Очистка сточных вод от ионов аммония методом окисления

Управление  образования администрации

Московского района 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Очистка сточных вод от ионов аммония  методом окисления 
 

Секция экологии 
 
 
 
 

                                                               Авторы:

Русак Наталья Юрьевна

Есенина 15-119, тел. 2747056

гимназия №10, 10 «Б» класс 

Лагутин Петр Васильевич

Слободская 137-68, тел. 3765024

гимназия №10, 10 «Б» класс 

  Научный руководитель:

          Давыденко Татьяна Николаевна

          гимназия № 10

          учитель химии 
 
 
 
 
 

Минск, 2007

 

Содержание 

 

Введение 

    Вода – одно из самых важных  веществ для всех живых организмов  на земле, в том числе и  человека. Чистая пресная вода  необходима человеку в быту, она  широко используется на всех  промышленных и сельскохозяйственных  предприятиях, а также просто для питья.

    Неуклонное возрастание числа  химических соединений, используемых  в промышленности, сельском хозяйстве,  быту создает принципиально новую  по своей опасности экологическую  ситуацию для окружающей среды,  в том числе и для воды, а  значит и для человека. Ежегодно во внутренний водоёмы и моря сбрасывают 150 км³ сточных вод, в том числе 40 км³ без очистки. Сброс неочищенных сточных вод в водоёмы изменяет качество природных вод: снижает рН, повышается содержание тяжёлых металлов и неметаллов (Pb, Hg, Zn, As, Cd), нитратов и нитритов, фосфатов, ПАВ, пестицидов и продуктов их распада; уменьшается содержание кислорода и прозрачность; увеличивается количество вирусов и бактерий.

Проблема  химической безопасности воды приобретает  все большее значение. Основными источниками чистой воды для населения являются подземные воды, реки, озера. Пути их загрязнения различны. В основном это – сточные воды промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Вот почему очистка сточных вод от содержащихся в них различных небезопасных веществ имеет большое значение для устранения загрязнений водоемов и улучшения экологической ситуации.

     В  настоящее время на многих  промышленных предприятиях существует  проблема очистки сточных вод  от ионов аммония NH₄+.

Большое количество аммонийного азота приводит к кислородному голоданию растений и отрицательно влияет на флору и фауну водного бассейна. В питьевой воде содержание аммонийного азота вообще не допустимо.

     Для  очистки сточных вод от ионов  аммония, которые образуются при загрязнении сточных вод солями аммония и аммиаком, широко применяются химические методы: в частности окисление. В качестве окислителей могут применяться озон, хлор, так же гипохлориты щелочных и щелочноземельных металлов таких как NaClO и Ca(ClO)2.

Окисление с помощью гипохлоритов является наиболее приемлемым методом, т.к. их растворы безопасны, обеспечивают высокую степень очистки, способ прост в осуществлении, не требует создания специальных установок.

Химизм процесса окисления гипохлоритами можно  выразить следующими уравнениями реакций:

2NH₄OH+ 3NaClO = N₂ + 3NaCl+ 5H₂O

4NH₄OH+ 3Ca(ClO)₂ = 2N₂ + 3CaCl₂+ 10H₂O

В результате токсичные  ионы аммония заменяются на ионы натрия или кальция.

Цель  исследования - определение степени очистки сточных вод от ионов аммония при различных условиях проведения химико-технологического процесса, таких как температура, значение рH среды и количество окислителя.

Объект исследования - промышленные сточные воды с содержанием ионов аммония 0,816 г/л.  

 

Глава 1. Общие сведения о загрязнении вод 

1.1. Проблема чистой воды и источники ее загрязнения. 

Распределение воды на нашей планете очень неравномерно. Основную её часть (97,41%) содержат океаны только малая часть (2,59%) находиться на суше. Большая часть воды на суше малодоступна, поскольку она  присутствует в виде льда, снега или грунтовых вод, и только небольшое количество от общего влагопользования (0,014%) доступно людям и другим живым организмам.

С ростом населения Земли и увеличением  выпуска промышленной и сельскохозяйственной продукции потребление воды в глобальном масштабе возрастает.

По оценкам  Института мировых ресурсов около 9000 км3 пресной воды доступно для  человеческой деятельности. Этот запас  воды в принципе достаточен, чтобы  обеспечить 20млрд человек в год. Водопотребление на одного человека колеблется от 30 до 400 литров в сутки. Например, в Минске на одного человека расходуется 320 литров в сутки, в Москве 560, в Ташкенте 915, в Лондоне 250, в Нью-Йорке 600 литров в сутки. В среднем городское водопотребление оценивается в 460 литров в сутки, из них 50% идёт на хозяйственно-питьевые, 20% - на коммунально-бытовые, и 30% - на производственные нужды. Однако в целом главным потребителем воды в разных странах является сельское хозяйство. В мировом масштабе – это 73% используемой воды. Невозможно указать другое вещество, которое находило бы столь разнообразное и широкое применение, как вода. Вода – химический реагент, участвующий в производстве кислорода, водорода, щелочей, азотной кислоты, спиртов, альдегидов, гашеной извести и многих других важнейших химических продуктов. Вода – необходимый компонент при схватывании и твердении гипса, цемента, извести и др. Как технологический компонент для варки, растворения, разбавления, выщелачивания, кристаллизации вода применяется в многочисленных производственных процессах. В технике вода служит энергоносителем, теплоносителем, рабочим телом в паровых машинах, используется для передачи давления. или передачи мощности. Вода, подаваемая под значительным давлением через сопло, размывает грунт или породу

Требования, предъявляемые к воде в промышленности, весьма разнообразна. Вода особой чистоты  нужна для развития производств  и полупроводников, люминофоров, используется в атомной технике.

Видимые громадные запасы воды, её доступность и дешевизна определили бездумное, бесхозяйственное отношение к её использованию. Стремительный рост потребления воды промышленностью ставит перед человеком новую важную проблему – борьбы с истощением и загрязнением водных ресурсов планеты. Обеспечение достаточным количеством качественной воды – серьёзная проблема, над которой работают учёные во многих странах.

При прохождении  через гидрологический цикл  вода загрязняется взвешенными и растворёнными  веществами – как природными компонентами, так и отходами человеческой деятельности. Доля промышленности в загрязнении поверхностных вод в целом составляет 70- 80%. Основная часть используемой в промышленности воды возвращается в естественные водоёмы, но уже в виде стоков, загрязнённых примесями взвешенных и растворённых соединений, большинство из которых токсичны или меняют солевой состав водоёмов, вызывают вторичное загрязнение, например, после анаэробного разложения. Особую экологическую опасность представляют сточные воды химических  и нефтехимических  предприятий. Это связано с их сложным и переменным составом, высокой токсичностью, преимущественным содержанием растворённых загрязнений, которые с трудом окисляются биохимическим методом. Примером может служить загрязнение сточных вод при электрохимических производствах ионами тяжёлых металлов, цианид-анионами, поверхностно-активными веществами и т.д.

Загрязняющие  вещества могут попадать в озёра  и реки и из таких источников, как неисправные канализационные  сети, скотные дворы и животноводческие фермы, разного рода выгребные ямы, ливневые стоки городских и промышленных территорий, а так же при протекании через загрязненную почву. Поступление большого количества удобрений со сточными водами в водоёмы (на склоновых землях вымывается до 20% азота, 2 – 5% фосфора и 10 – 70% калия) приводит к чрезмерному росту водорослей. Когда разросшиеся за счёт притока питательных веществ водоросли гибнут, они при разложении поглощают почти весь растворённый в воде кислород, вследствие этого быстро ухудшаются условия для существования живых организмов (эвтрофикация водоёмов).

Особо опасным источником загрязнения  поверхностных и грунтовых вод  являются свалки химических отходов. Так, в апреле 1990 года возникла социально-экологическая  напряжённость в Донбассе, связанная  с химической опасностью: многие горняки шахты «Углегорска» (г. Горловка), а также шахты в г. Енакиево отравились «неизвестными химическими веществами». Источником отравления была свалка хим.завода, созданная почти 30 лет назад на месте бывшего песчаного карьера.

Некоторые загрязнители (серная и азотная кислоты, сульфаты, нитраты, соединения тяжёлых металлов, ДДТ и др.) попадают в природные воды из атмосферы с осадками. В начале 90-ых годов среднегодовая величина общей минерализации осадков на территории Беларуси изменилась в пределах от 10 до 20 мг/л. Основной вклад в общую минерализацию вносят сульфаты и нитраты (35 - 40% и 20% соответственно). На величину потока загрязняющих веществ значительное влияние оказывает неравномерность выпадения осадков. Часто, высокие концентрации химических веществ в атмосфере над территорией республики не приводили к выпадению их на поверхность земли только благодаря отсутствию или небольшим количеством атмосферных осадков.

В тех  районах, где рост промышленного  производства в речном бассейне сопровождается эффективной обработкой отходов и принятие мер по предотвращению попадания загрязняющих веществ в водоемы, хорошее качество воды сохраняется. Аналогичная ситуация сложилась на реке Даугава в ноябре 1990 года. В результате аварии на химическом комбинате в г.Новополоцке произошел сброс в реку большого количества цианидов. В связи с закрытием водозаборных станций, питающих ряд населенных пунктов, а так же районов г. Риги, пришлось срочно производить расконсервирование резервных артезианских скважин для обеспечения населения чистой водой.

Приведенные примеры показывают, что во всех странах мира до сих пор проявляется  поразительная недальновидность в  отношении использования водных ресурсов. Если не произойдет существенного  улучшения в использовании воды на земле, то будущее рода человеческого и жизни вообще окажется под угрозой. 

1.2 Отходы производства  и потребления. 

На предприятиях химико-лесного комплекса воду используют для производственных и хозяйственно-бытовых  нужд. Потребление свежей воды на каждом предприятии достигает огромных размеров и сопровождается образованием сточных вод, сброс которых загрязняет водоёмы. С учётом этого для сокращения потребления свежей воды, и уменьшения количества сточных вод проводят различные мероприятия: разрабатывают безводные и маловодные технологические процессы; совершенствуют действующие производства; внедряют аппараты воздушного охлаждения, повторно используют в оборотных и замкнутых системах очищенные сточные воды.

Основное  количество воды (до 80%) служит для охлаждения оборудования, газообразных и жидких продуктов. Охлаждающая вода  не соприкасается с материальными потоками и циркулирует в оборотных системах (условно чистая вода); она многократно нагревается до 40-45С и охлаждается в вентилируемых градирнях или брызгальных бассейнах. В результате испарения безвозвратно теряется  значительно количество воды. Кроме того, для предотвращения инкрустаций, коррозии, биологического обрастания аппаратов и трубопроводов, часть обработанной воды выводится из системы на очистку (продувочная вода). Указанные потери компенсируются подачей в систему свежей воды. В целом на химической промышленности и предприятии по производству удобрений коэффициент использования воды К =0,73 (на некоторых предприятиях 0,85 – 0,95), а доля оборотной воды достигла 82,5%.