ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА

Очистка производственных сточных вод пероксидом водорода - кисление различных вредных примесей органического и минерального происхождения. Пероксид водорода — сильный окислитель. Его структурная формула (Н—О—О—Н) показывает, что два атома кислорода непосредственно соединены один с другим; непрочность этой связи и обусловливает неустойчивость (распад) молекулы.
Процесс окисления органических веществ пероксидом водорода можно интенсифицировать: введением различных катализаторов; повышением температуры до значений > 50 С; одновременной обработкой кислородсодержащим газом при повышенной температуре. Активными катализаторами распада, интенсифицирующими процесс окисления, являются металлы переменной валентности (Fe, Си, Мп, Со, Сг) и их соли. Способствует распаду пероксида водорода щелочная среда. Каталическое действие щелочи сводится к увеличению электролитической диссоциации пероксида водорода, что содействует образованию свободного гидроксилиона и ускорению распада пероксида. Кислая среда затрудняет распад пероксида водорода, поэтому при хранении его водный раствор подкисляют серной или фосфорной кислотой. Быстрый распад пероксида водорода наблюдается под воздействием солнечного света или УФ-излучения. В процессе фотохимического распада образуются радикалы, обладающие высокой окислительной способностью. Промыщленность выпускает пероксид водорода в виде водных растворов. Наиболее распространены растворы с концентрацией 25,5—40 и 29—35%,. Эти растворы имеют слабокислую реакцию (рН - 5,0— 5,8) и содержат добавки стабилизаторов (станнат натрия, фосфаты). По сравнению с другими окислителями, применяемыми в технологии очистки воды, пероксид водорода обладает следующими достоинствами: экологической чистотой (отсутствием вторичного загрязнения воды продуктами восстановления реагента); возможностью использования в широком диапазоне температур и значений рН среды; высокой селективностью окисления различных примесей сточных вод; хорошей растворимостью в воде; высокой стабильностью товарных растворов окислителя при хранении; простотой аппаратурного оформления процессов очистки воды. Вследствие своих преимуществ пероксид водорода получил широкое распространение в практике очистки производственных сточных вод. Наиболее часто он используется для обезвреживания соединений серы: сероводорода и сульфидов, сульфитов, тиосульфатов и прочего. Сероводород весьма токсичный компонент сточных вод, способен к биохимического окислению кислородом воздуха с образованием серной кислоты, что приводит к коррозии бетона и металлов. Присутствие сероводорода в очищенных сточных водах, сбрасываемых в водоемы, по санитарно-гигиеническим соображениям не допускается. Не менее токсичны такие соединения серы, как органические и неорганические сульфиды, меркаптаны, тионаты. Пероксид водорода используется для их обезвреживания.
По отношению к сероводороду и сульфидам пероксид водорода является селективным окислителем, что обусловлено относительно быстрым протеканием реакции окисления соединений серы и химической инертностью пероксида водорода к аммонийным и многих органических соединениям, обычно встречающимся в сточных водах, и выгодно отличает его от других окислителей. Обезвреживание сероводорода в бытовых водах следует проводить в напорных сетях и в протяженных самотечных коллекторах. Пероксид водорода используется также для обезвреживания цианистых соединений, нитритов и хлора.
В нашей стране для обезвреживания цианистых соединений обычно используют хлор и хлорсодержащие реагенты. Однако такое обеззараживание имеет существенные недостатки: необходимость поддержания высоких значений рН и невозможность использования этих реагентов при высоких концентрациях цианидов из-за опасности выделения токсичных продуктов хлорирования (хлорцианидрирования). Пероксид водорода таких недостатков не имеет. Он взаимодействует с цианидами с образованием цианатов, которые затем разлагаются на аммиак и диоксид углерода. При низкой концентрации цианидов (менее 100 мг/л) могут потребоваться катализаторы, лучшим из которых является медь в ионной форме, используемая в количестве 5—10 мг-иона на один литр сточных вод. Остаточное содержание цианидов обычно не превышает 0,1 мг/л.
Процесс обезвреживания нитритсодержащих сточных вод пероксидом водорода применяется в качестве альтернативного процессу обработки гипохлоритом натрия, который может образовывать устойчивые к биохимическому окислению токсичные хлорпроизводные, что ограничивает его применение. Пероксид водорода взаимодействует со всеми формами свободного хлора, но в то время, как хлор и хлорноватистая кислота реагируют медленно, гипохлориты разрушаются очень быстро. Поэтому дехлорирование пероксидом водорода рекомендуется проводить при рН ~ 7—9. В этом случае гипохлорит-ионы являются преобладающей формой присутствующего активного хлора. Пероксид водорода очень медленно взаимодействует со связанным активным хлором (в виде хлора-минов), поэтому если связанный активный хлор является преобладающей формой остаточного хлора, то дехлорирование пероксидом водорода не рекомендуется.
Отдельной областью применения пероксида водорода является очистка воды от растворенных соединений тяжелых металлов, где используются как окислительные так и восстановительные свойства этого реагента. Упомянутые соединения токсичны для большинства форм жизни водоемов, что вызывает необходимость обезвреживания содержащих их сточных вод. Кроме того, применение пероксида водорода позволяет регенерировать технологам, растворы, содержащие ценные компоненты, например, соли серебра. Это дает возможность повысить экономическую эффективность основных производственных процессов, поскольку стоимость регенерированных компонентов значительно превышает затраты на используемый реагент. Пероксид водорода применяют для обезвреживания различных органических соединений при очистке произвенных сточных вод. Наиболее часто используют процессы окисления формальдегида, гидрохинона и фенолов.
Некоторые названные выше обезвреживаемые соединения являются сильными восстановителями (сероводород, сульфаты, формальдегид и др.). Для них пероксид водорода может быть использован в качестве реагента-окислителя без катализаторов. Однако иногда его окислительный потенциал оказывается недостаточным (окисление цианидов, гидрохинона, фенола, красителей, ПАВ). В качестве катализаторов часто применяют соли железа и меди. Композиция из пероксида водорода и соли железа, известная под названием реагента Фентона, используется для окисления фенолов, меркаптанов, ПАВ, красителей. При этом образуются активные частицы с высоким окислительным потенциалом.
Наряду с использованием традиционных катализаторов получила распространение физическая активизация процесса окисления пероксидом водорода — применение разного рода полей и излучений. Совместное применение УФ-излучения и пероксида водорода позволяет разрушить практически все трудноокисляемые примеси воды. Это объясняется тем, что фотохимический распад пероксида водорода протекает с образованием радикалов и других, обладающих наиболее высоким окислительным потенциалом. Эти радикалы затем вступают в реакции между собой и с примесями воды. Для ускорения процесса окисления в систему могут быть введены катализаторы фотохимических реакций (фотосенсибилизаторы), в качестве которых выступают ионы железа, некоторые красители, оксиды церия, титана и прочие. Разработана технология предварительной обработки воды, в частности паровых конденсатов, пероксидом водорода с УФ-облучением перед ионным обменом с целью удаления из них органических примесей. Под действием ЩОги УФ-лучей происходит разложение органических примесей с образованием СО2 или соединений с низким молекулярным весом, которые могут быть легко удалены в ионитах, после чего очищенная вода может использоваться в качестве технологической, в частности для подпитки паровых котлов.
Существуют технологические схемы обезвреживания концентрированных сточных вод, содержащих используемые в пожаротушении пенообразователи, пероксидом водорода в сочетании с УФ-облучением в кислой среде при повышеной температуре (80°С) в присутствии катализатора — сернокислого железа. После нейтрализации очищенные сточные воды могут быть сброшены в городскую канализацию. Деструктивное окисление пероксидом водорода в сочетании с УФ-облучением — один из наиболее эффективных и перспективных методов обезвреживания сточных вод тепличных хозяйств и различных складов ядохимикатов, содержащих пестициды. После обработки очищенные сточные воды могут быть сброшены в городскую канализацию или направлены на повторное использование. Емкости для хранения пероксида водорода и трубопроводы его подачи рекомендуется изготовлять из полиэтилена высокого давления нестабилизированного, неокрашенного полиэтилена низкого давления, алюминия или стали. Контейнеры с пероксидом водорода размещают в изолированных помещении, обеспечивающем защиту от воздействия солнечных лучей и температуру не выше 30 С. Допускается хранение пероксида водорода на открытой площадке, снабженной навесом, исключающим попадание прямых солнечных лучей, в контейнерах с изотермическим устройством, обеспечивающим температуру продукта не выше 30°С и не ниже -25 С.
К достоинствам технологических схем с использованием в качестве реагента-окислителя пероксида водорода относится также возможность автоматизации процесса с использованием датчиков окислительно-восстановительного потенциала. Присутствие остаточных концентраций пероксида водорода в очищенной воде способствует процессам последующей аэробной биологической очистки.