Штриплинг Л.О., Туренко Ф.П. Основы очистки сточных вод и переработки твердых отходов

Подождите немного. Документ загружается.

121

6.3. Удаление ионов тяжелых металлов

Во многих отраслях промышленности перерабатывают или применяют раз-

личные соединения ртути, хрома, кадмия, цинка, свинца, меди, никеля, мышьяка

и другие вещества, что ведет к загрязнению ими сточных вод. Для удаления этих

веществ из сточных вод в настоящее время наиболее распространены реагентные

методы очистки, сущность которых заключается в переводе растворимых в воде

веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим

отделением их от воды в виде осадков. Недостатком реагентных методов очистки

является безвозвратная потеря ценных веществ с осадками.

В качестве реагентов для удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов

используют гидроксиды кальция и натрия, карбонат натрия, сульфиды натрия,

различные отходы, например феррохромовый шлак, который содержит (в %):

Сa – 51,3; МgО – 9,2; SiO

– 27,4; Cr

– 4,13; Al

– 7,2, FeO

– 0,73.

Наиболее широко используется гидроксид кальция. Осаждение металлов

происходит в виде гидроксидов. Процесс проводится при различных значениях

рН.

Значения рН, соответствующие началу осаждения гидроксидов различных

металлов и полному осаждению (табл. 1.10), зависят от природы металлов, кон-

центрации их в растворе, температуры, содержания примесей. Например, при

совместном осаждении двух или нескольких ионов металлов при рН = const; до-

стигаются лучшие результаты, чем при осаждении каждого из металлов в отдель-

ности. При этом образуются смешанные кристаллы и происходит адсорбция на

поверхности твердой фазы ионов металлов, благодаря чему достигается более

полная очистка от некоторых металлов.

Таблица 1.10

Значения рН в процессе осаждения гидроксидов металлов

Вид катиона

Значения рН

начало осаждения* полное осаждение**

Железо Fe

7,5 9,7

Железо Fe

2,3 4,1

Цинк Zn

6,4 8,0

Хром Cr

4,9 6,8

Никель Ni

7,7 9,5

Алюминии Al

40 5,2

Кадмий Cd

8,2 9,7

* При исходной концентрации осаждаемого иона 0,01 моль/л.

** Значения рН соответствуют остаточной концентрации металла 10 моль/л.

Очистка от соединений ртути. Сточные воды, загрязненные ртутью и ее со-

единениями, образуются при производстве хлора и едкого натра, в других про-

цессах электролиза с использованием ртутных электродов, на ртутных заводах, в

некоторых гальванических производствах, при изготовлении красителей, углево-

дородов, на предприятиях, использующих ртуть как катализатор.

122

В производственных сточных водах может присутствовать металлическая ртуть,

неорганические и органические ее соединения. Неорганические соединения ртути:

оксид – НgО, хлорид (сулема) – НgС1

, сульфат – НgSO

, сульфид (киноварь) – НgS,

нитрат – Нg(NO

)

, цианид – Нg(NCS)

, тиоцианат – Нg(OCN)

, цианат – Нg(OCN)

В неорганических соединениях токсичны главным образом ионы Hg

, поэтому

наиболее опасны хорошо растворимые и легко диссоциирующие соли.

Органические соединения ртути применяют при консервировании древесины,

при синтезе металлорганических соединений, как ядохимикаты, для защиты пла-

стических материалов, бумажной массы и текстиля, казеиновых клеев от плесне-

вых грибков. Органические соединения ртути весьма токсичны и отличаются от

неорганических солей тем, что не дают реакции на ионы Нg. В водоемах ртуть

под влиянием органических соединений, содержащихся в природных водах, пре-

вращается в сильнотоксичные соединения. Предельно допустимая концентрация

ртути в водоемах равна 0,005 мг/л.

Металлическая ртуть может быть удалена из сточных вод в процессах отстаи-

вания или фильтрования. Частицы, прошедшие с фильтратом или не успевшие

осесть, окисляют хлором или NaOCl доHgCl

. Затем воду обрабатывают восста-

новителем (NaHSO

или Na

) для их удаления и связывания остатков свобод-

ного хлора. Ртуть осаждают сульфидом натрия с последующим коагулированием

образующегося сульфида ртути хлоридом железа. Очистка может быть осу-

ществлена смешанной солью – сульфидом железа и сульфатом бария.

Для выделения из сточных вод ртути используют методы восстановления:

сульфидом железа, гидросульфидом натрия, гидразином, железным порошком,

газообразным сероводородом и др. Широко изучаются сорбционные методы

очистки от ртути. Весьма эффективным является ионный обмен с винилпириди-

новыми сорбентами, емкость которых доходит до 40 %. Наиболее распростра-

ненным способом удаления растворимых в воде соединений ртути является пере-

вод их в трудно растворимый сульфид ртути и осаждение его.

Произведение растворимости HgS в воде равно 1,6-10

–20

, что отвечает оста-

точной концентрации в растворе, равной 2,5-10

–21

мг/л. Для осаждения Нg в сточ-

ные воды сначала добавляют сульфид натрия, гидросульфид натрия или серово-

дород. Затем обрабатывают воду хлоридами натрия, калия, магния, кальция или

сульфитом магния в количестве 0,1 г/л. В этих условиях сульфид ртути осаждает-

ся в виде гранул. Для удаления тонкодисперсных коллоидных частичек сульфида

ртути целесообразно добавлять коагулянты Al(SO

)

∙18H

O, FeSO

∙7H

O и др.

Осадок сульфида ртути отделяют от сточных вод на вакуум-фильтрах или

фильтр-прессах. Отделение НgS до остаточной концентрации 0,001 мг/л можно

обеспечить и на угольных фильтрах. Отработанный уголь, содержащий сульфид

ртути, сжигают в печи или подвергают обработке для рекуперации ртути. Для

удаления из растворов соединений ртути можно использовать и свежеосажден-

ный сульфид железа, который получают при взаимодействии ионов S

2–

или

FeSO

∙7H

O, FeCl

∙6H

O. Для очистки может быть применена и смесь сульфида

железа с сульфатом бария при избытке сульфида железа. Растворенные неорга-

нические соединения ртути можно восстанавливать до металлической ртути с по-

следующим выделением из воды.

123

Кроме методов осаждения для очистки сточных вод от неорганических со-

единений ртути могут быть использованы и сорбционные методы.

Изучен процесс образования амальгамы ртути в электрическом поле. Способ

пригоден для очистки сточных вод, содержащих от 0,01 до 100 мг/л соединений

ртути. В этом процессе сточная вода фильтруется через слои стеклянных шаров,

покрытых медью или цинком. Шары являются катодом, а наружный корпус ап-

парата – анодом. При регенерации фильтрующей загрузки производят переполю-

совку электродов.

Органические соединения ртути сначала разрушают окислением, например

газообразным хлором. После удаления избытка хлора катионы ртути восстанав-

ливают до металлической или переводят в труднорастворимые сульфиды с по-

следующим удалением осадка.

Очистка от соединений цинка, меди, никеля, свинца, кадмия, кобальта. Соли

этих металлов содержатся в сточных водах горно-обогатительных фабрик, метал-

лургических, машиностроительных, металлообрабатывающих, химических, хи-

мико-фармацевтических, лакокрасочных, текстильных и др. заводов.

При обработке кислых вод оксидом кальция и гидроксидом натрия ионы ука-

занных тяжелых металлов, содержащиеся в стоках, связываются в трудно раство-

римые соединения. Состав солей зависит от рН среды. Так, при рН = 7 осаждает-

ся гидроксидсульфат цинка состава ZnSO

∙3Zn(OH)

, а при повышении рН до 8,8

составу осадка соответствует формула ZnSO

∙5Zn(OH)

. В сильнощелочной среде

твердая фаза представляет собой в основном гидроксид.

При обработке стоков, содержащих соли цинка, гидроксидом натрия дозиро-

вание реагента необходимо проводить при строгом контроле за рН обрабатывае-

мого стока с тем, чтобы не создать условии для растворения амфотерных гидрок-

сидов. Выделение катионов Zn

щелочами основано на переводе их в трудно

растворимых гидроксид цинка:

Zn 2OH Zn( OH ) .

 

  

Произведение растворимости гидроксида цинка составляет 7,1



, началу

выпадения в осадок соответствует рН = 5,4. При рН = 10,5 начинается растворе-

ние амфотерных гидроксидов цинка, а при достижении рН = 12 происходит обра-

зование комплекса:





2 2

Zn( OH ) 2OH Zn(OH ) .



 

Исходя из этого, очистку следует проводить при рН = 8-9. В этих условиях

происходит максимальное осаждение гидроксида цинка.

При действии соды на сточные воды, содержащие соли цинка, образуются

гидроксокарбонаты:

2 2 3 2 2 2 3

2ZnCl 2Na CO H O 4NaCl CO ( ZnOH ) CO

     

При значениях рН от 7 до 9,5 образуется основной карбонат состава

3 2

2ZnCO 3Zn( OH )



, начиная с рН = 10 доля гидроксида возрастает.

Хотя осаждение основных карбонатов начинается при более низких значени-

ях рН, чем соответствующих гидроксидов, расход соды на осаждение выше, чем

при использовании едкого натра или извести. Это объясняется тем, что при оса-

124

ждении тяжелых металлов содой процесс идет через стадию образования гидро-

карбонатов и для завершения реакции требуется избыток реагента.

Выделение диоксида углерода в результате осаждения содой ведет к тому,

что пузырьки газа обволакивают частицы осадка и поднимают их, способствуя

всплытию части осадка в отстойниках. Газ необходимо удалять продувкой возду-

хом по достижении рН = 4,5.

К недостаткам едкого натра и соды как реагентов следует отнести также их

относительно высокую стоимость и дефицитность.

Очистка сточных вод от меди связана с осаждением ее в виде гидроксида или

гидроксидкарбоната:

2 2

3 2 3

Сu SOH Cu( OH ) ,

2Cu 2OH CO ( CuOH ) CO .

 

  

 

   

Осаждение гидроксида меди происходит при pH = 5,3.

Растворимость гидроксикорбаната меди ничтожно мала, поэтому наиболее

выгодно осаждать медь в виде основного карбоната. Для этого в растворе нейтра-

лизующего агента необходимо иметь одновременно как гидроксидные, так и кар-

бонатные ионы. Следовательно, применение для осаждения меди только щелочей

или извести высшего сорта, дающих гидроксид-ионы, нецелесообразно. Лучшим

реагентом для очистки сточных вод от катионов меди является известь III сорта,

содержащая «недожиг» (СаСО

Возможен процесс извлечения меди из сточных вод осаждением ферроциани-

дом калия. Этот реагент может быть использован и для осаждения других ионов

тяжелых металлов.

Для удаления из сточных вод меди и кадмия разработан процесс контактиро-

вания их с диоксидом серы или сульфитами и порошкообразным металлом,

например, цинком или железом. При этом металл восстанавливает сульфиты до

сульфидов, которые с тяжелыми металлами образуют труднорастворимые суль-

фиды. При рН = 2 и температуре сточных вод 50

С, при которых проводится

процесс, достигается высокая степень очистки.

Очистка сточных вод от никеля основана на выделении его из раствора в виде

труднорастворимых соединений:

2 2

3 2 3

2 2

3 3

Ni 2OH Ni( OH ) ,

Ni CO 2OH ( NiOH ) CO ,

Ni CO NiCO .

 

  

 

  

   

  

Осаждение гидроксида никеля начинается при рН=6,7. Произведение раство-

римости Ni(OH)

равно 2,0-10

–18

. Так же как и для меди, концентрация катионов

никеля чрезвычайно зависит от рН: при pH = 8,0 она составляет 23,5 мг/л, а при

рН = 9,5 только 0,5 мг/л. Произведение растворимости карбоната никеля выше,

чем гидроксида и равно 6, 6-10

–9

. Растворимость гидроксидкарбонат никеля прак-

тически равна нулю, поэтому для наиболее полного удаления никеля следует (так

же как и для меди) применять известь III сорта, содержащую СаСО

Находящиеся в растворе катионы свинца переводят в осадок в виде одного из

трех труднорастворимых соединений:

125

2 3

2 2

3 3

Pb OH Pb( OH ) ,

2Pb 2OH CO ( PbOH ) CO

Pb CO PbCO .

 

  

   

  

Началу выпадения в осадок гидроксида свинца соответствует рН = 6,0. Про-

изведение его растворимости равно 1,1 10

– 20

, карбоната свинца – 1,0 – 10

–13

Основной карбонат свинца в воде нерастворим. Приведенные данные показыва-

ют, что для очистки от свинца применимы все три метода. Наиболее дешевым из

них является получение карбоната свинца с использованием в качестве реагента

осадителя известняка, мела, мрамора. Ввиду того, что они являются твердыми

минеральными породами, их можно применять в качестве загрузки фильтров, че-

рез которые профильтровывают очищаемые стоки.

Несмотря на то, что в сточных водах обычно содержатся катионы нескольких

металлов, применение для удаления каждого из них специфического осадителя

метода невозможно. Поэтому сточную воду обрабатывают обычно гидроксидом

кальция (известковым молоком), приготовляемым из извести III сорта; при этом

происходит одновременное осаждение катионов тяжелых металлов в виде гидро-

ксолей, гидроксидов и карбонатов. Установлено, что при совместном осаждении

нескольких металлов достигаются лучшие результаты, чем при осаждении каж-

дого из металлов в отдельности. Это связано с образованием смешанных кри-

сталлов и адсорбцией ионов металлов на поверхности твердой фазы.

Для повышения степени очистки сточных вод, содержащих тяжелые метал-

лы, предложено после осаждения их гидроксидов известью при pH – 8,5 и отде-

ления осадка вводить в осветленную сточную воду раствор

SiONa в количе-

стве, в 5-30 раз превышающем стехиометрическую норму. После отделения

осадка сточная вода с небольшим содержанием ионов тяжелых металлов может

быть возвращена в систему оборотного водоснабжения.

Обработка сточных вод щелочными реагентами позволяет снизить содержа-

ние тяжелых металлов в растворе до величин, сопоставимых с ПДК для водоемов

санитарно-бытового пользования. Однако когда требуется более глубокая очист-

ка, например, при непосредственном сбросе в рыбохозяйственные водоемы,

очистка щелочными реагентами не дает необходимого эффекта.

Более глубокая очистка от тяжелых металлов достигается при обработке

сточных вод сульфидом натрия. Это связано с тем, что растворимость сульфидов

тяжелых металлов значительно меньше растворимости любых других труднорас-

творимых соединений – гидроксидов и карбонатов.

Для удаления небольших количеств ионов тяжелых металлов, возможно, ис-

пользовать пирит. Процесс можно проводить фильтрованием сточной воды через

гранулированный пирит или непосредственным введением порошка в сточную

воду. Кроме пирита для этой цели можно использовать сульфид любого другого

нетоксичного металла, произведение растворимости которого больше произведе-

ния растворимости сульфида извлекаемого из сточной воды металла.

Поскольку гидроксиды и сульфиды тяжелых металлов образуют устойчи-

вые коллоидные системы для интенсификации процесса их осаждения в сточ-

ные воды необходимо вводить коагулянты и флокулянты. Коллоидные части-

126

цы сульфидов имеют отрицательный заряд, поэтому для коагуляции сульфидов

используют электролиты с многозарядными катионами – обычно сульфаты

алюминия или трехвалентного железа. При коагуляции гидроксидов требуется

электролит с многозарядными анионами, т.к. коллоидные частицы заряжены

положительно. Хорошими коагулянтами гидроксидов являются сульфат-ионы.

Помимо электролитной коагуляции на практике часто используют взаимную

коагуляцию коллоидных растворов с противоположным зарядом частиц. Для

ускорения процесса коагуляции используют флокулянты, в основном полиак-

риламид. Добавка его в количестве 0,01 % от массы сухого вещества увеличи-

вает скорость выпадения осадков гидроксидов металлов в 2-3 раза.

Схема реагентной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с отделе-

нием осадков показана на рис. 1.59.

Недостатком такой очистки является образование большого количества труд-

но обезвоживаемого шлама. Кроме того, очищенная вода содержит большое ко-

Рис. 1.59. Схема реагентной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

Отстаивание

Уплотнение

Образование сульфидов

Обезвоживание

Коагуляция

Отстаивание (фильтрование)

Очищенная вода

Шлам

Вода

Кислые сточные воды

Щелочные сточные воды

Усреднение

Нейтрализация и образование

гидроксидов тяжелых металлов

Флокуляция

Полиакриламид

CaO, Fe

(SO

)

В отвал

На переработку

127

личество солей кальция, поэтому ее трудно использовать в оборотном водоснаб-

жении. Исходя из этого, предложено обрабатывать слив после отстаивания по-

следовательно хлоридом кальция и содой. При этом происходит соосаждение

карбонатов металлов с карбонатом кальция. Образующиеся кристаллические

осадки карбонатов металлов имеют незначительный объем и легко обезвожива-

ются. Одновременно происходит умягчение воды, что создает возможность ис-

пользования ее в системе оборотного водоснабжения.

Очистка от соединений мышьяка. Предельно допустимая концентрация мы-

шьяка в водоемах равна 0,05 мг/л. Для очистки сточных вод от мышьяка приме-

няют реагентные, сорбционные, электрохимические, экстракционные и другие

методы. Выбор метода зависит от формы растворенного мышьяка, состава, кис-

лотности и других показателей воды.

Для очистки больших объемов воды с высоким содержанием мышьяка прак-

тическое применение нашел метод химического его осаждения в виде труднорас-

творимых соединений (арсенаты и арсениты щелочноземельных и тяжелых ме-

таллов, сульфиды и триоксид мышьяка).

Для очистки от кислородсодержащих соединений мышьяка широко приме-

няют известковое молоко. При этом в зависимости от состава сточных вод и

условий очистки (рН, температура, расход реагента) выпадают в осадок арсенаты

и арсениты различного состава. Присутствие в сточных водах ионов тяжелых ме-

таллов повышает степень очистки от мышьяка, т.к. происходит осаждение арсе-

натов и арсенитов этих металлов.

Из сильнокислых растворов мышьяк осаждают сульфидом натрия, сероводо-

родом. Очистку сульфидно-щелочных сточных вод от мышьяка, входящего в со-

став анионов тиосолей, проводят сульфатом железа (железным купоросом).

Соединения пятивалентного мышьяка удаляются из сточных вод лучше, чем

трехвалентного. Кроме того, хранение осадков, содержащих пятивалентный мы-

шьяк, дешевле, т.к. он менее токсичен и менее растворим. Исходя из этого, со-

единения трехвалентного мышьяка перед осаждением окисляют до пятивалентно-

го. В качестве окислителей используют хлорную известь, хлор, гипохлоритную

пульпу, пероксид водорода, азотную кислоту, озон, пиролюзит и др.

Пиролюзит – природный материал, состоящий в основном из диоксида мар-

ганца, широко используют для окисления трехвалентного мышьяка. В кислой

среде процесс протекает следующим образом:

.OHMnOAsOHSOHMnOAsOH

244342233







Оптимальный режим окисления: расход MnO

– четырехкратный по сравне-

нию со стехиометрическим, кислотность раствора 30-40 г/л серной кислоты, тем-

пература 70-80

С, время окисления 3 ч.

После окисления мышьяка проводят его осаждение в виде арсенита марган-

ца при нейтрализации гидроксидом кальция (известковым молоком) до рН = 6-9.

Затем осадок отфильтровывают и захороняют в водонепроницаемых траншеях.

Стоки с небольшой концентрацией мышьяка окисляют путем фильтрования

воды через слой пиролюзита. Осаждение проводят известковым молоком в при-

сутствии фосфат-ионов.

128

Кроме окислительной способности пиролюзит обладает сорбционными свой-

ствами. Величина сорбционной емкости его по трех- и пятивалентному мышьяку

соответственно равна 12,6 и 29,9 мг/л. При увеличении рН раствора количество

сорбируемого мышьяка на пиролюзите и окислительная способность его умень-

шаются. В кислых средах (рН < 1) сорбционная способность падает, а окисли-

тельная возрастает.

Присутствующие в сточной воде другие катионы и анионы, сорбируясь на

пиролюзите, ухудшают его окислительную способность.

Окислительная способность диоксида марганца постепенно снижается в ре-

зультате процессов сорбции и заиливания поверхности зерен пиролюзита. Для

активации пиролюзит обрабатывают концентрированной серной кислотой или

едким натром. Кислота меньше десорбирует мышьяк, но полнее растворяет

шлам, образующийся на поверхности пиролюзита.

Очистка от солей железа. В природных водах содержание железа колеблется

от 0,01 до 26 мг/л. Кроме того, железо содержится в сточных водах химических,

металлургических, машиностроительных, металлообрабатывающих, нефтехими-

ческих, текстильных, химико-фармацевтических и других производств. При со-

держании железа более 1 мг/л вода приобретает бурый цвет. При движении такой

воды по трубопроводам на их стенках откладываются соединения железа и желе-

зобактерии, уменьшая сечение трубопровода.

В водоемах ПДК солей железа в пересчете на Ре

равняется 0,5 мг/л. В то же

время, в некоторых производствах технологическая вода и вода, находящаяся в

обороте, не должна содержать соединений железа более 0,05 мг/л, например в

производствах капрона, найлона, целлофана, натурального и вискозного шелка,

кинопленки, электроники, полупроводников и др. Для указанных производств

требуется глубокая очистка природных и сточных вод от соединений железа.

Для обезжелезивания вод применяют аэрацию, реагентные методы, электро-

диализ, адсорбцию, обратный осмос.

В процессе аэрирования происходит окисление двухвалентного железа в

трехвалентное. Реакция окисления в водном растворе протекает по схеме:

2 3

2 2

2 3

4Fe O 2H O 4Fe 4OH ,

Fe 3H O Fe( OH ) 3H .

  

 

   

  

Или суммарно:

2 2 3

4Fe O 10H O 4Fe( OH ) 8H .

 

   

В присутствии гидрокарбонатных ионов в воде окисление двухвалентного

железа и гидролиз трехвалентного железа протекают по реакции:

3 2 3 2

4Fe 8HCO 2H O 4Fe( OH ) 8CO .

 

     

На окисление 1 мг двухвалентного железа расходуется 0,143 мг кислорода. Для

обеспечения высокой скорости химической реакции содержание кислорода в воде

должно быть 0,5-0,9 мг на 1 мг железа.

Процесс аэрирования проводят в вентиляционной градирне. В том случае, ко-

гда необходимо обогащать воду кислородом и удалять часть свободного оксида

углерода, используют градирни с хордовой насадкой, представляющей собой щи-

ты из досок. Для приблизительной оценки размеров градирни можно исходить из

129

следующего: расход воды на 1 м

площади градирни 40 мг, расход воздуха 7 мг

воды. Использование другой насадки нецелесообразно, т.к. может произойти ее

забивка соединениями железа.

После аэрирования необходимо отделить осадок гидроксида железа. Для этой цели

используют процессы отстаивания и фильтрования. Осадок гидроксида железа можно

использовать для приготовления красок или для очистки газов от сероводорода.

В процессе осаждения гидроксида железа происходит уплотнение осадка ам-

фотерного Fe(OН)

в гематита Fе

: 2Fе(ОН)

= Fе

+3Н

О.

При высоком содержании железа в воде аэрационным методом его полностью

удалить нельзя, поэтому применяют реагентные методы. Для этой цели исполь-

зуют хлор, хлорат кальция (хлорную известь), перманганат калия, озон, оксид

кальция (известь), карбонат натрия (соду) и др. Реагенты дозируются в воду пе-

ред осветлителями или отстойниками.

При взаимодействии с хлором протекает следующая реакция:

3 2 2 3 2 2 2

Fe( HCO ) Cl Ca( HCO ) 2Fe( OH ) CaCl 6CO .

      

Скорость этой реакции увеличивается с повышением рН. На окисление 1 мг двухва-

лентного железа расходуется 0,64 мг Сl;. В случае использования хлората кальция его

используют в виде 1-2 %-го раствора, который дозируют непосредственно в сточную

воду. Окисление двухвалентного железа перманганатом калия проходит по уравнению:

3 2 4 2 3 2 2 3

3Fe( HCO ) KMnO 2H O 3Fe( OH ) MnO 5CO KHCO .

     

Если железо содержится в воде в виде органических соединений или колло-

идных частиц, применяют озонирование. При этом на 1 массовую часть железа

требуется 1 массовая часть озона.

Очистка от соединений марганца. Соединения марганца содержатся в сточной

воде металлургических, машиностроительных и химических производств. При кон-

центрации марганца более 0,05 мг/л вода окрашивается в темный цвет. Некоторые

производства предъявляют жесткие требования к содержанию марганца в воде (бу-

мажная, текстильная, кинокопировальная, синтетических волокон, пластмасс).

Удаление из воды марганца может быть достигнуто следующими методами:

1) обработкой воды перманганатом калия;

2) аэрацией, совмещенной с известкованием;

3) фильтрованием воды через марганцевый песок или марганцевый катионит;

4) окислением озоном, хлором или диоксидом хлора.

При обработке воды перманганатом калия достигается одновременная очист-

ка от марганца и от железа. Перманганат калия окисляют с образованием мало-

растворимого диоксида марганца:

2 4

2 2

3Mn 2MnO 2H O 5MnO 4H .

  

    

В этом процессе 1 мг KMnO

окисляет 0,53 мг Мn

.Наибольший эффект до-

стигается при обработке воды дозой 2 мг KMnO

на 1 мг. Осадок диоксида мар-

ганца удаляют фильтрованием.

Удаление марганца аэрацией с подщелачиванием воды применяют при одно-

временном присутствии в ней марганца и железа. При аэрации воды удаляется часть

диоксида углерода и происходит ее насыщение кислородом воздуха. При удалении

130

СО

возрастает рН сточной воды, что способствует ускорению процессов окисления

и гидролиза железа и частично марганца с образованием гидроксидов.

Двухвалентный марганец медленно окисляется в трех- и четырехвалентный

растворенным в воде кислородом. Окисление марганца происходит при рН = 9-9,5.

Образующийся гидроксид марганца выпадает в осадок в виде Мn(ОН)

и Мn(ОН)

Растворимость этих соединений 0,01 мг/л, образующийся Мn(ОН)

снова участву-

ет в процессе, являясь катализатором окисления марганца.

При рН = 9,5 марганец удаляется почти полностью, при рН < 7,5 кислородом

воздуха он почти не окисляется. Для ускорения процесса окисления марганца во-

ду после аэрации до подачи на фильтры подщелачивают известью или содой для

повышения рН, затем осветляют в осветлителях или отстойниках. Процесс окис-

ления Мn

резко ускоряется, если аэрированную воду фильтруют через контакт-

ный фильтр, загруженный дробленым пиролюзитом (MnO

∙H

O) либо кварцевым

песком, предварительно обработанным оксидами марганца.

Двухвалентный марганец может быть удален из воды в процессе окисления

его хлором, озоном или диоксидом хлора. Скорость окисления Мn хлором зави-

сит от рН среды. При рН = 7 за 60-90 мин окисляется всего 50 % Мn

. При под-

щелачивании известью до рН = 8 Мn окисляется практически полностью. Расход

на окисление 1 мг Мn составляет 1,3 мг. При наличии в воде аммонийных со-

лей расход хлора увеличивается.

Диоксид хлора и озон при рН=6,5-7 окисляют Мn

за 10-15 мин. На окисле-

ние 1 мг Мn

расходуется 1,35 мг ClO

или 1,45 мг О

. Однако применение этих

окислителей требует строительства сложных установок, поэтому их практически

не используют.

Марганец может быть удален из воды биохимическим окислением. Процесс про-

водят следующим образом. На песке фильтра высеивают особый вид марганец потреб-

ляющих бактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности поглощают из воды

марганец. Отмирающие бактерии образуют на зернах песка пористую массу с высоким

содержанием оксида марганца, который служит катализатором процесса окисления.

Марганец из воды может быть удален при помощи марганцевого катионита, ко-

торый приготовляют, пропуская через любой катионит в натриевой форме растворы

хлорида марганца и перманганата калия. При этом происходят следующие реакции:









   

4 2

Кат MnCl Mn Кат Na Cl ,

Кат Me MnO ME Кат MnO ,

 



   

   

где Me – катион Na

или К

В этих процессах перманганат калия окисляет марганец с образованием окси-

дов марганца, которые в виде пленки оседают на поверхности зерен катионита.

При регенерации пленку восстанавливают раствором перманганата калия.

Из рассмотренных методов наиболее эффективным является метод обра-

ботки перманганатом калия. Он не требует сложного оборудования и просто

контролируется.