Очистка восстановлением. 
Охрана окружающей среды: процессы и аппараты защиты гидросферы

Методы восстановительной очистки сточных вод применяют в тех случаях, когда они содержат легко восстанавливаемые вещества. Эти методы широко используют для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка.

В процессе очистки неорганические соединения ртути восстанавливают до металлической ртути, которую отделяют от воды отстаиванием, фильтрованием или флотацией. Органические соединения ртути сначала окисляют с разрушением соединения, затем катионы ртути восстанавливают до металлической ртути. Для восстановления ртути и ее соединений предложено применять сульфид железа, боргидрид натрия, гидросульфит натрия, гидразин, железный порошок, сероводород, алюминиевую пудру и др.

Мышьяк в сточных водах находится в виде кислородосодержащих молекул, а также в виде анионов тиосолей AsS₂~, AsS₃³‘. Наиболее распространенным способом удаления мышьяка из сточных вод является осаждение его в виде труднорастворимых соединений. При больших концентрациях мышьяка (110 г/л) метод очистки основан на восстановлении мышьяковой кислоты до мышьяковистой диоксидом серы. Мышьяковистая кислота имеет небольшую растворимость в кислой и нейтральной средах и осаждается в виде триоксида мышьяка.

Метод очистки сточных вод от веществ, содержащих шестивалентный хром, основан на восстановлении его до трехвалентного с последующим осаждением в виде гидроксида в щелочной среде. В качестве восстановителей могут быть использованы активный уголь, сульфат железа (закисного), бисульфат натрия, водород, диоксид серы, отходы органических веществ (например, газетная бумага), пиритный огарок и др. На практике для восстановления наиболее часто используют растворы гидросульфита (бисульфита) натрия:

Реакция протекает быстро при pH = 3−4 и избытке серной кислоты. Для осаждения трехвалентного хрома применяют щелочные реагенты Са (ОН)₂, NaOH и др. (оптимальное значение pH для осаждения 8−9,5):

Очистку проводят на установках периодического или непрерывного действия.

На установке периодического действия (рис. П-64,д) сточные воды из сборника насосами перекачивают в реактор. При pH сточных вод больше 3 в реактор вводят серную кислоту до достижения pH = 2,5- 3. После этого вводят бисульфит натрия и производят интенсивное перемешивание в течение 30 мин. Затем вводят щелочь и полиакриламид и производят осаждение осадка, который удаляют из реактора.

В установках непрерывного действия (рис.11−64,6) сточные воды сначала поступают в усреднитель, затем в смеситель и нейтрализатор. Усреднитель рассчитывают на пребывание воды в нем 10- 20 мин. Раствор бисульфата вводят в смеситель после снижения pH до 2,5−3. В конец смесителя или в камеру обезвреживания вводят гидроксид кальция (известковое молоко) или раствор NaOH для увеличения pH до 8−9. Процесс обезвреживания длится до 30 мин. Осадок образуется в нейтрализаторе и выпадает медленно, трудно уплотняется и обезвреживается. Для ускорения осаждения добавляют полиакриламид.

Хорошие результаты получаются при использовании в качестве восстановителя сульфата железа FeS0₄. Процесс можно проводить как в кислой, так и в щелочной среде:

Рис. II-64. Схемы установок для восстановления хрома: а— периодического действия: 1 — сборник, 2 — реакторы, 3 — мерники, 4−6 — емкости; б — непрерывного действия: 1 — усреднитель, 2 — смеситель, 3 — емкость для нейтрализации и отстаивания Расход FeS0₄ зависит от pH среды и концентрации хрома. Наиболее благоприятные условия проведения процесса: температура 20 °C, pH * 7 и расход FeS0₄ в 1,3 раза больше стехиометрического.

Восстановление диоксидом серы происходит по схеме:

Время, необходимое для полного восстановления Cr (VI) зависит от содержания его в воде. Например, при pH = 3 для уменьшения концентрации Cr (VI) в растворе от 30 до 5 мг/л требуется 1 мин, а от 5 до 0,1 мг/л — 35 мин.

В присутствии соды в сточных водах хром полностью удаляется из них:

Процесс восстановления проводят при 90 °C. После отделения осадка фильтрованием в сточных водах остается только сульфат натрия. Осадок прокаливают при высокой температуре с целью получения стандартного оксида хрома.

В качестве восстановителя можно использовать и гидросульфит цинка или смесь его с известью в различных соотношениях, а также соединения, содержащие фосфор Р (1), природный газ, аммиак, древесный уголь, водород и др.

Возможно также осаждение Cr (VI) в виде нерастворимых соединений без предварительного восстановления его до Сг³*, например, ацетатом бария. В этом случае Cr (VI) осаждается в виде хромата бария. Достоинством этого метода является возможность одновременной очистки сточных вод и от ионов S0₄²" .