Очистка сточных вод восстановлением

Высокотоксичные соединения шестивалентного хрома содержатся в промывных сточных водах и отработанных технологических растворах, образовавшихся в процессе хромирования, при химической обработке поверхностей стальных изделий (травление, пассирование), при анодировании изделий из алюминия и при проведении других технологических процессов.

Обработка сточных вод осуществляется в две ступени:

1) перевод (восстановление) шестивалентного хрома в трехвалентную форму;

2) осаждение трехвалентного хрома в виде гидроксида.

В качестве реагентов-восстановителей наибольшее распространение получили натриевые соли сернистой кислоты – сульфит (Na₂SO₃) и гидросульфит (NaHSO₃). Кроме того, используют следующие восстановители: сульфит железа (FeSO₃), диоксид серы (SO₂), гидразин (N₂H₄) и др.

При обработке хромсодержащих сточных вод солями сернистой кислоты протекают следующие химические реакции:

, (3.65)

, (3.66)

Скорость и полнота восстановления Cr⁶⁺ до Cr³⁺ указанными солями в значительной степени зависит от величины рН, причем наибольшая скорость наблюдается при рН = 2÷2,5, что требует дополнительного подкисления сточных вод. Для этих целей обычно используют 10-15 % -ные растворы серной кислоты.

Для очистки сточных вод от шестивалентного хрома используют установки непрерывного или периодического действия.

После восстановления в кислой среде шестивалентного хрома до трехвалентного состояния сточные воды подвергают нейтрализации, при которой хром осаждается в виде гидроксида. В качестве реагентов-нейтрализаторов используют Ca(OH)₂, Na₂CO₃ , NaOH. Во всех случаях осуществляется следующая химическая реакция:

Cr³⁺ + 3OH^- → Cr(OH)₃↓. (3.67)

Оптимальные значения рН этой реакции – 8,0÷9,5.

Восстановление диоксидом серы происходит по схеме:

SO₂ + H₂O → H₂SO₃, (3.71)

2CrO₃ + 3H₂SO₃ → Cr₂(SO₄)₃ + 3H₂O. (3.72)

В присутствии в сточных водах соды протекает следующая химическая реакция:

6Na₂CrO₄ + SO₂ + Na₂CO₃ + n H₂O → (3.73)

→ Cr₂O₃ · n H₂O + 3Na₂SO₄ + CO₂↑.

В результате протекания этой реакции происходит практически полное удаление шестивалентного хрома из раствора.

Реакция восстановления шестивалентного хрома гидразином протекает в нейтральной или слабощелочной среде:

4K₂CrO₄ + 3N₂H₄ → 4Cr(OH)₃↓ + 3N₂↑ + 8KOH. (3.74)

Метод восстановления также применяют для очистки сточных вод от соединений ртути. Их восстанавливают до металлического состояния, а образующуюся ртуть отделяют от воды (отстаиванием, фильтрованием или флотацией). В качестве реагента-восстановителя используют алюминиевую пудру, железный порошок, гидросульфид натрия, гидразин, сульфид железа и др.

Проведение химических методов очистки производственных сточных вод сопровождается нагревом и охлаждением материальных потоков. Методы расчета этих процессов и конструкции теплообменников изложены в книгах «Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию» (Под ред. Ю.И. Дытнерского. Изд-во «Химия», 1991, 494 с.) и «Проектирование процессов и аппаратов химической технологии» (И.Л. Иоффе. Изд-во «Химия», 1991, 352 с.).