1.5.2. Сущность отдельных химических процессов и их роль

в природоохранных технологиях

Нейтрализация. Производственные сточные воды, образованные в результате технологических процессов многих отраслей промышленности, содержат щелочи и кислоты. Большинство кислых сточных вод содержит соли тяжелых металлов, которые необходимо выделить из этих вод. Поэтому с целью предупреждения коррозии материалов канализационных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации.

Реакция нейтрализации – это химическая реакция между веществами, имеющими свойства кислоты и основания, которая приводит к потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типичная реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях:

Н⁺ + ОН^– = Н₂О. (1.58)

В результате, рН среды приближается к 7.

При химической очистке применяются:

- взаимная нейтрализация кислых и щелочных вод;

- нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь СаО, гашеная известь Са(ОН)₂ , кальцинированная сода Na₂CO₃, каустическая сода NaOH, аммиак NH₄OH);

- фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит СаСО₃ ∙ МgСО₃, магнезит МgСО₃, мел СаСО₃ (96-99%);

- нейтрализация щелочных вод дымовыми газами, содержащими СО₂, SО₂, NO₂ и др.

Окисление. Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси, например цианиды КСN, или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды).

В узком смысле окисление – реакция соединения какого-либо вещества с кислородом, а в более широком – всякая химическая реакция, сущность которой состоит в отнятии электронов от атомов или ионов. В практике обезвреживания сточных вод в качестве окислителя используют хлор, гипохлорит кальция или натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха.

Окисление активным хлором. Окисление ядовитых цианид-ионов СN^– осуществляется путем перевода их в нетоксичные цианаты СNO^– , которые затем гидролизуются с образованием ионов аммония и карбонатов:

CN^– + 2OH^– – 2e = CNO^– + OH (1.59)

CNO^– + 2H₂O = NH₄⁺ + CO₃^2- (1.60)

Применение хлора здесь не надо путать с хлорированием сточных вод с целью их обеззараживания.

Электрохимические методы очистки основаны на электролизе производственных сточных вод. При электрохимической очистке сточных вод используются два процесса: анодное окисление и катодное восстановление.

Осаждение. При этой операции получают нерастворимые осадки, которые затем могут быть захоронены либо использованы, например, в металлургической или другой промышленности.

Гидролиз - это реакция разложения сложных органических веществ (например, белков, жиров, углеводов) до более простых под действием кислот и щелочей с присоединением молекулы воды.

Так, сахароза при нагревании с кислотами гидролизуется, образуя инвертный сахар (смесь равных количеств глюкозы и фруктозы):

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆. (1.61)

Также гидролизу могут быть подвергнуты другие углеводы, например, крахмал до мальтозы. Этот углевод сбраживается бактериями и дрожжами, что способствует улучшению биохимического разложения органических веществ.

Сульфитация. При проведении очистки сточных вод в последних могут образовываться красящие вещества, которые необходимо обесцветить. Для этого воду или почву обрабатывают диоксидом серы, чаще всего Н₂SО₃. Диоксид серы как химический агент вызывает обесцвечивание многих растительных красящих пигментов. Его получают путем сжигания серы в специальных печах, пропуская через них воздух.

При сульфитации идет образование сернистой кислоты, которая является сильным восстановителем:

SО₂ + Н₂О = Н₂SО₃. (1.62)

Частично сернистая кислота переходит в серную:

Н₂SО₃ + Н₂О = Н₂SО₄ + 2Н. (1.63)

Выделяющийся при этом водород оказывает обесцвечивающее действие.