Реферат: Выбор метода очистки сточных вод от фенолов

Таким образом, окисление фенола «активным хлором» происходит по стадиям: хлорфенолы – многоатомные фенолы и хиноидные соединения – карбоновые кислоты.

Основным фактором, от которого зависит скорость окисления фенола, является величина рН. Лучшие результаты достигаются при окислении фенола в слабощелочной среде (рН=7.2…8.5). Практически для сточных вод доза «активного хлора» будет выше 8-9 мг/л вследствие расходования хлора на окисление других примесей, всегда присутствующих в сточных водах.

Оптимальной температурой окисления является 400 С. При этой температуре скорость реакции окисления фенола в 2-3 раза выше, чем при 20 0С. увеличение температуры более 45 0С нецелесообразно вследствие перехода гипохлоритов в хлораты, имеющие более низкую окислительную способность.

На скорость окисления фенолов «активным хлором» в небольшой степени оказывают положительное влияние соли тяжелых металлов, например, соли трехвалентного железа [32].

Метод окисления диоксидом хлора

Водные растворы диоксида хлора в кислой среде довольно устойчивы. С повышением температуры и рН скорость разложения диоксида хлора увеличивается, особенно на свету. В щелочной среде диоксид хлора гидролизируется с образованием хлоритов  и хлоратов. Фенол легко окисляется диоксидом хлора. В кислой и нейтральной средах основным продуктом окисления является бензохинон. Расход диоксида хлора на окисление 1 мг фенола до бензохинона составляет 1-1,2 мг. В щелочной среде при избытке диоксида хлора основные продукты окисления фенола – органические кислоты (из которых идентифицированы малеиновая и щавелевая). Для полного окисления 1 мг фенола до органических кислот при продолжительности контакта 15…20 мин необходимо 5 мг диоксида хлора [33].

Обработка сточных вод, загрязненных фенолами, диоксидом хлора может приводить к образованию хиноидных соединений или к разрыву бензольного кольца и образованию органических кислот – конечных продуктов окисления.

Метод окисления кислородом воздуха

Фенолы, растворенные в сточных водах, относительно легко окисляются кислородом воздуха. При взаимодействии с кислородом фенолы претерпевают глубокие структурные превращения: гидроксилируются, образуют хиноны, оксихиноны карбоновые, гуминовые кислоты перекисные соединения, а также продукты уплотнения. Дальнейшее окисление может привести к образованию диоксида углерода и воды. Глубина превращения фенолов зависит от параметров окисления. Многоатомные фенолы окисляются интенсивнее одноатомных. Особенно при рН=7. Например, степень разложения метилрезорциновой и диметлирезорциновой фракции при температуре сточной воды 40 0С и рН=9,5…13 составляет 30…50%, причем наблюдается образование продуктов уплотнения и конденсации фенолов, плохо растворимых в воде [34].

Пероксид водорода

Пероксид водорода являющийся одним из сильных окислителей, применяют обычно в виде 30% водного раствора. Разложение пероксида водорода  - экзотермично, катализируется некоторыми металлами переменной валентности (железо, медь, марганец, кобальт, цирконий) и их солями. При окислении фенола пероксидом водорода в присутствии двухвалентного железа рН раствора снижается, при этом окислившееся  - трехвалентное железо выпадает в осадок. Более 90% фенола окисляется в течение 10 мин. Для корректировки рН в воду добавляют щелочные агенты. Эффект очистки воды при использовании гидрооксида кальция выше [39]

Применение пероксида водорода не приведет к вторичному загрязнению воды продуктами разложения реагента.

Сравнение «чистых» окислителей показывает, что пероксид водорода обладает целым рядом технологических преимуществ. Основным из них является возможность обработки сточных вод в широком диапазоне значений концентраций, температур и рН. Не менее важна высокая селективность окисления различных примесей сточных вод при подборе условий проведения процесса. Данное обстоятельство обычно позволяет минимизировать затраты на реагенты. Другим преимуществом применения пероксида водорода является его относительно высокая стабильность в отличие от других окислителей, сравнительная простота аппаратурного оформления процесса. Особо следует отметить, что остаточная концентрация пероксида водорода способствует процессу последующей аэробной, биологической очистки, а в природных водах пероксид водорода, в отличие от хлора, играет положительную роль.

Радиационная очистка

При обработке воды излучением высокой энергии (у-излучение Со 50, Сs 137) происходят окисление и полимеризация органических и неорганических веществ, в том числе биологи­чески не разлагаемых (предельные углеводоро­ды) и токсичных соединений, осаждение кол­лоидных и взвешенных частиц, дезинфекция и дезодорация. Радиационная очистка, являю­щаяся быстрым одностадийным процессом, дает комплексный эффект [15].

Очищенная радиационным способом вода может быть использована для организации замкнутого водооборотного снабжения. Радиа­ционная обработка не создает остаточной радиоактивности, так как применяемые источ­ники имеют энергию ниже порога ядерных реакций.

Продукты радиолиза воды реагируют с рас­творенными в ней загрязнениями, полностью разрушая их до СО 2 и Н 20 или окисляя до соединений, которые по токсикологическим показателям менее опасны, чем исходные.

Основой процесса радиационной очистки сточных вод может быть также соосаждение органических веществ с осадком, образующим­ся при радиационной полимеризации в водных растворах. Эти вещества могут присутствовать в стоке или специально туда вводиться. Про­цесс радиационной полимеризации происходит по цепному механизму. Поэтому для его реали­зации необходимы небольшие дозы излучения и малое время пребывания в реакторе.

У-облучение кобальтом –60 в проточной системе при мощности дозы 0,48 Вт/кг водных растворов, содержащих 10 мг/л фенолов в течении 20 мин полностью разлагает его до воды и углекислого газа), орость разложения составляет 0,25 мг/(л мин).

Барботирование воздуха через слой воды, обрабатываемой излучением, резко интенсифи­цирует процесс очистки, и органические соеди­нения полностью разлагаются при меньшей дозе облучения, чем без барботирования возду­ха. Повышение температуры до 80 0С увеличивает в 2 раза выход продуктов разложения фенола [40].

При очистке облучением у-лучами необхо­димо предусмотреть повышенные меры кон­троля за техникой безопасности при работе с радиоактивными изотопами и организовать специальную  подготовку обслуживающего персонала.

Биологическая очистка.

Сущность биологической очистки заключа­ется в биохимическом окислении органики и аммонийного азота в присутствии бактерий-минерализаторов. Для нормального процесса синтеза клеточного вещества, а следовательно, и эффективной очистки сточной воды в водной среде должна быть достаточная концентрация всех основных элементов питания - углерода, содержание которого обычно характеризуется величиной биологически потребляемого кисло­рода (БПК), азота и фосфора; их соотношение должно удовлетворять следующему требова­нию: БПК: азот: фосфор, равного 100:5:1. При этом степень их удаления из сточных вод в оптимальных условиях (t=25-30°С, рН=6.5-7.5, указанное соотношение биогенных элементов, отсутствие ядовитых для микроорганизмов веществ) со­ставляет 85-90% [2].

БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА

Эффект воздействия мочевины на селективное ускоре­ние биоразложения фенола при биохимической очистке многокомпонентной смеси сточных вод подробно изучено Шарифуллиным В.Н. [41]. Мочевина играет роль не только биоген­ной азотосодержащей добавки, но также вещества, образующего с фенолом легко окисляемое со­единение включения.

Известные способы интенсификации биоочистки сточных вод [45] предусматривают:

• применение технического кислорода вместо  воздуха;

• использование специфической микрофлоры;

• создание рациональных технологических схем;

• оптимизацию температурного режима про­цесса.

Каждый из этих способов имеет свои досто­инства и недостатки. Остановимся на некоторых недостатках. Применение технического кисло­рода требует дополнительных затрат, кроме то­го, необходимо тщательное смешение газа с жидкостью. Использование специфической мик­рофлоры применяется крайне редко вследствие сложностей с поддержанием заданного состава активного ила. Рационализация технологических схем предпочтительна для проектируемых со­оружений, поскольку реконструкция сущест­вующих установок требует серьезных капиталь­ных затрат. Управление температурой в про­мышленном аппарате приводит к значительному удорожанию очистки. Кроме того, перечислен­ные способы интенсификации направлены на ускорение биоокисления всех компонентов сточных вод. Однако промышленные сточные воды содержат широкий спектр загрязнителей - от легко окисляемых до трудно окисляемых ком­понентов, а скорость процесса очистки опреде­ляется только скоростью биоокисления послед­них. Поэтому возникает вопрос - нельзя ли пу­тем определенных воздействий ускорить био­окисление только трудно окисляемых веществ, что могло бы значительно удешевить интенси­фикацию биоочистки. Один из путей решения такой задачи может основываться на явлении образования между «сложным» и «простым» особого вида соединений - соединений включе­ния, в результате чего ослабляются внутримоле­кулярные связи «сложного» вещества и оно при­обретает свойства «простого» вещества [46].

Для ускорения биоокисления фенола подобрано легко окисляемое вещество, способное образовывать соединения включения. В работе [46] рассмотре­но образование соединений включения некото­рых углеводородов с мочевиной. В рабо­те [41]было исследовано влияние мочевины на уско­рение биоокисления фенола.

Исследования по ускорению биоокисления фенола в сточной воде

Таблица 3. Параметры сточной воды (в присутствии мочевины)

Показатели стока	До очистки	После очистки
		Контроль	Опыт
РН	9.2	9.0	9.0
ХПК, мг 02/л	720	110	90
Гликоля, мг/л	150	0.96	0.86
СПАВ, мг/л	7.4	1.1	1.8
Фенол, мг/л	24.8	0.08	0.012
NН4+, мг/л	13.6	1.1	0.9
Фосфор, мг/л	0.02	0.8	0.7
NO2, мг/л	0.02	0.5	0.5

Таблица 4. параметры сточной воды (в присутствии смеси сульфата аммония и мочевины)

	До очи­	после	Очистки
Показатели стока
	Стки	Контроль	Опыт
РН	9.8	9.2	9.3
ХПК, мг 0-г/л	620	110	90
Гликоли, мг/л	155	1.1	0.95
СПАВ, мг/л	8.2	1.1	1.3
Фенол, мг/л	23.3	0.1	0.01
NH4+, мг/л	9.0	0.9	0.85
Фосфор, мг/л	1.4	0.6	0.85
NO2-, мг/л	0.006	0.005	0.005

Введение мочевины в среду в качестве добавки приводит к снижению концентраций фенола в стоках примерно в 10 раз. Вопрос о механизме этого эффекта сложен, и пока можно сделать первые предположения

1. Мочевина оказывает селективное ускоряю­щее воздействие на биоочистку, то есть уве­личивается скорость биоразложения только фенола, в то время как на другие компоненты сточной воды заметное влияние не замечено.

2. Ускоряющий эффект мочевины проявляется как при сохранении нормального количества вносимого с мочевиной азота, так и при его избытке.

Можно  пред­положить, что мочевина выполняет в системе биохимической очистки сточных вод две функ­ции:

• как биогенная азотосодержащая добавка,

• как стимулятор биоокисления некоторых компонентов. Способом ускорения биоокис­ления является образование легко окисляемого соединения включения.

Таким образом, селективное ускорение биоразложения фенола в присутствии мочевины, может использоваться как эффективный способ интенсификации биоочи­стки сточных вод.

Электрохимическая очистка

При электрохимической очистке сточных вод происходят процессы электрохимического восстановления и окисления органических примесей соответственно на катоде и аноде. Катодные процессы обусловлены присоединением водорода или замещением электроотрицательных функциональных групп на водород. Анодные процессы могут происходить  под действием атомарного кислорода в результате взаимодействия фенола с перекисью водорода, образующегося при димеризации свободных гидроксильных радикалов, а также вследствие непосредственной отдачи электрона аноду молекулой органического вещества.

Электрохимическое окисление фенола сопровождается образованием малеиновой кислоты и диоксида углерода [14, с.17]

С6 Н5 ОН + 7 НОН   à  НООСНС=СНСООН +2СО2  +8Н2

Окисление фенола при концентрации более 1 г/л на анодах из графита и магнетита при плотности тока 100…200 А/м2 требует значительных расходов электроэнергии (0,3 … 0,5 кВт ч на 1 г фенола). При добавлении в сточную воду 2-3 г хлористого натрия на 1 г фенола расход электроэнергии снижается до 0,03…0,05 кВт ч. температура 65…75 0С.

Предложен способ позволяющий повысить эффективность и надежность процесса и уменьшить вероятность образования хлорорганических соединений, снизить расход электроэнергии и активированного угля на очищение геотермальной воды по сравнению с прямым электролизом и адсорбцией, создать практически безотходный цикл очистки фенол содержащей воды [47].

Страницы: 1, 2, 3, 4