Обработка кислых сточных вод и осаждение ионов тяжелых металлов

Кислые сточные воды необходимо прежде всего нейтрализовать для предупреждения канализационной сети от разрушения. При этом необходимо учитывать не только свободную кислоту, но и ту, которая может освобождаться в результате гидролиза солей тяжелых металлов. Простейшим методом защиты канализационной сети является доведение рН сточных вод примерно до 8—9. При этом полностью нейтрализуются свободные кислоты, а тяжелые металлы, так же как и магний, выпадают в виде гидроокисей.

Более повышенные требования к нейтрализации промышленных сточных вод предъявляются в тех случаях, когда они должны подвергаться биологической очистке. Такие металлы, как цинк, медь, хром сильно затрудняют биологическую очистку, а в некоторых случаях делают ее совершенно невозможной. Для этой цели недостаточно нейтрализовать кислоту, необходимо также удалить из сточных вод тяжелые металлы. Аналогично обстоит дело при использовании сточных вод для сельскохозяйственных нужд. При орошении сточными водами, рН которых ниже 7, необходимо учитывать, особенно в случае плохо буферированной почвы, возможность растворения или вымывания питательных солей, т. е. обеднение почвы, а при еще большей кислотности сточных вод сама почва становится кислой, что вредно отражается на растительности. Не меньший вред на растительный мир оказывают содержащиеся в сточных водах соли тяжелых металлов, в особенности нежелезных — цинка, меди, хрома.

Наиболее эффективным и часто применяемым нейтрализующим веществом является известковое молоко, реже едкий натр. Известь значительно дешевле, но для точного регулирования рН требуется установка сравнительно сложной аппаратуры, что может быть оправдано при больших масштабах производства; в тех случаях, когда из сточных вод необходимо удалять фосфаты, фториды или сульфаты, известь имеет неоспоримые преимущества. На рис. 128 видно, что углекислый натрий может быть использован только для связывания свободных кислот; с солями тяжелых металлов реакция затухает на стадии образования бикарбонатов. По этой причине потребность в соде примерно вдвое больше, чем потребность в извести или едкой щелочи.

Для нейтрализации кислых сточных вод может быть также использован известняк или доломит. Известняк  необходимо исключить, если в сточных водах содержатся сернокислые соединения.

Рис. 128. Нейтрализация кислых сточных вод при помощи Na₂CO₃ и NaOH

Большим шагом вперед в технике нейтрализации сточных вод является разработка промышленных методов контроля и регулирования рН. С  помощью находящихся в эксплуатации устройств представляется возможным автоматически регулировать подачу нейтрализующих веществ в соответствии с кислотностью воды. При значениях рН=8÷8,5 выпадают гидроокиси железа, хрома, меди, никеля, цинка и др. Эти гидроокиси отстаиваются в специальных отстойниках, так как фильтрация дорогостоящая операция, не всегда дающая необходимые результаты вследствие коллоидного характера некоторых гидроокисей. Двухвалентное железо переводят в трехвалентное при помощи различных окислителей, например хлорной извести. Соединения шестивалентного хрома, присутствующие в сточных водах хромирования, хроматирования, электролитической и химической полировки, необходимо предварительно восстанавливать до трехвалентного хрома, что обычно осуществляют при помощи сульфата двухвалентного железа.

По ряду соображений — экономия площади, снижение стоимости, облегчение эксплуатации и т. п. — желательны малые размеры осадительных чанов. Отсюда вытекает большая важность проблемы увеличения скорости оседания частиц при очистке сточных вод от солей тяжелых металлов. На скорость оседания частиц гидроокисей металлов влияет температура — чем она выше, тем меньше воды удерживают частицы и тем быстрее они оседают. Определенное влияние оказывает рН, а в некоторых случаях одновременное присутствие различных коллоидов. Так, например, гидроокись хрома сама по себе медленно оседает, но в присутствии гидроокиси железа сравнительно быстро выпадают гидроокиси обоих металлов. Коллоидные гидроокиси быстро оседают при образовании трудно растворимого кристаллического осадка, например сульфата кальция, при нейтрализации сернокислых сточных вод известковым молоком.

На скорость оседания коллоидных частиц при определенных значениях рН часто благоприятно влияет гидроокись алюминия. При высоких и низких значениях рН гидроокись алюминия переходит в истинный раствор, так что добавление ее в этих случаях приводит лишь к дополнительному загрязнению сточных вод.

В последнее время в качестве флокулянтов (коагуляторов) успешно применяют органические коллоиды, значительно ускоряющие оседание шлама. Такими флокулянтами являются высокомолекулярные органические вещества, адсорбирующиеся диспергированными в растворе коллоидными частицами, размеры которых заметно возрастают, что ускоряет выпадение этих частиц на дно.

Флокулянты обычно применяют и дозируют в виде водной эмульсии, которую добавляют к осветляемой воде из расчета около 5 г/л флокулянта на 1 м³ сточной воды. Флокулянты парализуют отрицательное влияние на отстаивание шлама смачивающих веществ и других высокомолекулярных соединений.

Общих правил, касающихся оптимальных значений рН, скорости проточности при которой полностью оседает шлам и вода совершенно осветляется, оптимальных концентраций флокулянтов ввиду специфичности промышленных сточных вод, установить нельзя. Применительно к определенным видам сточных вод все эти параметры должны быть установлены опытным путем с тем, чтобы добиться возможно полного перевода присутствующих в воде ионов тяжелых металлов в состояние гидроокисей и скорого отстаивания их.