Очистка сточных вод от ионов аммония методом окисления

Для химических отраслей промышленности характерна широкая  номенклатура продукции и многообразие различных по составу физхическо-химических свойствам отходов производства. Количество последних вследствие развития производства непрерывно возрастает, что способствует загрязнению окружающей среды. Между тем выброс в неё отходов  нецелесообразен не только экологически, но и экономически, поскольку большинство их представляет собой вторичные материальные ресурсы. Научно-технический прогресс позволяет благодаря разработке и внедрению соответствующих прогрессов и методов, а так же оборудования не только сократить отходы производства и повысить его эффективность (вследствие значительного снижения расходы сырья и материалов и стоимости продукции), но и обеспечить необходимую защиту окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами. Отходы в химической технологии классифицируют по агрегатному состоянию, токсичности, методам переработки и др. По агрегатному состоянию различают отходы газообразные жидкие и твёрдые. Газообразные отходы – выделение химико-технологических процессов, выбросы из промышленных печей, сушилок, отдувочных аппаратов и тд. Жидкие отходы почти полностью состоят из жидкой фазы и содержат растворённые в воде или иных растворителях соли, щёлочи, концентраты, органические вещества, а так же примеси взвешенных частиц. Твёрдые отходы получают в виде порошков, пылей, слитков или затвердевшей массы. К отдельной группе отходов относят так называемые шламы-остатки, содержащие твёрдую и жидкую фазы (осадки после фильтрования, седиментации, нейтрализации).

Кроме отходов производства возникают  так же отходы потребления. Промышленные отходы – металлолом, вышедшее из строя  оборудование, технические изделия  из пластмасс, резин, стекла и др. Бытовые отходы – пищевые остатки, изношенные одежда, обувь и тп., использованная тара и тд.

По токсичности  отходы подразделяют на безвредные, токсичные  и особо токсичные. Токсичность  отходов устанавливают: по эффекту  непосредственного воздействия на здоровье людей, по воздействия на животных, по бимолекулярным свойствам, по устойчивости в окружающей среде, по свойствам продуктов разложения и т.д. 

1.3 Типы затрат на  природоохранные  мероприятия. 

Отходы, попадающие в атмосферу, гидросферу и литосферу, ухудшают природную среду. Для поддержания её на заданном уровне на современном этапе развития производства требуются значительные затраты:

- на  мероприятия, необходимые для  уменьшения поступления выбросов  в окружающую среду.

- на  компенсацию социальных последствий от выбросов.

- на  возмещение потерь сырья и  продуктов с отходящими газами  и сточными водами.

Для уменьшения размеров экономического ущерба необходимо увеличивать выпуск очистных сооружений и повышать их эффективность. Для  стабилизации и улучшения состояния окружающей среды в разных странах выделяются средства в размере 1 – 2,5% от национального дохода.

                 

 

Глава 2. Характеристика сточных вод 

В зависимости  от условий образования различают  сточные воды: промышленные, атмосферные (образуются в результате выпадения атмосферных осадков и, загрязняясь минеральными и органическими

веществами, стекают с территории предприятий), хозяйственно-бытовые.

Промышленные  сточные воды представляют собой  жидкие отходы, которые образуются при переработке неорганического и органического сырья. Источники сточных вод в технологических процессах:

- воды, образующиеся при протекании  химических реакций (загрязнены  их продуктами и исходными  веществами).

- воды, находящиеся в виде свободной  и связанной влаги в сырье или исходных продуктах и выделяющиеся при их переработке.

- воды  от промывок сырья, продуктов  и оборудования.

- маточные  водные растворы.

- водные  экстракты и абсорбенты.

- хладагенты.

- прочие  – воды вакуум-насосов, конденсаторов  смешения, установок гидрозолоудаления, от мытья тары и д.р.

Количество  образующихся сточных вод определяются видом химического производства.

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 качества 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. 
 

Глава 3. Методы очистки сточных вод 

3.1. Общие сведения об очистке сточных вод. 

Для потребления  в оборотных системах и технологических  процессах сточные воды подвергаются очистке до необходимого качества, которое зависит от видов химического производства. В промышленности применяют механический, химический, физико-химический, биохимический и термический методы очистки, подразделяемые на рекуперационные и деструктивные. Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных веществ. С помощью деструктивных методов вещества, загрязняющие сточные воды, подвергаются разрушению путём окисления или восстановления; продукты деструкции удаляются из стоков в виде газов или осадков.

Перед подачей на очистные сооружения сточные  воды обычно поступают в аппараты, в которых усредняются их состав и расход. Эффективность различных  методов очистки: механических 50 – 70%, химических 80 – 90%, физико-химических 90 – 95%, биохимических 85 – 95%.

Метод очистки и инженерное оформление соответствующего процесса выбирают, принимая во внимание:

- санитарные и технические требования к качеству очищенных вод и направление их дальнейшего использования.

-    количество стоков.

 - наличие на предприятии необходимых для их обезвреживания энергетических и материальных ресурсов (пар, топливо, сжатый воздух, электроэнергия, сорбенты, реагенты),  а так же площадей для сооружения очистных установок.

- эффективность  обезвреживания сточных вод. 

3.2 Химический метод 

В практике химической очистки питьевой воды и  промышленных сточных вод применяется  такие окислители, как озон, хлор и пероксид водорода. В виду того, что хлорирование воды приводит к  образованию заметных количеств  хлоруглеводородов, вредных для здоровья человека, в последнее время шире применяется озон и пероксид водорода. Основными продуктами химических реакций, протекающих при водоочистке с использованием озона и пероксида водорода, являются безвредные вещества: вода, углекислый газ, кислород.

Большое количество аммонийного азота  в стоках приводит к кислородному голоданию растений и отрицательно влияет на флору и фауну водного бассейна.

В технологии очитки сточных вод от ионов аммония  могут быть использованы различные  методы. Однако большинство этих методов имеет ряд недостатков, что ограничивает область их применения. Одним из широко применяемых методов очистки сточных вод с невысоким содержанием аммония является окислительный метод. В качестве окислителя могут применяться озон и хлор, однако их применение связано с высокими затратами и повышенной опасностью. Могут быть использованы также гипохлориты щелочных и щелочноземельных металлов. При этом необходима предварительная корректировка pH сточных вод до начальных значений 8 – 10,5 щелочным агентом или буферной смесью, затем проводят обработку гипохлорит-ионами, используя гипохлориты щелочных или щелочноземельных металлов NaClO или Ca(ClO)2  в количестве эквивалентном или превышающем на 5% эквивалентное содержание аммиака или аммонийных солей в сточных водах. Процесс окисления протекает в жидкой гомогенной среде с образованием газообразного продукта.

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.