти.

С цел да се подобри електропроводимостта на отпадни води, намаляване на консумацията на енергия и засилване на процеса на окисляване, в някои случаи се добавя вода и минерални соли.

За химично пречистване на отпадни води производителите на пречистващи съоръжения днес предлагат комплексни решения, при които е предвидено отделяне на образуващата се процеса на пречистване утайка.

Сред съоръженията, които се включват в системите за химично пречистване, са смесителни резервоари, резервоари за химикали, резервоар за смесване и дозиране на химически разтвори, дозиращи резервоари, бъркалки, дозаторни помпи, системи за контрол и управление и други. Често се предвиждат и системи за обезводняване на утайката.

Химичното пречистване се явява много ефективен метод, осигуряващ води с подходящ химичен състав, които могат да бъдат използвани повторно в производството.