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

 

t, мин X, % CNH4+ t0C 30 71 0.579 0 60 73 0.596   90 76 0.620   30 72 0.588 20 60 75 0.612   90 77 0.628   30 73 0.596 30 60 85 0.694   90 89 0.726

t, мин X, % CNH4+ t0C 30 64 0.522 0 60 75 0.612   90 84 0.685   30 65 0.530 20 60 78 0.636   90 84 0.685   30 65 0.530 30 60 80 0.653   90 84 0.685

 

 

 

Таблица 3.

Результаты очистки сточных вод раствором гипохлорита натрия при различных температурах и 20 % избытке окислителя.

Таблица 4.

Результаты очистки сточных вод раствором гипохлорита натрия при различных температурах и 40% избытке окислителя.

 

t, мин проценты CNH4+ t0C 30 70 0.571 20 60 85 0.694   90 86 0.702   30 72 0.588 30 60 85 0.694   90 88 0.718

t, мин Проценты CNH4+ t0C 30 71 0,579 20 60 85 0,694   90 88 0,718   30 83 0,677 30 60 89 0,726   90 90 0,734

 

 

Таблица 5.

Результаты очистки сточных вод раствором гипохлорита кальция при различных температурах и 20% избытке окислителя.

Таблица 6.

Результаты очистки сточных вод раствором гипохлорита кальция при различных температурах и 40% избытке окислителя.

 

t, мин X, % CNH4+ t0C 30 64 0,522 20 60 71 0,579   90 84 0,685   30 78 0,636 30 60 85 0,694   90 88 0,718

t, мин X, % CNH4+ t0C 30 80 0,653 20 60 83 0,677   90 86 0,702   30 79 0,645 30 60 88 0,718   90 90 0,734

 

На основе данных таблиц построены графики зависимости степени очистки сточных вод от времени и температуры для стехиометрического расхода окислителя и превышающего на 20 и 40% стехиометрический.

 

  График 1. Зависимость степени очистки сточной воды Х(%) от времени t (мин) при температурах: 1. – 0⁰С , 2. – 20⁰С, 3 – 30⁰С для гипохлорита натрия при стехиометрическом расходе окислителя.

 

График 2. Зависимость степени очистки сточной воды Х(%) от времени t (мин) при температурах: 1. – 0⁰С , 2. – 20⁰С, 3 – 30⁰С для гипохлорита кальция при стехиометрическом расходе окислителя.

 

 

График 3. Зависимость степени очистки сточной воды Х(%) от времени t (мин) при температурах: 1, 2. – 20⁰С; 3, 4 – 30⁰С и избытке окислителя 1, 3 – 20 %; 2, 4 – 40% для гипохлорита натрия.

 

График 4. Зависимость степени очистки сточной воды Х(%) от времени t (мин) при температурах: 1, 2. – 20⁰С; 3, 4 – 30⁰С и избытке окислителя 1, 3 – 20 %; 2, 4 – 40% для гипохлорита кальция.

Из графиков можно отметить, что при температуре 30^оС степень очистки сточных вод выше при использовании гипохлорита кальция; при более низких температурах (0^о и 20^оС) степень очистки воды гипохлоритом натрия имеет более низкие значения.

При использовании гипохлорита кальция конечная степень очистки (достигается через полтора часа) имеет практически одинаковые значения как при 30⁰, так и при 0⁰ и 20⁰ С.

Таким образом, при низких температурах гипохлорит кальция лучше окисляет ионы аммония, чем гипохлорит натрия. Возможно, это связано с наличием в растворе гипохлорита кальция примесных ионов железа (III), ускоряющих процесс окисления.

Из анализа зависимости степени очистки от времени (рис. 2) видно, что с повышением температуры и избытка гипохлоритов наблюдается увеличение степени очистки.

В присутствии избытка гипохлорита уже в самом начале процесса очистки реакция идёт более интенсивно и степень очистки больше, о чём свидетельствует более высокое значение Х уже после 30 мин. от начала процесса. Следует отметить, что в проведённых сериях экспериментов (рис 1 и 2) максимальная степень очистки сточных вод от ионов аммония составил при указанных условиях 87 – 91%.

 

Выводы

1. При стехиометрическом расходе окислителей наиболее эффективное время очистки СВ – 60 мин. при температурах 20ºС, 30ºС. Степень очистки СВ при этом составляет: примерно 88 % для NaClO и примерно 83 % для Ca(ClO)₂.

 

2.За один и тот же промежуток времени (60 мин.) при низких температурах (0ºС, 20С) Ca(CLO)₂ лучше окисляет ионы NH₄⁺ , а при температуре 30ºС процесс окисления ионов NH₄⁺ идет более эффективно с использованием окислителя NaClO.

 

3. Максимальная степень очистки СВ (89-91 %) достигается при использовании 40 % избытка окислителей в течение 90 мин. при температуре 30ºС.

 

4. Результаты проведенных исследований могут быть использованы в технологии очистки СВ промышленных предприятий с большим содержанием аммонийного азота.

Литература

1. Ковалева Н.Г., Ковалев В.Г., Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности, М., 1987

2. Краткая химическая энциклопедия. Т. 3 / Под. ред. И.Л. Кнунянца. М.: Сов.энциклопедия, 1964. 1112 с.

3. Кудрявский Ю.П. // Цветная металлургия. 1977. № 8 – 9. С. 46 – 48.

4. Пономарев В.Г., и др., Очистка сточных вод нефтеперерабатавывающих заводов, М., 1985

5. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности Л.: Химия, 1977. 256 с.

6. Стадницкий Г.В., Родионов А. И., Экология, М.,1988

7. Химия окружающей среды, под ред. Дж. Бориса, пер. с англ., М;1982

8. Циганова А.П., Балацский О.Ф., Сенин В.Н., Технический прогресс – химия – окружающая среда, М.,1979;

9. Шевченко М.А., Таран П.Н., Гончарук В. В., Очистка природных и сточных вод от пестицидов., Л., 1989.