Все эти методы связаны с расходом различных реагентов и потому дороги. Их применяют для удаления растворимых веществ в замкнутых системах водоснабжения, а иногда и для дополнительной очистки сточных вод до или после биологической очистки. С помощью химической очистки наиболее часто удаляют ионы тяжелых металлов.
К основным методам химической очистки относят нейтрализацию, окисление и восстановление.
Нейтрализация применяется во многих отраслей промышленности для обработки производственных сточных вод, содержащих щелочи и кислоты. В большинстве кислых сточных вод содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделять для предупреждения коррозии материалов водоотводящих сетей и очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах. На практике применяют следующие способы нейтрализации: взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод; нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь, гашеная известь, кальцинированная сода, аммиак и др.); фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит, магнезит, мел и др.). Наиболее дешевым и доступным реагентом является Ca(OH)2.
Окисление. Для очистки сточных вод окислением используют газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, флорат кальция, гипохлориды кальция и натрия, перманганат калия, кислород воздуха, озон, пероксид водорода, бихромат калия и др. В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в результате химических реакций становится менее токсичными и затем удаляются из воды. Очистка окислителями связана с большим расходом реагентов, поэтому ее применяют только тогда, когда вещества, например, цианиды, растворенные соединения мышьяка и др., загрязняющие сточные воды, нецелесообразно или нельзя извлечь другими способами.
Активность реагента как окислителя определяется значением окислительного потенциала, который, например, для перманганата калия равен 0,59, для пероксида водорода – 0,68, для хлора – 0,94 и для озона – 2,07.
Для окисления цианидов, сероводорода, гидросульфида, метилмеркаптана используют хлор и его соединения (рис. 3.13). При этом образуется свободный «активный» хлор, который представляет сумму Cl+HOCl+OCl–. Окисление цианидов «активным» хлором до цианатов происходит за счет атомарного кислорода в момент его выделения из окислителя по следующей схеме: CN–+OCl– ® CNO–+Cl– Образовавшиеся цианаты легко гидролизируются до карбонатов:
CNO–+2H2O ® CO32–+NH4+ (3.3)
Товарный хлорат кальция содержит до 33% «активного» хлора, а гипохлорит кальция – до 60%.
Окисление кислородом воздуха наиболее часто используют для очистки воды от двухвалентного железа путем аэрирования воздуха через сточную воду. Реакция окисления двухвалентного железа в трехвалентное с последующим отделением от воды гидроксида железа, протекает по схеме
4Fe2++O2+2H2O = 4Fe3++4OH–; (3.4)
Fe3++3H2O = Fe(OH)3+3H+ (3.5)
Образовавшийся гидроксид железа отстаивают в контактном резервуаре, а затем отфильтровывают.
Рис. 3.13 Схема установки для очистки сточных вод активным хлором:
1 – баллон с хлором; 2 – фильтр; 3 – редуктор; 4 – ротаметр; 5, 6 – манометры; 7 – предохранительный клапан; 8 – смеситель; 9 – эжектор; 10 – контактный аппарат
Озонирование основано на высокой окислительной способности озона, который при нормальной температуре разрушает многие органические компоненты сточных вод. При этом одновременно происходят обесцвечивание и обеззараживание сточной воды, а также насыщение ее кислородом (рис. 3.14).
Рис. 3.14 Схема установки для очистки сточных вод методом озонирования:
1 – смеситель; 2 – насос; 3 – барботажный адсорбер; 4 – сборник; 5 – озонаторная установка; 6 – аппарат для очистки отходящих газов
Длительность процесса очистки сточных вод значительно сокращается при совместном использовании ультразвука и озона или ультрафиолетового облучения и озона.
Восстановление. Очистку восстановлением используют тогда, когда сточные воды содержат легко восстанавливаемые вещества. Эти методы широко употребительны для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка. Так, для восстановления ртути и ее соединений предложено применять сульфид железа, боргидрид и гидросульфит натрия, гидразин, железный порошок, алюминиевую пудру и др.