Méthodes de traitement oxydant des eaux usées

Méthode de traitement oxydant des eaux usées

La méthode oxydative est utilisée dans le traitement des eaux et pour l'élimination des eaux usées industrielles contenant des impuretés toxiques (cyanures, phénols), ainsi que pour l'extraction de substances provenant d'eaux usées qui ne peuvent ou ne peuvent pas être extraites par d'autres méthodes.

La méthode est appliquée dans les industries suivantes:

- ingénierie (dans les ateliers de galvanoplastie);

- exploitation minière (aux concentrateurs);

- pétrochimie (dans les raffineries et les usines pétrochimiques);

- pâtes et papiers et autres.

La désinfection est la dernière étape du traitement des eaux usées municipales. Le rejet d'eaux usées, même traitées biologiquement, dans les masses d'eau est inévitablement associé à la menace d'introduction de bactéries et de virus pathogènes responsables d'infections intestinales. D'après les pratiques de traitement des eaux usées, il est connu que le nombre de bactéries dans le groupe Escherichia coli est réduit de 30 à 40% lors de la décantation primaire et de 90 à 95% après les décanteurs secondaires. Par conséquent, pour le rejet complet des eaux usées provenant de bactéries et de virus pathogènes, il est nécessaire d’utiliser des méthodes spéciales de désinfection.

La chloration, l'ozonation et l'irradiation ultraviolette sont utilisées pour désinfecter (désinfecter) les eaux usées. Les réactifs (oxydants) sont le chlore, l'ozone, l'oxygène technique et l'oxygène de l'air.

1) La chloration est la méthode de désinfection la plus courante et est très efficace contre les bactéries pathogènes. Le chlore gazeux et ses dérivés (agent de blanchiment, hypochlorite de calcium et de sodium, agent de blanchiment, dioxyde de chlore) sont utilisés comme agent désinfectant.

La chloration est également utilisée pour éliminer les phénols, les cyanures, le sulfure d'hydrogène et d'autres composés des eaux usées, afin de lutter contre l'encrassement biologique des structures. Le chlore est fourni à la production sous forme liquide avec une teneur d'au moins 99,5%.

L'acide hypochloreux HC l O a la même capacité oxydante que le chlore. Cependant, ses propriétés oxydantes ne se manifestent que dans un environnement acide. De plus, l'acide hypochloreux est un produit instable - il se décompose avec le temps et à la lumière.

Les sels d'acide hypochloreux sont largement utilisés. Hypochlorite de calcium Ca (C l O)2 Disponible en trois qualités avec une concentration de chlore actif de 32 à 35%. Le sel le plus stable de l'hypochlorite de sodium est N aOC l * 5H2O.

Oxyde de chlore (IV) С l О2 - gaz de couleur jaune verdâtre, bien soluble dans l'eau, agent oxydant fort. En cas d'interaction avec l'eau, les réactions de chloration ne se produisent pas, ce qui élimine la formation de substances organochlorées. Récemment, d'importants développements ont été réalisés pour clarifier les conditions de remplacement du chlore par l'oxyde de chlore en tant qu'agent oxydant. Dans un certain nombre d'usines russes, des technologies de pointe utilisant l'oxyde de chlore ont été introduites.

La méthode de chloration des eaux usées présente de graves inconvénients, ainsi que des contraintes hygiéniques et environnementales.

A) Long temps de contact du chlore avec de l'eau pour obtenir un effet désinfectant et des concentrations initiales élevées en chlore actif. Le chlore ajouté aux eaux usées doit être soigneusement mélangé à celui-ci, puis être en contact avec les eaux usées pendant au moins 30 minutes, après quoi la quantité de chlore résiduel doit être d'au moins 1,5 mg / l. Pour atteindre cette valeur, la dose initiale de chlore actif est, conformément aux exigences du SNiP, de plusieurs dizaines de mg / l.

Pour réduire la forme coli de 99,9%, les doses suivantes de chlore, mg / l sont nécessaires:

- après nettoyage mécanique - 10;

- après nettoyage chimique - 3 - 10;

- après traitement biologique complet et incomplet - 3 et 5;

- après filtrage sur filtres à sable - 2 - 5.

L'unité de chloration au chlore gazeux comprend une unité de chloration, un mélangeur et des réservoirs de contact.

B) L’absence de la sécurité épidémique nécessaire pour les virus avec une dose de chlore résiduel de 1,5 mg / l.

B) Haut degré de toxicité du chlore. Le chlore est un gaz hautement toxique, il est assez difficile de travailler avec.

D) risque élevé d'explosion lors du stockage de chlore liquide.

E) Formation dans l'eau naturelle au contact de composés organochlorés du chlore à des concentrations toxiques pour le biote d'un corps aquatique et de l'homme. Une fois libéré dans l'eau, l'hydrolyse du chlore se produit avec la formation d'acide chlorhydrique. Les eaux usées municipales traitées biologiquement, dont le niveau de DBO est compris entre 15 et 20 mg / l, contiennent une quantité suffisante de composés organiques de différentes classes capables d’oxydation. Avec certaines substances organiques présentes dans la solution, le chlore peut entrer dans une réaction de chloration.

Il en résulte la formation de produits organochlorés secondaires, hautement toxiques, mutagènes et cancérigènes, capables de s'accumuler dans les sédiments de fond, les tissus des organismes aquatiques et de pénétrer dans le corps humain. Cela nécessite la déchloruration des eaux usées avant leur rejet dans les réservoirs. Par conséquent, ces derniers temps, on a eu tendance à abandonner la désinfection de l'eau au chlore et à utiliser des méthodes alternatives.

2) L’ozonisation est utilisée pour nettoyer les eaux usées des phénols, produits pétroliers, sulfure d’hydrogène, composés de l’arsenic, agents de surface, cyanures, colorants, hydrocarbures aromatiques cancérigènes, pesticides, etc., ainsi que pour blanchir et désinfecter l’eau de boisson, éliminer les odeurs et les goûts.

L'ozone est l'un des oxydants les plus puissants. Il est produit dans des générateurs à partir d'oxygène de l'air sous l'influence d'une décharge électrique. Pour l'oxydation, le mélange air-ozone est introduit dans de l'eau dans laquelle l'ozone se dissocie. L'ozone est un désinfectant, il est utilisé pour normaliser la composition microbiologique de l'eau.

Les avantages de la méthode d'ozonation comprennent:

A) L'ozone a une activité bactéricide élevée et permet une désinfection fiable de l'eau, même en ce qui concerne les bactéries sporulées. En raison de son fort pouvoir oxydant, l'ozone détruit les membranes et les parois des cellules. Le traitement final des eaux usées à l’ozone au stade final permet d’obtenir un degré de purification plus élevé et de neutraliser divers composés toxiques.

B) L'ozone ne se forme pas dans l'eau, comme les composés organochlorés. Après la réaction avec l'utilisation d'ozone, de l'oxygène se forme et l'eau n'est pas contaminée par des substances secondaires.

C) L'ozone améliore les propriétés organoleptiques de l'eau et procure un effet bactéricide avec un temps de contact réduit. Lors du traitement de l'eau avec de l'ozone, les micro-organismes pathogènes meurent des milliers de fois plus rapidement que lorsqu'ils sont chlorés.

Cependant, l'introduction généralisée de l'ozonation dans la pratique du traitement de l'eau empêche son coût élevé et l'intensité énergétique du processus de production de l'ozone. Cela ne devrait pas être exclu et le danger d'un impact négatif de l'ozone sur le corps humain.

3) La radiation des ultraviolets a été introduite avec succès dans la pratique de la désinfection des eaux usées au cours des 10 dernières années. La première installation a été créée en 1982 au Canada. En Russie, les installations ont commencé à être utilisées à partir de 1991. Depuis 2000, les installations fonctionnent à la station d'aération de Zelenograd (région de Moscou) et aux stations d'épuration des eaux usées de Samara, Tolyatti et d'autres villes.

La désinfection de l’eau par rayons ultraviolets fait référence à des méthodes physiques (non réactives). Dans le même temps, des lampes bactéricides à mercure-quartz à haute ou basse pression sont utilisées.

Les avantages de la méthode incluent:

A) Un large éventail d'action antimicrobienne. Les rayons ultraviolets ont un effet biocide prononcé sur divers micro-organismes, notamment les bactéries, les virus et les champignons. L'irradiation UV affecte non seulement la flore bactérienne, mais également les spores bactériennes.

B) Aucun danger de surdosage. Cette méthode ne nécessite pas l'introduction de réactifs chimiques dans l'eau. L'effet bactéricide des rayons ultraviolets ne s'accompagne pas de la formation de produits dangereux résultant de la transformation de produits chimiques dans l'eau.

C) Une courte période de contact des rayons ultraviolets avec les eaux usées (fait référence aux avantages technologiques de la méthode). L'irradiation bactéricide agit presque instantanément et, par conséquent, l'eau qui a traversé l'installation peut entrer immédiatement dans le réservoir.

D) Accélération du processus d'oxydation des impuretés dans les effluents industriels de 100 à 10 000 fois.

D) L'absence d'effets toxiques sur les organismes aquatiques.

E) Préservation des propriétés organoleptiques de l'eau.

Cependant, l'efficacité hygiénique appropriée et la fiabilité de la désinfection ne sont fournies qu'avec une certaine qualité d'eaux usées.

Le processus de nettoyage peut être considérablement accéléré par l’utilisation combinée de l’ozone et du rayonnement ultraviolet des eaux usées.

La méthode de chloration est actuellement utilisée pour désinfecter les eaux usées avant de les rejeter dans un plan d’eau situé au MUP Vodokanal OSK, Khabarovsk Vodokanal. Pour atteindre les indicateurs standard de la qualité des eaux usées pour tous les polluants, il est proposé d’introduire des filtres de biosorption avec une désinfection supplémentaire dans l’usine UV. Dans le même temps, le schéma de la station de désinfection par UV, utilisé à la station de traitement des eaux usées Novo-Lyubertsy à Moscou, sert de base.

Pour le chargement de biosorbeurs, on utilise du charbon actif dont la taille des particules est comprise entre 1 et 2 mm. Les filtres fonctionnent dans des conditions anaérobies avec formation de biofilms pour éliminer les matières organiques, les composés azotés, les produits pétroliers et les phénols. Les lampes à mercure DB 36 produites par la branche de production nationale sont utilisées comme sources de rayonnement bactéricide dans les installations de la série UV, grâce à la mise en place d’un nouveau système d’épuration, ce qui réduira considérablement la charge sur le bassin. Cupidon, ce qui améliorera la situation environnementale dans la région de Khabarovsk.

3.3. Méthode de récupération pour le traitement des eaux usées

La méthode de récupération est utilisée pour traiter les eaux usées provenant de composés métalliques (mercure, chrome, arsenic, cuivre), de nitrites, de nitrates, de sulfates, etc. Pour chaque substance, sa méthode de réduction et les réactifs - agents réducteurs correspondants sont utilisés. Il existe actuellement une grande variété de méthodes de récupération.

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Les agents oxydants suivants sont utilisés pour le traitement des eaux usées: chlore gazeux et liquéfié, dioxyde de chlore, agent de blanchiment, hypochlorites de calcium et de sodium, permanganate de potassium, dichromate de potassium, peroxyde d'hydrogène, oxygène de l'air, acides peroxosulfuriques, ozone, pyrolusite, etc.

Au cours du processus d'oxydation, les impuretés toxiques contenues dans les eaux usées sont converties en produits chimiques moins toxiques à la suite de réactions chimiques, puis éliminées de l'eau. La purification avec des agents oxydants est associée à une consommation élevée de réactifs. Par conséquent, les méthodes d'oxydation sont utilisées dans les cas où les substances qui polluent les eaux usées ne sont pas pratiques ou ne peuvent pas être éliminées par d'autres moyens, par exemple lors du nettoyage des composés de cyanure, des composés d'arsenic dissous, etc.

La capacité des substances à conduire à l’oxydation est déterminée par l’ampleur du potentiel oxydatif. Le fluor est le premier de tous les oxydants connus dans la nature mais, en raison de sa forte agressivité, il ne peut être utilisé dans la pratique. Pour les autres substances, l'ampleur du potentiel oxydant est la suivante: pour l'ozone - 2,07; pour le chlore - 0,94; pour le peroxyde d'hydrogène - 0,68; pour le permanganate de potassium - 0,59.

Le chlore et les substances contenant du chlore «actif» sont les agents oxydants les plus courants. Ils sont utilisés pour le traitement des eaux usées contenant de l'hydrogène sulfuré, de l'hydrosulfure, des composés de méthylsulfure, des phénols, des cyanures, etc. Lorsque du chlore est ajouté à l'eau, des acides hypochloreux et chlorhydrique se forment:

Une dissociation supplémentaire de l'acide hypochloreux se produit, dont le degré dépend du pH du milieu. À pH> 4, le chlore moléculaire est pratiquement absent:

Montant (Cl2 + HOCl + Ocl -) est appelé chlore libre «actif». En présence de composés d'ammonium, d'acide hypochloreux, de chloramine (NH2C1) et dichloramine (NHCl2). Le chlore sous forme de chloramines est appelé chlore «actif» lié.

Fig. 1.21. Schéma d'installation pour la purification de l'eau par chloration:

1 - moyenneur; 2, 5 - pompes; 3 - injecteur; 4 - capacité

Le processus de chloration est effectué dans des chlorinateurs périodiques et continus, sous pression et sous vide. La chloration est effectuée dans le réservoir 4 (Fig. 1.21). Dans l'injecteur 3, le chlore gazeux est capturé par les eaux usées qui circulent dans le système jusqu'à atteindre le degré d'oxydation souhaité.

Lors de la neutralisation de l'eau des cyanures, le processus est effectué en milieu alcalin à pH ≥ 9. Les cyanures peuvent être oxydés en azote élémentaire et en dioxyde de carbone:

Les sources de chlore "actif" peuvent également être l’eau de javel, les hypochlorites, les chlorates, le dioxyde de chlore. La javel est obtenue par interaction du chlore avec de la chaux éteinte:

L’hypochlorite de sodium se forme en faisant passer du chlore gazeux dans une solution alcaline:

L’hypochlorite de calcium est préparé en chlorant du lait de chaux à une température de 25... 30 ° C:

Pour le traitement des eaux usées fortement polluées, l’industrie produit le sel dibasique de Ca (C1O2) ∙ 2Ca (OH) 2∙ 2H2O.

Le chlorate de sodium NaClO est un oxydant puissant.2, qui se décompose avec libération de dioxyde de chlore ClO2. Le dioxyde de chlore est un gaz toxique jaune verdâtre qui dégage une odeur plus intense que le chlore. Pour l'obtenir, les réactions suivantes sont utilisées:

Lorsque le cyanure est oxydé avec du chlore «actif», le processus peut être effectué en une étape pour obtenir des cyanates:

L'oxydation des cyanures en cyanates se produit en raison de l'oxygène atomique au moment de sa séparation de l'agent oxydant.

La vitesse d'hydrolyse dépend du pH du milieu. À pH = 5,3, environ 80% des cyanates sont hydrolysés par jour. Dans un processus en deux étapes, les cyanures sont oxydés en N2 et CO2. Lors de la première étape, le processus se déroule conformément à la réaction (1.12). Dans la deuxième étape, une quantité supplémentaire d'agent oxydant est introduite et la réaction se déroule selon l'équation:

La vitesse du processus d'oxydation est accélérée par l'introduction de catalyseurs - oxydes métalliques à valence variable.

Au cours des réactions, le pH est maintenu dans la plage de 8... 11. Le contrôle de la complétude de l'oxydation est effectué par du chlore résiduel «actif», dont la concentration doit être d'au moins 5... 10 mg / l.

L’agent de blanchiment de base contient jusqu’à 33% de chlore «actif» et d’hypochlorite de calcium jusqu’à 60%. Besoin en réactif (x1) en kilogrammes par jour pour l'oxydation est calculée par la formule:

où est xCl - consommation de chlore "actif" nécessaire à l'oxydation des cyanures, kg / m 3; W - consommation d'eau, en m 3 / jour; n est le coefficient de l'excès de réactif (n = 1,2... 1,3); α est la teneur en chlore "actif" du réactif, en fractions d'unité.

En tant qu'agent oxydant dans le traitement des eaux usées, on peut utiliser du peroxyde d'hydrogène, qui est un liquide incolore et mélangé à l'eau dans une proportion quelconque. Le processus d'oxydation doit être effectué dans une cuve sous agitation vigoureuse ou dans un appareil à bulles. Le peroxyde d'hydrogène décompose facilement les nitriles, les nitrites, les aldéhydes, les phénols et les sulfates.

Décoloration des déchets

La décoloration des eaux usées contenant des colorants réactifs à pH = 7... 10 se fait avec un rendement élevé. La présence de catalyseurs (sels de FeSO4 et CuSO4) accélère le processus de décoloration de 8... 10 fois.

La perspective est l’oxydation de la pollution par les acides peroxosulfuriques: peroxomonoacétique (H2SO5) et le peroxodisulfure (H2S2O8). Par exemple, le phénol est oxydé par l'acide peroxomonosulfurique (acide Karo) à pH = 10. Cette méthode permet de réduire la teneur en phénol à 5 ​​∙ 10 -6%. Le taux d'oxydation dépend du rapport de H2SO5 / C6H5OH et augmente avec l'augmentation de la température.

La destruction des cyanures sous l'action des acides peroxosulfuriques se déroule également très rapidement. De plus, dans le cas de faibles concentrations de cyanures (0,01... 0,05%) dans les eaux usées, utiliser H2SO5, et à des concentrations élevées - H2S2O8. La condition optimale est de pH = 9. Dans un environnement neutre, la réaction d’oxydation est fortement ralentie par l’action des ions fer, formant des ferrocyanes, qui ne subissent pas d’oxydation.

Oxygénation de l'air

L'oxygène de l'air sert à la purification de l'eau du fer, à l'oxydation de composés ferreux en fer ferrique, puis à la séparation de l'hydroxyde de fer et de l'eau. La réaction d'oxydation en solution aqueuse se déroule selon le schéma suivant:

L'oxydation est réalisée par aération avec de l'air d'eaux usées dans les tours avec buse à corde. L'hydroxyde de fer résultant est déposé dans le réservoir de contact, puis filtré. Le processus d'aération simplifiée est possible. Dans ce cas, de l'eau est pulvérisée sur la surface du filtre, qui tombe sous forme de gouttelettes sur la surface de la charge filtrante. Lors du contact de gouttelettes d'eau avec l'air, le fer est oxydé.

L'oxydation de la pyrolusite est réalisée en filtrant les eaux usées à travers ce matériau ou dans un appareil muni d'un agitateur. La pyrolusite est un matériau naturel constitué principalement de dioside de manganèse. Il est largement utilisé pour l'oxydation de l'arsenic trivalent en pentavalent:

L'augmentation de la température augmente le degré d'oxydation. Le mode d’oxydation optimal est le suivant: consommation de MnO2 quatre fois par rapport à la consommation stœchiométrique, l'acidité de l'eau est de 30... 40 g / l, la température de l'eau de 70... 80 ° C.

Traitement des eaux usées par oxydation des impuretés

Méthodes de traitement des eaux usées chimiques

Les méthodes chimiques de traitement des eaux usées incluent la neutralisation, l’oxydation et la réduction. Toutes ces méthodes sont associées à la consommation de différents réactifs, donc coûteuses. Ils sont utilisés pour éliminer les substances solubles et dans les systèmes d'eau fermés. Le nettoyage chimique est parfois effectué à titre préliminaire avant le nettoyage biologique ou après comme méthode de traitement tertiaire des eaux usées.

Neutralisation

Presque neutre sont considérés comme de l’eau ayant un pH de 6,5 à 8,5.

La neutralisation peut être réalisée de différentes manières: en mélangeant des eaux usées acides et alcalines, en ajoutant des réactifs, en filtrant les eaux acides à travers des matériaux neutralisants, en absorbant les gaz acides par des eaux alcalines ou en absorbant l'ammoniac par des eaux acides.

Neutralisation par mélange La méthode est utilisée s'il existe des eaux acides et alcalines non contaminées par d'autres composants. Les eaux acides et alcalines sont mélangées dans et avec et sans agitateur.

Neutralisation par addition de réactifs NaOH, KOH, Na sont utilisés comme réactifs.2Avec3, NH4HE (eau ammoniacale), SASO3, MgSO3, Dolomie (CaCO)3∙ MgSO3), ciment. Parfois utilisé pour neutraliser divers déchets. Par exemple, les aciéries, les ferrochromes et les laitiers de haut fourneau sont utilisés pour neutraliser les eaux contenant de l'acide sulfurique. Le réactif le moins cher est l'hydroxyde de calcium avec une teneur en chaux active de Ca (OH).2 5-10%.

Les réactifs sont choisis en fonction de la composition et de la concentration des eaux usées acides. Cela prend en compte si le processus va former un précipité ou non. Le diagramme schématique de l'installation est montré à la Fig. 15

Il existe trois types d'eaux usées acides:

1) eau contenant des acides faibles (H2CO3, CH3COOH);

2) eaux contenant des acides forts (HC1, HNO3)

3) les eaux contenant des acides sulfuriques et sulfureux.

Fig. 15. Schéma de la station de neutralisation des réactifs: 1 - pièges à sable; 2 - moyenneurs; 3 - entrepôt de réactifs; 4 - réservoir de mortier; 5 - distributeur; 6 - mélangeur; 7 - neutralisant; 8 - puisard; 9 - précipitateur; 10 - filtre à vide; 11 - stockage des sédiments déshydratés; 12 - zone de lisier

Pour neutraliser les eaux des groupes 1 et 2, n'importe lequel des réactifs ci-dessus peut être utilisé. Les sels de ces acides sont bien solubles dans l'eau. Les sels de calcium des acides sulfurique et sulfureux (type 3) sont peu solubles dans l'eau et précipitent. Lors de la neutralisation d’eaux contenant de l’acide sulfurique avec du lait de chaux, du gypse CaSO précipite4∙ 2H2O. Il y a un dépôt de gypse sur les murs des pipelines et leur colmatage. Pour éliminer la fermeture de la canalisation, il est nécessaire de les rincer à l’eau propre ou d’ajouter des adoucissants spéciaux aux eaux usées, par exemple l’hexamétaphosphate. Pour neutraliser les eaux usées alcalines en utilisant divers acides ou gaz acides.

Neutralisation en filtrant l'eau acide à travers des matériaux neutralisants. Dans ce cas, pour neutraliser les eaux acides, elles sont filtrées à travers une couche de magnésite, dolomie, calcaire, déchets solides (scories, cendres). Le processus est effectué dans des filtres neutralisants, qui peuvent être horizontaux ou verticaux. Pour les filtres verticaux, utilisez des morceaux de calcaire ou de dolomite d'une taille de 30 à 80 mm avec une durée de contact d'au moins 10 minutes.

Neutralisation avec des gaz acides: afin de neutraliser les eaux usées alcalines, ont récemment commencé à utiliser des gaz résiduaires contenant du CO2, SO2, NON2, N2O3 L’utilisation de gaz acides permet non seulement de neutraliser les eaux usées, mais également de purifier de manière extrêmement efficace les gaz eux-mêmes à partir de composants nocifs. C’est un exemple de technologie permettant d’économiser des ressources, ce qui permet d’éliminer l’utilisation d’acides et de créer un système de consommation d’eau sans drain.

Traitement des eaux usées par oxydation des impuretés

La méthode de purification par oxydation est utilisée pour l'élimination des eaux usées industrielles contenant des impuretés toxiques (cyanures) ou des composés difficiles à extraire des eaux usées, ainsi que pour les purifier par d'autres méthodes (sulfure d'hydrogène, sulfures).

Ces types d'eaux usées se trouvent dans les industries de la construction de machines (ateliers de galvanoplastie), des mines (concentrateurs de minerais de plomb-zinc et de cuivre), de la pétrochimie et des pâtes et papiers (ateliers de pâte à papier).

Le chlore, l'hypochlorite de calcium, l'hypochlorite de sodium, l'eau de Javel, le dioxyde de chlore, l'ozone, l'oxygène technique et l'oxygène sont utilisés comme agents oxydants. Dans certains cas (pour l'oxydation des phénols, des crésols, des impuretés contenant du cyan), du peroxyde d'hydrogène, des oxydes de manganèse, du permanganate et du bichromate de potassium peuvent être utilisés.

L'oxydation au chlore actif est l'une des méthodes les plus courantes de traitement des eaux usées à partir de phénol, de crésol, de cyanures, de sulfure d'hydrogène, d'hydrosulfure, de méthylmercaptan et également contre l'encrassement biologique des structures.

Le chlore entre dans la production sous forme liquide, contient au moins 99,5% de Cl2. La composition de l'eau de Javel comprend diverses substances: CaCl2∙ Ca (OH)2∙ H2O; chlorate de calcium CaClO2; hypochlorite de calcium Ca (ClO)2. Selon le ratio de ces substances, l’agent de blanchiment est disponible en grades A, B et B. Hypochlorite de calcium Ca (ClO)2 Disponible en trois variétés.

Lorsqu'il est introduit dans l'eau, le chlore s'hydrolyse pour former des acides hypochloreux et chlorhydrique: Cl2 + H2O ↔ HOCl + HCl. Une dissociation supplémentaire de l'acide hypochloreux se produit, dont le degré dépend du pH du milieu. À des valeurs de pH> 4, le chlore moléculaire dans l'eau est pratiquement absent. L'acide hypochloreux formé à la suite de l'hydrolyse du chlore se dissocie en l'ion hypochlorite OCl - et l'ion hydrogène H +.

Montant Cl2, HOCl, OCl - est appelé chlore libre "actif". En présence de composés d'ammonium, de la chloramine NH se forme dans l'eau.2Cl et dichloramine NHCl2.

Le processus de chloration est effectué dans des chlorinateurs périodiques et continus, sous pression et sous vide. L'installation des pipelines est faite de matériaux anticorrosion. Le chlore liquide est vaporisé avant d'être introduit dans l'appareil.

Lorsque la neutralisation du cyanure est effectuée dans un environnement alcalin, pH = 9. Les cyanures peuvent être oxydés en azote élémentaire et en dioxyde de carbone par les équations suivantes:

CN - + 2OH - + Cl2 → CNO - + 2Cl - + H2O

L’oxydation des ions CN - peut être réalisée en les transférant dans des cyanates de CNO, qui sont ensuite hydrolysés pour former des ions ammonium et des carbonates:

CN - + OCl - → CNO - + Cl -,

Le peroxyde d'hydrogène décompose les nitrites, les nitrites, les aldéhydes, les phénols et les sulfates. Dans le même temps, les eaux usées se blanchissent. Le processus de blanchiment est accéléré en présence de catalyseurs FeSO.4 et CuSO4. L'industrie produit entre 85 et 95% de peroxyde d'hydrogène et de perhydrol contenant 30% de H2O2. Le peroxyde d'hydrogène en milieu acide et alcalin est décomposé selon les schémas suivants.

En milieu acide, la fonction oxydante est plus prononcée et dans le milieu alcalin, la fonction de réduction. Dans un environnement acide, le peroxyde d'hydrogène convertit les sels ferreux en sels ferriques, l'acide nitreux en acide nitrique et les sulfures en sulfates. Les cyanures en cyanates sont oxydées dans un environnement alcalin.

Une oxydation à l'air oxygéné est effectuée pour éliminer le fer des eaux usées, pour oxyder les eaux résiduaires de sulfures des usines de cellulose, du raffinage du pétrole et des usines pétrochimiques. Les composés de fer ferreux sont oxydés en trivalents puis éliminés sous forme d'hydroxyde ferrique. Le processus est effectué dans l'aération de l'air à travers les eaux usées dans la tour avec une buse. L’hydroxyde de fer résultant est décanté puis filtré.

Lorsque les déchets sulfurés sont oxydés, le processus d'oxydation de l'hydrosulfure et du soufre sulfuré passe par une série d'étapes lorsque la valence du soufre passe de -2 à +6. Un schéma de principe de l'installation de l'oxydation des sulfures est présenté à la Fig. 16

Fig. 16. Le schéma de l'installation de l'oxydation des sulfures:

1 - réservoir de réception; 2 - pompe; 3 - échangeur de chaleur; 4 - colonne d'oxydation; 5 - dispositif de distribution d'air; 6 - séparateur; 7 - réfrigérateur

Oxydation par pyrolusite. La pyrolusite est un matériau naturel constitué principalement de dioxyde de manganèse, de formule MnO.2∙ H2A. Les eaux usées sont filtrées à travers cette matière afin d’oxyder l’arsenic trivalent en pentavalent.

L'augmentation de la température contribue à augmenter le degré d'oxydation. Par conséquent, l'oxydation de la pyrolusite est effectuée à une température de 70 à 80 ° C.

Ozonisation: l'oxydation à l'ozone vous permet de décolorer simultanément les eaux usées, d'éliminer les odeurs et les goûts et de procéder à la décontamination. L'ozonisation peut purifier les eaux usées des phénols, des produits pétroliers, de l'hydrogène sulfuré, des composés de l'arsenic, des colorants, des agents cancérigènes, des hydrocarbures aromatiques, des pesticides, etc. De plus, les composés métalliques sont oxydés jusqu'à haute valence.

L'ozone est introduit dans les eaux usées sous la forme d'un mélange ozone-air ou ozone-oxygène dont la teneur est de 3%. Les installations de traitement des eaux usées comprennent les appareils de nettoyage et de séchage de l'air, les ozoniseurs, les chambres de contact des eaux usées avec l'ozone, les équipements d'élimination de l'ozone résiduel. L'ozone est introduit dans l'eau à traiter de différentes manières: par barbotage d'air contenant de l'ozone à travers une couche d'eau; mélange de l'eau avec le mélange air-ozone dans des injecteurs ou des mélangeurs rotatifs, dans des absorbeurs de différents modèles

Le processus d'ozonisation est intensifié si des ultrasons ou des rayons UV sont utilisés simultanément avec l'ozone. Par exemple, dans ce dernier cas, l'oxydation est accélérée jusqu'à 10 000 fois.

Chapitre 1. Bases du traitement des eaux usées

6. Méthodes chimiques de traitement des eaux usées

6.2. Oxydation et réduction

Oxydation. La méthode oxydative de purification des impuretés pour l'élimination des eaux usées industrielles contenant des impuretés toxiques (cyanures, cyanures complexes de cuivre et de zinc) ou des composés difficiles à extraire des eaux usées, ainsi que d'autres méthodes (sulfure d'hydrogène, sulfures). Ces types d'eaux usées se trouvent dans la construction de machines (usine de galvanoplastie), l'exploitation minière (l'usine de traitement de minerai de plomb-zinc et de cuivre), la pétrochimie (raffineries et usines pétrochimiques), la pâte à papier et le papier (atelier de pâte à papier) et d'autres industries.

Au sens étroit, l'oxydation est la réaction de la combinaison de toute substance avec de l'oxygène et, au sens large, de toute réaction chimique dont l'essence consiste à soustraire des électrons d'atomes ou d'ions.

Les oxydants suivants sont utilisés pour le traitement des eaux usées: chlore gazeux et liquéfié, eau de javel, dioxyde de chlore, chlorate de calcium, hypochlorites de calcium et de sodium, oxygène de l’air, oxygène technique, acides peroxosulfuriques, ozone, pyrolusite. Les oxydants de permanganate de potassium, le bichromate de potassium, le peroxyde d'hydrogène, les oxydes de manganèse, bien qu'ils ne soient pas largement utilisés, peuvent toutefois être utilisés pour oxyder des phénols, des crésols, des impuretés contenant du cyanure, etc.

Au cours du processus d'oxydation, les impuretés toxiques contenues dans les eaux usées, à la suite de réactions chimiques, deviennent moins toxiques et sont éliminées de l'eau. La purification avec des agents oxydants étant associée à une consommation élevée de réactifs, elle n’est utilisée que dans les cas où les substances qui polluent les eaux usées ne sont pas pratiques ou ne peuvent pas être éliminées par d’autres moyens. Par exemple, purification de cyanures, composés d'arsenic dissous, etc.

L'activité d'une substance en tant qu'agent oxydant est déterminée par l'ampleur du potentiel oxydant. Le fluor est le premier de tous les oxydants connus dans la nature mais, en raison de sa forte agressivité, il ne peut être utilisé dans la pratique. Pour les autres substances, l'ampleur du potentiel oxydant est la suivante: pour l'ozone - 2,07; pour le chlore - 0.94: pour le peroxyde. hydrogène - 0,68; pour le permanganate de potassium - 0,59.

Oxydation avec du chlore «actif». La neutralisation des eaux usées avec du chlore ou ses composés est l’une des méthodes les plus courantes de purification des cyanines toxiques, ainsi que des composés organiques et inorganiques tels que l’hydrogène sulfuré, l’hydrosulfite, le sulfure, le méthylmercaptan, etc.

Des eaux usées contenant des cyanures toxiques sont générées dans les usines de fabrication de machines et de travail des métaux dans les usines de galvanoplastie. Une quantité importante d'eaux usées contenant du cyanure est obtenue en lavant les produits après les avoir trempés dans du cyanure fondu. En règle générale, la teneur en cyanures de telles eaux usées varie de 20 à 100 mg / l, mais parfois même plus.

L'oxydation des ions CN-cyanure toxiques est réalisée en les convertissant en CNO-cyanates non toxiques, qui sont ensuite hydrolysés lors de la conversion des ions ammonium et des carbonates:

CN - + 2OH - - 2e → CNO - + BUT;

Il est également possible de transférer des composés toxiques dans un complexe non toxique ou dans les sédiments (sous forme de cyanures insolubles), puis de les éliminer des eaux usées par sédimentation ou filtration.

Le chlore et les substances contenant du chlore «actif» sont les agents oxydants les plus courants. Ils sont utilisés pour le traitement des eaux usées à partir d’hydrogène sulfuré, d’hydrosulfure, de composés de méthyl-soufre, de phénols, de cyanures, etc.

Lorsqu'il est introduit dans l'eau, le chlore s'hydrolyse pour former des acides hypochloreux et chlorhydrique:

En milieu fortement acide, l'équilibre de cette réaction est décalé vers la gauche: du chlore moléculaire est présent dans l'eau; à des valeurs de pH> 4, le chlore moléculaire dans l'eau est pratiquement absent.

L'acide hypochloreux formé dans la solution d'hydrolyse du chlore se dissocie en ion hypochlorite OCl - et en ion hydrogène H +.

Le degré de dissociation de l'acide hypochloreux dépend du pH du milieu. À pH = 4, le chlore moléculaire est pratiquement absent:

Quantité de cl2 + NOS + O + - et est appelé chlore libre "actif".

En présence de composés d'ammonium, de l'acide hypochloreux se forme dans l'eau, la chloramine NH2Cl et dichloramine NHCl2. Le chlore sous forme de chloramine est appelé chlore "actif" lié.

Le chlorate de calcium, les hypochlorures, les chlorates, le dioxyde de chlore peuvent également être des sources de chlore «actif». Le chlorate de calcium (eau de Javel) est obtenu par interaction de Ca (OH) 2+Сl2 = CaOCl2+H2O.

Le processus de chloration est effectué dans des chlorinateurs périodiques et continus, sous pression et sous vide. Le schéma de principe de la purification de l’eau par chloration est présenté à la fig. 1,52. La chloration est effectuée dans une cuve incluse dans le système de circulation. Dans l'injecteur, le chlore gazeux est capté par les eaux usées qui circulent dans le système jusqu'à atteindre l'état d'oxydation souhaité, après quoi l'eau est éliminée pour être utilisée.

Fig. 1,52. Schéma d'installation pour la purification de l'eau par chloration:

1 - moyenneur; 2, 5 - pompes; 3 - injecteur; 4 - capacité

Lors de la neutralisation de l'eau des cyanures, le processus est effectué en milieu alcalin (pH = 9). Les cyanures peuvent être oxydés en azote élémentaire et en dioxyde de carbone par les équations

Avec une diminution du pH, la réaction de chloration directe du cyanure est possible avec la formation de cyanogène toxique.

Une méthode plus fiable et économiquement viable est l'oxydation du cyanure avec des hypochlorites en milieu alcalin (pH = 10-11). Les réactifs contenant l’ion hypochlorite OSl - sont des hypochlorites de javel, de calcium ou de sodium. Lorsque le cyanure est oxydé avec du chlore «actif», le processus peut être effectué en une étape pour obtenir des cyanates:

La réaction se déroule rapidement (1 à 3 minutes) et est terminée. L'oxydation des cyanures en cyanates se produit en raison de l'oxygène atomique au moment de sa séparation de l'agent oxydant. Les cyanates résultants CNO - facilement hydrolysables en carbonates:

La vitesse d'hydrolyse dépend du pH du milieu. À pH = 5,3, environ 80% des cyanates sont hydrolysés par jour. Dans un processus en deux étapes, les cyanures sont oxydés en N2 et CO2. Lors de la première étape, le processus se déroule selon l'équation de la réaction d'oxydation (1) pour obtenir des cyanates. Dans la deuxième étape, une quantité supplémentaire d’agent oxydant est introduite et la réaction se déroule selon l’équation

Dans les solutions contenant des cyanures et du cuivre, des cyanures de cuivre complexes peuvent être présents simultanément et l’oxydation de ceux-ci par l’hypochlorite suit les équations.

Lorsque le complexe toxique cyanure de zinc est oxydé, la réaction suivante se produit:

Pour déterminer le coût des hypochlorites de calcium ou de sodium, ainsi que de l'eau de Javel pour l'oxydation des eaux usées contenant du cyanure, vous pouvez utiliser la formule

où X est la quantité requise de réactif, kg / jour; k - facteur de sécurité du réactif, pris égal à 1,2-1,3; Q - la quantité d'eaux usées contenant du cyanure, m 3 / jour; et - la teneur en chlore actif du réactif, égale dans l'eau de Javel 30% à 35%, dans l'hypochlorite de calcium 30% à 45%; x1 - quantité théorique de chlore actif nécessaire à l'oxydation des cyanures, g / m 3:

où n est le coefficient stœchiométrique (pour le chlore actif); C est la concentration de cyanures dans les eaux usées (exprimée en cyanidion), en g / m 3.

Pour déterminer le coefficient et calculé la quantité de chlore actif dans l'hypochlorite. Le chlore actif est déterminé par le nombre d'atomes-grammes d'iode isolé par ce réactif à partir d'iodure de potassium en milieu acide. Nous écrivons la réaction d'oxydation de l'hypochlorite de cyanure simple sous forme ion-électron

Cela signifie que les réactions suivantes ont été observées lors de l'interaction de l'hypochlorite avec KI (iodure de potassium)

Les deux atomes-grammes d'iode libérés correspondent à deux atomes-grammes de chlore actif. Ainsi, le rapport en masse de l’ion cyanure réactif et du «chlore actif» de l’hypochlorite est de 26:71; il faut donc 2,73 parties de chlore actif pour une partie de l’ion cyanure, c.-à-d. n = 2,73.

La valeur du coefficient n est déterminée pour chaque réaction d'oxydation de composés contenant du cyanure. Ainsi, lors de l'oxydation des cyanures complexes du cuivre, la valeur de n est respectivement de 3,18 et 2,96, et pour l'oxydation des cyanures de zinc complexes, n = 2,73. Lors de l'oxydation d'eaux usées contenant du cyanure avec un ion hypochlorite, l'agent oxydant peut être utilisé non seulement pour l'oxydation des cyanures, mais également pour l'oxydation d'autres substances présentes dans les eaux usées. Par conséquent, la valeur de n doit être vérifiée expérimentalement pour des eaux usées spécifiques.

Si de l'eau ammoniacale, des sels d'ammonium ou des substances organiques contenant des groupes amino, du chlore, de l'acide hypochloreux et des hypochlorites, ils réagissent avec eux pour former des mono- et des dichloramines, ainsi que du trichlorure d'azote.

Lors de l'élimination des eaux usées, une solution de travail à 5% de réactif est généralement utilisée (pour le chlore «actif»).

Traitement des eaux usées contenant du cyanure avec du dioxyde de chlore ClO2 a plusieurs avantages:

- haute capacité oxydative de ClO2 en comparaison avec d'autres agents oxydants (à l'exception du fluor et de l'ozone);

- solutions d'eau СlО2 résistant longtemps;

- Lors du traitement des eaux usées avec du dioxyde de chlore, il ne se forme pas de produits hautement toxiques de chloration directe (chloro-cyan, chlorophénol, etc.) dans une plage de pH quelconque.

L’oxydation du cyanure avec le dioxyde de chlore se déroule selon l’équation

Le processus d'oxydation est plus efficace à pH 10.

Avec une teneur initiale en cyanure de 25 mg / l et une durée d'oxydation de 1 min, l'efficacité est de 95% et après 10 min, la réaction d'oxydation est presque terminée.

La chloration est utilisée pour désodoriser les eaux usées générées lors de la cuisson de la pâte au sulfate et lors de l'évaporation de la liqueur de tare dans les usines de pâtes et papiers. Ces eaux usées contiennent de l'hydrogène sulfuré, des sulfures, du méthylmercaptan, etc.

En milieu alcalin, le chlore oxyde les sulfures en sulfates:

Dans un environnement acide et neutre, la formation de sulfites est possible:

Avec un excès de chlore, l'oxydation va toujours aux sulfates. Le méthylmercaptan est oxydé par le chlore un peu plus lentement que le sulfure d'hydrogène, mais beaucoup plus rapidement que les sulfures et les disulfures. En fonction de la consommation de chlore, l'oxydation du méthylmercaptan peut procéder à la formation de différents produits:

Comme le méthylmercaptan est oxydé relativement rapidement par le chlore, la durée de contact entre les eaux usées de la station d'évaporation (contaminées principalement par du sulfure d'hydrogène et du méthylmercaptan) avec du chlore est de 5 minutes.

La technologie de traitement des eaux usées est déterminée en fonction de l'état d'agrégation du chlore ou des réactifs contenant du chlore introduits dans l'eau. Si cette eau est traitée avec du chlore gazeux ou du dioxyde de chlore, le processus d'oxydation est effectué dans des absorbants; si du chlore ou du dioxyde de chlore est en solution, ils sont introduits dans le mélangeur puis dans le réservoir de contrôle, ils sont mélangés plus efficacement et la durée requise de contact avec les eaux usées.

L’hypochlorite de sodium (oxochlorate) se forme en faisant passer du chlore gazeux dans une solution alcaline:

L'hypochlorite de calcium est préparé par chloration d'hydroxyde de calcium à une température de 25-30 ° C:

L'industrie produit du sel dibasique

Le chlorate de sodium NaClO est un oxydant puissant.2, qui se décompose pour libérer ClO2. Le dioxyde de chlore est un gaz jaune verdâtre toxique qui dégage une odeur plus intense que le chlore. Pour l'obtenir, on effectue les réactions suivantes:

Au cours des réactions, le pH est maintenu dans la plage de 8 à 11. Le contrôle de la complétude de l'oxydation est effectué par du chlore "actif" résiduel, dont la concentration doit être d'au moins 5-10 mg / l.

Oxydation avec du peroxyde d'hydrogène. Le peroxyde d'hydrogène est un liquide incolore, mélangé avec de l'eau dans n'importe quel rapport. Il peut être utilisé pour l'oxydation de nitrites, d'aldéhydes, de phénols, de cyanures, de déchets contenant du soufre et de colorants actifs. L’industrie produit entre 85 et 95% de peroxyde d’hydrogène et de perhydrol contenant 30% de H2Oh2. Le peroxyde d'hydrogène est toxique. La MPC dans l'eau est de 0,1 mg / l.

Le peroxyde d'hydrogène en milieu acide et alcalin est décomposé selon les schémas suivants:

En milieu acide, la fonction oxydante est plus prononcée et dans le milieu alcalin, la fonction de réduction.

Dans un environnement acide, le peroxyde d'hydrogène convertit les sels ferreux en sels ferriques, l'acide nitreux en acide nitrique et les sulfures en sulfates. Les cyanures dans les cyanates sont oxydés en milieu alcalin (pH = 9-12).

Dans les solutions diluées, le processus d'oxydation des substances organiques se déroule lentement, c'est pourquoi des catalyseurs - des ions métalliques à valence variable - sont utilisés. Par exemple, lors du processus d’oxydation avec du peroxyde d’hydrogène avec du sel, le fer passe très efficacement à pH = 3-4,5. Les produits d'oxydation sont les acides muconique et maléique.

Dans le processus de traitement de l'eau utilisant non seulement les propriétés oxydantes, mais aussi réductrices du peroxyde d'hydrogène. Dans les environnements neutres et faiblement alcalins, il interagit facilement avec le chlore et les hypochlorites, les traduisant en chlorures:

Ces réactions sont utilisées dans la déchloration de l’eau. L’excès de peroxyde d’hydrogène peut être éliminé en le traitant avec du dioxyde de manganèse:

La perspective est l'oxydation de la pollution par les acides peroxosulfuriques: peroxomonosulfur H2SO5 et peroxodiscer H2S2O8. Par exemple, le phénol est oxydé par l'acide peroxomonosulfurique (caroacide) à pH = 10. Cette méthode peut réduire la teneur en phénol à une concentration de 5-10 6%. Le taux d'oxydation dépend du rapport de H2SO5 / C6H5OH et augmente avec l'augmentation de la température.

La destruction des cyanures sous l'action des acides peroxosulfuriques se déroule également très rapidement. De plus, dans le cas de faibles concentrations de cyanures (0,01-0,05%), H est utilisé dans les eaux usées.2SO5, et à des concentrations élevées - H2SO5. La condition optimale est de pH = 9. Dans un environnement neutre, la réaction d’oxydation est fortement ralentie par l’action des ions fer, formant des ferrocyanes, qui ne subissent pas d’oxydation.

Oxydation par l'oxygène de l'air. Bien plus large que les réactifs contenant du chlore, l'oxygène est utilisé pour l'oxydation des eaux usées de sulfures provenant d'usines de cellulose, de raffinage du pétrole et de pétrochimie. L'oxygène de l'air est utilisé pour purifier l'eau du fer afin d'oxyder les composés ferreux en fer, suivie de la séparation de l'hydroxyde de fer et de l'eau. La réaction d'oxydation en solution aqueuse se déroule selon le schéma suivant:

L'oxydation est réalisée avec une aération de l'air dans les eaux usées des tours avec une buse à corde. L'hydroxyde de fer résultant est déposé dans le réservoir de contact, puis filtré. L'utilisation de colonnes avec une buse en bloc ou des anneaux de Raschig est peu pratique car une croissance excessive de la buse se produit. Le processus d'aération simplifiée est possible. Dans ce cas, de l'eau est pulvérisée sur la surface du filtre, qui tombe sous forme de gouttelettes sur la surface de la charge filtrante. Lors du contact de gouttelettes d'eau avec l'air, le fer est oxydé.

L'air oxygéné oxyde également les drains de sulfure provenant de la cellulose, des raffineries de pétrole et des usines pétrochimiques. Le processus d'oxydation de l'hydrosulfure et du sulfure de soufre passe par une série d'étapes lors du passage de la valence du soufre de 2 à 6:

En même temps, lors de l'oxydation de l'hydrosulfure et du sulfure en thiosulfate, le pH de la solution augmente, alors que l'oxydation de l'hydrosulfure en sulfure et sulfate diminue le pH de la solution et lors de l'oxydation du sulfure en sulfite et sulfate, la réaction active du milieu ne change pas. Dans les solutions aqueuses sous l'action de l'oxygène atmosphérique, le processus d'oxydation du méthylmercaptan se déroule en une série d'étapes séquentielles

Si la réaction active du milieu aquatique pH = 7-13,75, le principal produit de l'oxydation de l'hydrogène sulfuré, de l'hydrosulfure et du sulfite est le thiosulfate.

L'oxydation de la station d'évaporation des eaux usées (pH = 7-7,5) se déroule selon les équations suivantes:

Au cours du processus d'oxydation, le pH de la solution diminue, la formation de soufre élémentaire est possible.

Au cours de l'oxydation de la liqueur noire (pH = 12,15-12,75), les réactions suivantes se produisent:

L'oxydation de l'hydrosulfure et du sulfure en thiosulfate augmente le pH de la solution, l'oxydation de l'hydrosulfure en sulfite et sulfate diminue le pH de la solution et l'oxydation du sulfure en sulfite et sulfate ne modifie pas la réaction active du milieu.

Lorsque la température et la pression augmentent, la vitesse de réaction et la profondeur d'oxydation des sulfures et des hydrosulfures augmentent. Théoriquement, 1 g d'oxygène est consommé pour l'oxydation de 1 g de sulfure de soufre. Pour l'oxydation complète de la liqueur noire (avec une concentration de sulfure de 6 g / l) à une température de 80 à 100 ° C sous une pression de 0,1–0,8 MPa, 5,4 kg d'oxygène, 28 m 3 d'air et 1 m 3 de liqueur sont nécessaires, la durée de contact avec c'est 1 min.

Un schéma de principe de l'installation de l'oxydation des sulfures est présenté à la Fig. 1,53. Les eaux usées entrent dans le réservoir de réception et passent par l’échangeur de chaleur dans la colonne d’oxydation, et l’air dans la partie inférieure de la colonne. L'humidité de l'air sortant est condensée dans le séparateur, d'où elle est envoyée au réservoir récepteur. Après oxydation, les eaux usées sont refroidies au réfrigérateur et alimentées pour une purification plus poussée. Les eaux usées non traitées sont chauffées par la vapeur d'eau et la chaleur du condensat.

Fig. 1,53. Schéma de principe de l'installation de l'oxydation des sulfures contenus dans les eaux usées avec de l'oxygène de l'air:

1 - réservoir de réception; 2 - pompe; 3 - échangeur de chaleur; 4 - colonne d'oxydation; 5 - distributeur d'air; 6 - réfrigérateur; 7 - séparateur

Oxydation par les gaz de combustion. Le processus de destruction des composés sulfurés peut également être le dioxyde de carbone contenu dans les gaz d'échappement. L'essence de cette méthode est la suivante: les eaux usées contenant le soufre sulfureux provenant du piège à huile entrent dans le réservoir de réception, puis sont chauffées dans un échangeur de chaleur et envoyées pour désodorisation dans la colonne, dans laquelle la vapeur et les gaz de combustion pénètrent. La formation de carbonates se produit selon les équations suivantes:

Le sulfure d'hydrogène émis, éliminé par les gaz de combustion et la vapeur, est envoyé à l'incinération et, lorsqu'il utilise du dioxyde de carbone, il sert de matière première pour la production d'acide sulfurique.

Oxydation par pyrolusite. Le processus est réalisé en filtrant les eaux usées à travers ce matériau ou dans un appareil avec un mélangeur. La pyrolusite est un matériau naturel constitué principalement de dioxyde de manganèse. Il est largement utilisé pour l'oxydation de l'arsenic trivalent en pentavalent:

L'augmentation de la température augmente le degré d'oxydation. Le mode d’oxydation optimal est le suivant: le débit est quatre fois plus élevé que le mode stœchiométrique. L'acidité de l'eau est de 30 à 40 g / l, la température de l'eau est de 70 à 80 ° C.

L'ozonation. L'oxydation à l'ozone vous permet simultanément de décolorer l'eau, d'éliminer les goûts et les odeurs et de désinfecter. L'ozonisation peut purifier les eaux usées des phénols, des produits pétroliers, de l'hydrogène sulfuré, du composé: arsenic, des tensioactifs, des cyanures, des colorants, des hydrocarbures aromatiques cancérigènes, des pesticides, etc.

L'ozone est un gaz violet pâle. Dans la nature, il se situe dans la haute atmosphère. À une température de 111,9 ° C, l'ozone se transforme en un liquide instable de couleur bleu foncé. Propriétés physico-chimiques de l'ozone: poids moléculaire relatif 48; masse volumique (à une température de 0 ° C et une pression de 0,1 MPa) 2,154 g / l; point de fusion 192,5 ° C; chaleur de formation: 143,64 kJ / mol; le coefficient de solubilité dans l'eau à 0 ° C est de 0,49. à 20 ° C - 0,29; potentiel rédox de 2,07 V. La solubilité de l'ozone dans l'entrée dépend également de la réaction active du milieu, de la présence d'acides, d'alcalis et de sels. Ainsi, en présence d'acides et de sels, la solubilité de l'ozone augmente et en présence d'alcali, elle diminue.

L'ozone est un agent oxydant puissant, capable de détruire de nombreuses substances organiques et impuretés dans des solutions aqueuses à des températures normales. L'ozone se dissocie spontanément dans l'air et dans des solutions aqueuses, se désintégrant en une molécule et un atome d'oxygène. La vitesse de décomposition en solution aqueuse augmente avec l'augmentation de la salinité, du pH et de la température.

L’ozone pur est explosif, car une fois décomposé, une quantité importante de chaleur est dégagée, très toxique. La concentration maximale admissible dans l'air de la zone de travail est de 0,0001 mg / m 3. L’effet désinfectant de l’ozone repose sur une forte capacité oxydante, due à la facilité de leur donner un atome d’oxygène actif (O3 = O2 + O) L'ozone oxyde tous les métaux sauf l'or, en les transformant en oxydes.

En solution aqueuse, l'ozone se dissocie plus rapidement que dans l'air; se dissocie très rapidement dans les solutions alcalines faibles. Dans les solutions acides, l'ozone est plus résistant. Il se décompose très lentement dans un air propre et sec.

Lorsque l'eau est traitée à l'ozone, les matières organiques se décomposent et l'eau est désinfectée. les bactéries meurent plusieurs milliers de fois plus rapidement que lorsque l'eau est traitée au chlore. La solubilité de l'ozone dans l'eau dépend du pH et de la teneur en substances solubles dans l'eau. Une faible teneur en acides et en sels neutres augmente la solubilité de l'ozone. La présence d'alcali réduit la solubilité de O3. L'action de l'ozone dans les processus d'oxydation peut se produire dans trois directions différentes: oxydation directe avec la participation d'un atome d'oxygène; ajout de la molécule d'ozone totale à la substance oxydée avec formation d'ozonides; renforcement catalytique des effets oxydants de l'oxygène présent dans l'air ozoné. Le mécanisme de la réaction de décomposition de l'ozone est plutôt compliqué, car de nombreux facteurs influent sur le taux de destruction: conditions de la transition de la phase gazeuse à la phase liquide, rapport entre la pression partielle du gaz et sa solubilité dans une solution aqueuse, cinétique de l'oxydation par l'ozone de la contamination par l'eau.

Par rapport à d'autres agents oxydants, tels que le chlore, l'ozone présente plusieurs avantages. Il peut être obtenu directement sur le site de traitement et la matière première utilisée est l’oxygène technique ou l’air atmosphérique.

La promesse d'utiliser l'ozonation comme méthode d'oxydation est également due au fait qu'elle n'entraîne pas une augmentation de la composition en sel des eaux usées traitées, ne pollue pas l'eau avec les produits de réaction et que le processus lui-même est facilement automatisé.

Dans le processus de traitement des eaux usées, l'ozone introduit dans la chambre de réaction sous la forme d'un mélange ozone-oxygène ou air-air, entre en réaction chimique avec des substances polluant les eaux usées. Ainsi, l'ozonation est un processus d'absorption compliqué par des réactions chimiques.

Le moyen le plus économique est d’obtenir de l’ozone directement à l’installation de traitement au moyen d’une décharge électrique silencieuse (courte) dans l’air. Une décharge silencieuse se forme dans un espace gazeux étroit entre deux électrodes, auxquelles est appliqué un courant de 5 à 25 000 V. L'ozoneur utilise des électrodes en verre dont la surface interne est recouverte d'amalgame métallique. Sa couche est une électrode haute tension.

Dans les générateurs industriels existants, les ozoniseurs utilisent des éléments tubulaires ou lamellaires en verre. Habituellement, les ozoniseurs sont fabriqués sous la forme de récipients cylindriques dans lesquels sont disposés plusieurs douzaines d'éléments d'ozonation tubulaires parallèles, constitués de deux électrodes tubulaires en verre disposées de manière concentrique. L'air se déplace le long de l'axe des éléments ozonants dans l'espace annulaire situé entre les électrodes concentriques. Les molécules d'oxygène sous l'action de décharges électriques sont broyées et les atomes résultants rejoignent facilement les molécules entières de leur affinité moléculaire, formant une molécule d'ozone:

Il est également très important que l’atome d’oxygène libéré dans cette réaction puisse interagir avec la molécule d’ozone en libérant de la chaleur:

La performance de l'ozoniseur et la consommation d'énergie pour la production d'ozone dépendent en grande partie de la teneur en humidité de l'air entrant dans l'ozoniseur, de sa température, de sa concentration en oxygène, ainsi que de la conception de l'ozoniseur et du mode d'alimentation du mélange ozone-air dans le réacteur.

Schéma technologique de base pour l'ozonisation des eaux usées industrielles fig. 1.54 comprend deux nœuds principaux: la production d’ozone et le traitement des eaux usées. L'unité de production d'ozone comprend les unités suivantes: air de réception et de refroidissement, séchage, filtrage de l'air, génération d'ozone.

Fig. 1,54. Schéma technologique d'ozonation des eaux usées industrielles

L'air atmosphérique par le puits d'admission d'air 1 est alimenté par le ventilateur 4 via la ligne 2 jusqu'au filtre 3, où il est nettoyé de la poussière, après quoi l'air est envoyé par le biais de l'échangeur de chaleur 5 dans le séparateur d'eau de condensation 6, puis

sur les installations automatiques de séchage à l'air 7 (adsorbeurs), chargées en alumine active. L'air est fourni à la régénération des adsorbeurs par la ligne 8. L'air séché entre dans les unités de filtrage automatiques 9, dans lesquelles l'air est finement nettoyé de la poussière. Depuis les filtres, l’air séché et purifié est fourni aux unités d’ozoniseur 11 où, sous l’action d’une décharge électrique, est généré de l’ozone qui, avec l’air sous forme de mélange ozone-air, est envoyé par la conduite 13 dans la chambre de contact 14 et mélangé à l’eau usée traitée traitée par la conduite 15. Des tubes en céramique 16 poreux sont pulvérisés sur le mélange ozone-air. La circulation du mélange d'eaux usées et d'ozone-air dans la chambre de contact dans la direction opposée permet d'obtenir un meilleur rendement d'ozonation. Les eaux usées ozonisées sont évacuées par la canalisation 17. Équipement auxiliaire: canalisation 10 - adduction d’eau potable, 12 - évacuation dans les égouts, 18 - alimentation en saumure refroidie, 19 - réservoir d’eau glycolée refroidie, 20 - vanne mélangeuse à trois voies, 21, 22 - pompes, saumure respectivement chauffée et refroidie, 23 - réservoir de saumure chauffée, 24 - alimentation en saumure chauffée, 25 - machine de refroidissement. Les caméras de contact peuvent être à un ou deux étages.

En raison de la toxicité de l’ozone, qui affecte les organes respiratoires et le système nerveux central, une attention particulière est accordée à la ventilation des locaux conçus par les usines d’ozone (la teneur maximale admissible en ozone dans l’air des locaux est de 0,0001 mg / l). Le séchage à l’air est l’une des principales étapes de la préparation de l’air avant la production d’ozone, c.-à-d. même une faible teneur en humidité réduit la production d'ozone et entraîne une consommation d'énergie excessive. Pour garantir le degré de séchage à l'air requis (jusqu'à un point de rosée de 50 ° C) pendant les périodes de l'année caractérisées par une forte teneur en humidité dans l'air atmosphérique, l'air est pré-refroidi à une température de 8 ° C. Dans l'unité de réfrigération, l'air est traité avec une saumure refroidie fournie par un refroidisseur au fréon, qui consiste en des réservoirs de saumure refroidis et chauffés, un équipement de pompage et un régulateur de température de l'air après les échangeurs de chaleur.

L'ozone et ses solutions aqueuses sont extrêmement corrosifs: ils détruisent l'acier, la fonte, le cuivre, l'ébonite. Par conséquent, tous les éléments des usines et des pipelines d'ozone en contact avec l'ozone et ses solutions aqueuses sont en acier inoxydable et en aluminium.

La consommation d'électricité pour obtenir un kilogramme d'ozone à partir d'air bien séché pour des ozoniseurs de divers types est de 13 à 29 kW / h et de l'air sec entre 43 et 57 kWh. La consommation d'électricité pour la déshumidification de l'air et sa compression pour la production d'ozone est de 6 à 10 kW h.

Dans les eaux usées traitées, l'ozone est injecté de différentes manières:

- en faisant barboter de l'air contenant de l'ozone à travers une couche d'eau (l'air est distribué à travers des filtres);

- absorption à contre-courant de l'ozone par l'eau dans des absorbeurs dotés de différentes buses (buse à cordes, anneaux de Raschig, etc.);

- en mélangeant de l'eau avec un mélange air-ozone dans des éjecteurs ou des mélangeurs mécaniques rotatifs spéciaux.

Lors du calcul des chambres de réaction par contact, ils déterminent tout d’abord la surface des éléments de pulvérisation qui sont placés au fond de la chambre pour une distribution uniforme du mélange ozone-air dans l’eau. Les tuyaux en métal-céramique ou en céramique avec des pores de 40–100 µm et 60–100 µm, respectivement, sont utilisés comme dispositifs de distribution, dont le mode de dispersion optimal est observé à une intensité de pulvérisation de 76–91 et 20–26 m 3 / (m 2 2 h), respectivement. La surface totale requise de tous les éléments de pulvérisation de la chambre de contact du type à bullage est déterminée par la formule:

où Q - débit des eaux usées, en m 3 / h; - la dose requise d'ozone, en g / m 3; - la concentration d'ozone dans le mélange ozone-air, en g / m 3; - l'intensité de pulvérisation par unité de surface de pulvérisateurs poreux, en m 3 / (m 2 h).

Le nombre d'éléments de pulvérisation:

où - la surface d'un élément de pulvérisation, m 2.

Les tuyaux de pulvérisation métal-céramique doivent être placés au bas des chambres de contact à une distance de 0,4 m, les tuyaux en céramique à une distance de 0,5 m entre les axes. Avec cette disposition des tuyaux, les torches à bulles sont combinées à une hauteur de 2 m.

Le volume total de la chambre est calculé par la formule

où kpr - coefficient d’augmentation du volume d’eau dû à sa purge avec un mélange air-ozone, généralement égal à 1,1; t est la durée de séjour des eaux usées dans la chambre de réaction, h.

Valeurs Doz et t sont déterminés expérimentalement pour chaque type d’eaux usées industrielles. La hauteur de la couche d'eau au-dessus des buses H = 4,5-5 m Dans les chambres de réaction à deux étages, la hauteur de la couche d'eau dans chaque chambre est de 2,5 à 2,8 m.

La quantité requise d'ozone en kg / h est déterminée par l'expression:

Le nombre d'ozoniseurs est basé sur les performances d'ozoniseurs disponibles dans le commerce:

où k est le facteur de sécurité pris égal à 1,05-1,1; qoz - productivité d'un ozoniseur, kg / h.

Dans l'onglet. La figure 1.9 présente les principales caractéristiques techniques des ozoniseurs domestiques Les nombreuses études sur l'oxydation de divers polluants organiques par l'ozone ont montré l'efficacité de cette méthode dans le traitement de solutions aqueuses contenant des phénols, cyclopentane, cyclohexane, plomb tétraéthyle, acides naphténiques et sulfonénaphéniques, cyanures, cansols, non ionique huile, etc.

Principales caractéristiques techniques des ozoniseurs domestiques

Capacité nominale d'ozone, kg / g