Выбор метода очистки сточных вод от фенолов
получать 3-4
% -ные растворы ацетата натрия и других солей [21].
Применение катализаторов при жидкофазном окислении позволяет снизить
температуру процесса до 180°С и давление - до 1.7 МПа [7]. В процессе
жидкофазного окисления фенола в воде на оксиде меди, нанесенном на активный
оксид алюминия, при температуре 130…145°С, давлении 1.0…1.3 МПа и времени
контакта 45…90 мин была достигнута полная его деструкция [8].
В качестве катализаторов используют в основном металлы переменной
валентности, их оксиды и соли. Чаще всего это металлы VIII группы, а также
Си, Мп и их соединения. Катализаторы в реакционную среду вводят в виде
диспергированных чистых металлов или нанесенные на оксид алюминия или
активированный уголь. Соли могут быть использованы как растворенные
гомогенные катализаторы или как гетерогенные.
Применение каталитических систем позволяет разрушить практически все
встречающиеся в стоках органические соединения. В результате обработки
происходит глубокое окисление органических веществ до С02 и Н2 О.
Метод жидкофазного окисления обладает следующими преимуществами -
отсутствие необходимости испарения воды, универсальность (наряду с
фенолами возможно удаление из сточных вод и других веществ).
К недостаткам жидкофазного окисления следует отнести сложное
аппаратурное оформление процесса: насосы и компрессоры высокого давления,
необходимость применения дорогостоящих конструкционных материалов и
высоколегированных сталей по всему тракту высокого давления, образование
накипи на теплопередающих поверхностях.
Озонирование
Озонирование - широко используемый способ глубокой очистки воды от
фенолов, а также от других нефтепродуктов. Озон обладает большой
окислительной способностью, оказывает сильное бактерицидное действие,
устраняет неприятный запах и привкус и возвращает воде естественный цвет.
Окислительные свойства озона в воде могут проявляться в реакциях
прямого окисления, озонолиза, катализа, окисления радикалами и
полимеризации. Прямому окислению подвергаются некоторые органические
соединения. Каталитическое действие озона заключается в инициировании
реакций окисления растворенным в воде кислородом.
Окисление озоном протекает по месту двойной связи бензольного кольца и
параллельно окисляется гидрокисльный радикал с последующей рекомбинацией
пероксирадикалов, пероксид водорода реагирует с озоном, образуя воду и
кислород.
Для ускорения процесса инициирования целесообразно окисление проводить
в щелочной среде. Чем выше величина показателя рН среды, тем больше степень
окисляемости озоном. Оптимальное значение рН для окисления фенолов
концентрацией менее 50 мг/л – равно 11.4 [30], результаты опытов приведены
в таблице (2).
Таблица 2.
Результаты окисления озоном фенолов в водном растворе
(начальная концентрация фенолов в воде 100 мг/л, рН = 12).
|Фенол |о-Крезол |м-Крезол |
|Расход |Содержание |Расход |Содержание |Расход |Содержание |
|озона, |фенола, мг/л |озона, |о-Крезола, |озона, |м-Крезола, |
|мг/л | |мг/л |мг/л |мг/л |мг/л |
|0 |96 |0 |99 |0 |99 |
|54 |47 |49 |46 |57 |41 |
|110 |12 |100 |11 |110 |2,7 |
|180 |0,4 |150 |1,7 |150 |0,4 |
|220 |0,2 |200 |0,2 |200 |- |
|260 |0,1 |240 |0,1 |260 |- |
Метод озонирования позволяет эффективно очищать воду от фенолов, при
этом образуются альдегиды, щавелевая и дикарбоновые кислоты, гидропероксид,
диоксид углерода и вода. Озон может быть применен для глубокой очистки
слабо концентрированных сточных вод, содержащих биологически трудно
окисляемые вещества. С помощью озонирования можно достичь очистки сточных
вод до уровня 0.05 мг/л и ниже. При озонировании фенольных сточных вод
содержащих другие примеси углеводородов образующихся при обессоливании -
обезвоживании нефтепродуктов расход озона значительно возрастает по
сравнению с расходом на озонирование чистых водных растворов, и достигает
5…10 г озона и более на 1 г фенола [21].
В работе [10] отмечается, что степень очистки нефтесодержащих сточных
вод, имеющих сложный состав, с помощью озонирования может колебаться в
пределах 50…75%. Причем в озонируемой воде остаются промежуточные продукты
окисления углеводородов, не поддающиеся дальнейшему разрушению и являющиеся
более опасными, чем исходные вещества. Время контакта очищаемой воды,
содержащей не более 0.5 мг/л нефтепродуктов, с озоном в реакторе должно
быть не менее 13-15 мин. При несоблюдении этого условия реакция окисления
идет не до конца, т.е. не до образования С02 и Н 2О, и выделяются очень
опасные кислородсодержащие органические соединения. При окислении озоном
бром-фтор-хлорорганики образуются бромистая, фтористая и соляная кислоты, а
в случае хлорорганики - фосген, являющийся боевым отравляющим веществом.
Процесс озонирования осуществляют в барботажных ваннах или смесителях,
в которых вода смешивается с озонируемым воздухом или кислородом [13, 14].
Для производства 1 кг озона требуется 15 кВт электроэнергии. Расход
электроэнергии на 1 кг окисленного фенола составляет 50-100 кВт ч, в чистом
водном растворе [31].
Преимуществом данного метода очистки можно считать то, что в воду не
вносятся химические реагенты.
К недостаткам процесса озонирования следует отнести: малое время жизни
молекул озона; низкий коэффициент полезного действия озонаторов; высокую
стоимость озона; необходимость применения коррозионно-стойких материалов
для оборудования; токсичность озона (ПДК в воздухе 0.0001 мг/л);
образование при окислении высокомолекулярных соединений промежуточных
токсичных органических веществ; высокую чувствительность к нарушениям
технологических параметров озонирования (скорости прокачки воды и составу
загрязнений); недопустимость присутствия в озонируемой воде клеточной массы
водорослей и микроорганизмов, поскольку высвобождаемые белковые соединения
и аминокислоты в ходе дальнейшего озонирования могут образовывать
высокотоксичные соединения.
Метод обработки хлором и хлорсодержащими агентами
Одним из эффективных методов очистки сточных вод от фенолов является
окисление «активным хлором». Установлено, что в зависимости от дозы
«активного хлора» образуются хлорпроизводные фенола . 2-хлорфенол; 2,6-
дихлорфенол, трихлорфенол. Увеличение дозы «активного хлора» до 6 мг на 1
мг фенола приводит к окислению фенола до малеинового ангидрида,
образующегося при взаимодействии с водой малеиновую кислоту. Одновремено в
воде содержаться хлорфенолы, пирокатехин, пирагалол и хиноидные соединения.
Для более полного разрушения фенолов необходима доза «активного хлора» 8 мг
на 1 мг фенола. В этом случае в оборотной воде содержаться, кроме
малеиновой кислоты, муконовая и муравьиная кислота [1].
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 структу
| |  скачать работу |
Выбор метода очистки сточных вод от фенолов |
