Очистка сточных вод от ионов аммония методом окисления

При больших  объёмах сточных вод используют фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры и барабанные сетки) и  с зернистым слоем. Фильтр последнего типа представляет собой резервуар, в нижней части которого размещено  дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывается слой поддерживающего металла, за тем фильтрующие материалы.

Для удаления примесей, которые самопроизвольно  плохо отстаиваются, используют флотацию. Наиболее распространены установки  напорной флотации. В них сточные  воды сначала насыщаются воздухом в напорной ёмкости при давлении 0,15 – 0,40 МПа, затем водовоздушная смесь поступает во флотационную камеру, работающую при атмосферном давлении. В камере воздух выделяется в виде пузырьков, которые, поднимаясь, захватывают взвешенные частицы. Пенный слой, образующийся на поверхности воды и содержащий загрязнения, удаляется из камеры. Достоинства процесса: высокая степень очистки (85 – 98%), широкий диапазон выделяемых из воды примесей, небольшие капитальные затраты, большая скорость по сравнению с отстаиванием. возможность получения шлама меньшей влажности.   

3.6. Проблема традиционных методов очистки 

Большое содержание загрязняющих веществ или  наличие особо токсичных соединений делают непригодным применение традиционных методов очистки, а стоимость обезвреживания отходов столь велика, что становится нерентабельным основное производство. Сложившаяся обстановка требует не только интенсификации известных уже методов водоочистки, но и разработки новых.

Уже очевидно, что более перспективным путём сохранения хорошего качества водных ресурсов планеты является предотвращение попадания загрязнений в водоемы. Водоочистные технологии становятся всё более сложными и дорогостоящими, так как увеличивается число загрязняющих веществ. Кроме того, средства, истраченные на удаление вредных веществ из воды, лучше бы использовать на то, чтобы грязь не попала в воду. Часто оказывается, что фабрики, спроектированные так, чтобы сделать минимальным объём сточных вод, оказываются более экономичным, чем те, которые строят собственные очистные сооружения, отвечающие экологическим требованиям. 

3.7. Роль химии в защите окружающей среды. 

Химические  отрасли промышленности относятся  к отраслям хозяйства, оказывающей  отрицательное влияние на природу. Одновременно они имеют важное значение для осуществления мероприятий по её охране: в разнообразную гамму химической продукции входят различные реагенты, сорбенты, ионообменные материалы, катализаторы и др., которые широко используются в системах очистки отходящих газов и сточных вод. На основе достижений химической науки и производства разработаны и создаются экологически чистые виды топлива, новые электрохимические источники энергии, например, свинцово-кислотные аккумуляторы для перемещения на транспорте, методы локализации загрязнения Мирового океана нефти и нефтепродуктами, новые методы опреснения воды.   

 

Глава 4. Характеристика окислителей, применяемых при химической очистке сточных вод 

4.1. Озон 

Получают  в озонаторах при пропуске тихого электрического разряда через О₂

О₃ – ядовит. ПДК – 0,16 мг/м³ в атмосферном воздухе.

0,002 –  0,02 мг/л вызывает раздражение  дыхательных путей, кашель, рвоту,  головокружение.

О₃ – взрывоопасен во всех агрегатных состояниях. Дополнительные примеси повышают ее чувствительность.

Обеззараживание озоном питьевой воды более эффективно, чем хлором.

О₃ используется для обезвреживания сточных вод химических предприятий, особенно в случае фенольных и цианидных загрязнений. 

4.2. Хлор 

Весьма  токсичен.

Содержание  Сl₂ в воздухе 0,006 мг/л оказывает раздражающее действие на дыхательные пути.

При большей  концентрации, чем 0,1 мг/л опасен для  жизни.

ПДК в  атмосфере 0,1 мг/л3 – разовая. 0,03 –  среднедопустимый.

При концентрации выше, чем 0,1 мг/л остановка дыхания  может наступить через 5-25 минут. 
 
 
 

4.3 Гипохлорит натрия 

Бесцветен, нестабильный, содержание 95,2% активного  Cl (количество) Cl₂ при взаимодействии с HCl

60⁰ C - разлагается

70⁰ C - взрывается

В водном растворе не устойчив. При обычной температуре (25⁰ С) распадается на 0,085 % в сутки. Наиболее устойчив в растворе с уровнем pH11.

Промышленность  выпускает щелочной водный раствор  NaClO.

Способ  получения: хлорирование раствора NaOH или Na₂CO₃ при температуре не выше 35⁰С.

применяется для очистки воды, как дезинфицирующее  средство, для отбеливания тканей и бумаги, при хлорировании и окислении органических соединений.

Негигроскопичен, на воздухе переходит в жидкое состояние из-за разложения. Добавление NaOH замедляет разложение в растворе. 

4.4 Гипохлорит кальция 

Бесцветные  кристаллы, устойчив в сухой атмосфере, в отсутствии СО₂.

При 180⁰С разлагается с выделением большого количества тепла.

При 50⁰С медленно распадается с отделением активного хлора.

Са(ОСl)₂ → CaCl₂ + O₂

→ Ca(ClO₃)₂ + CaCl₂

→ CaO + Cl₂

Ca(OH)₂ - замедляет распад

СО₂ и влага ускоряют

В промышленности выпускается Са(ОСl)₂ с содержанием активного хлора 50 – 70 %

Или 3Са(ОСl)₂ * 2Ca(OH)₂ * Н₂О содержание активного хлора 50 – 55 %

Так же водный раствор с концентрацией  активного хлора 85 – 110 г/л

Применяется так же как NaClO.

 

Глава 5. Методика проведения эксперимента 

При проведении эксперимента использовали следующую методику. В термостатируемый реакционный сосуд заливали 100 мл сточной воды с содержанием ионов аммония 0,816 г/л. Затем, используя делительную воронку, подавали рассчитанное количество окислителей: гипохлорита натрия (техническое название «Белизна»), с содержанием активного хлора ClO^- - 78 г/л. или гипохлорита кальция с содержанием активного хлора ClO^- - 66,48 г/л. Расчет  количества окислителей проводили по уравнениям реакции.

2NH₄OH  + 3NaClO = N₂ + 3NaCl + 5H₂O

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

После прибавления окислителей с помощью  магнитной мешалки осуществляли непрерывное перемешивание в  течении заданного времени. Процесс  окисления проводили при температурах 0⁰С, 20⁰С, 30⁰С. После проведения процесса отбирались пробы для анализа содержания концентрации ионов аммония и гипохлорит ионов. Анализ концентраций проводился в Институте мелиорации колориметрическим методом.

Результаты  исследований отражены в таблицах и графиках

 

Глава 6. Практическая часть 

В настоящее время на многих промышленных предприятиях существует проблема очистки сточных вод от ионов аммония. 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 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, затем проводят обработку гипохлорит-ионами, используя гипохлориты щелочных или щелочноземельных металлов NaClO или Ca(ClO)₂ в количестве эквивалентном или превышающем эквивалентное содержание аммиака или аммонийных солей в сточных водах. Процесс окисления протекает в жидкой гомогенной среде с образованием газообразных продуктов и нетоксичных веществ.  

2NH₄OH + 3NaClO =  N₂ + 3NaCl + 5H₂O , 

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

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

Способ  прост в осуществлении, не требует  создания специальных установок (как  при озонировании) и обеспечивает высокую степень очистки. В отличие от хлора и озона растворы гипохлоритов натрия или кальция являются безопасными, имеют меньшую стоимость, поскольку образуются в качестве отходов некоторых химических предприятий.

В данной работе проведены исследования отработки наиболее оптимальных режимов очистки сточных вод от ионов аммония методом окисления.

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

Объектом нашего исследования являлись промышленные сточные воды с содержанием ионов аммония 0,816 г/л. В качестве окислителя, как уже указывалось раньше, мы использовали гипохлорит натрия NaClO (техническое название «Белизна») с содержанием активного хлора 78 г/л и гипохлорита кальция Ca(ClO)2 с содержанием активного хлора 66,48 г/л.

Процесс окисления проводился в жидкой гомогенной среде при рН среды 8, как при  стехиометрическом, так и превышающем стехиометрический на 20, 40 %, при температурах 0⁰, 20⁰, 30⁰ в промежутке времени от 20 до 90 минут. Таблицы и графики полученных при исследовании результатов приведены ниже. 

 

Таблица 1.

Результаты  очистки сточных вод раствором  гипохлорита натрия при различных температурах и стехиометрическом расходе окислителя. 

Таблица 2.

Результаты  очистки сточных вод раствором  гипохлорита кальция при различных  температурах и стехиометрическом  расходе окислителя