Очистка производственных сточных вод пероксидом водорода

ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА

окисление 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 др.; непрочность  этой связи и обусловливает неустойчивость (распад) молекулы. 
Процесс окисления органич. в-в пероксидом водорода можно интенсифицировать: введением разл. катализаторов; повышением темп-ры до значений > 50 С; одноврем. обработкой кислородсодержащим газом при повыш. темп-ре. Активными катализаторами распада, интенсифицирующими процесс окисления, являются металлы переменной валентности (Fe, Си, Мп, Со, Сг) и их соли. Способствует распаду пероксида водорода щелочная среда. Каталич. действие щелочи сводится к увеличению электролитич. 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 к-той. Быстрый распад пероксида водорода наблюдается под воздействием солнечного света или УФ-излучения. В процессе фотохим. распада образуются радикалы, обладающие высокой окислит, способностью. Пром-ть 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 др. окислителями, применяемыми в технологии очистки воды, пероксид водорода обладает след. достоинствами: экологич. чистотой (отсутствием вторичного загрязнения воды продуктами восстановления реагента); возможностью использования в широком диапазоне темп-р и значений рН среды; высокой селективностью окисления разл. 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 произв. сточных вод. Наиболее часто он используется для обезвреживания соединений серы: сероводорода и сульфидов, сульфитов, тиосульфатов и пр. Сероводород весьма токсичный компонент сточных вод, способен к биохим. окислению кислородом воздуха с образованием серной к-ты, что приводит к коррозии бетона и металлов. Присутствие сероводорода в очищенных сточных водах, сбрасываемых в водоемы, по сан.-гигиенич. соображениям не допускается. Не менее токсичны такие соединения серы, как органич. и неорганич. 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 хим. инертностью пероксида водорода к аммонийным и мн. органич. соединениям, обычно встречающимся в сточных водах, и выгодно отличает его от др. 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 (хлорцйанидр.) Пероксид водорода таких недостатков не имеет. Он взаимодействует с цианидами с образованием цианатов, к-рые 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 кол-ве 5—10 мг-иона на 1 л 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, к-рый может образовывать устойчивые к биохим. окислению токсичные хлорпроизводные, что ограничивает его применение. Пероксид водорода взаимодействует со всеми формами свободного хлора, но в то время, как хлор и хлорноватистая к-та 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. 
Отд. областью применения пероксида водорода является очистка воды от раствор, соединений тяжелых металлов, где используются как окислит., так и восстановит. свойства этого реагента. Упомянутые соединения токсичны длябольшинства форм жизни водоемов, что вызывает необходимость обезвреживания содержащих их сточных вод. Кроме того, применение пероксида водорода позволяет регенерировать технологам, растворы, содержащие ценные компоненты, напр. соли серебра. Это дает возможность повысить экономия, эффективность осн. производств, процессов, поскольку стоимость регенериров. компонентов значительно превышает затраты на используемый реагент. Пероксид водорода применяют для обезвреживания разл. органич. соединений при очистке произв. сточных вод. Наиболее часто используют процессы окисления формальдегида, гидрохинона и фенолов. 
Нек-рые 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 окислит, 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 назв. реагента Фентона, используется для окисления фенолов, меркаптанов, ПАВ, красителей. При этом образуются активные частицы с высоким окислит, потенциалом. 
Наряду с использованием традиц. 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 фотохим. распад пероксида водорода протекает с образованием радикалов и др., обладающих наиболее высоким окислит, потенциалом. Эти радикалы затем вступают в реакции между собой и с примесями воды. Для ускорения процесса окисления в систему могут быть введены катализаторы фотохим. реакций (фотосенсибилизаторы) , в качестве к-рых выступают ионы железа, нек-рые красители, оксиды церия, титана и пр. Разработана технология предварит, обработки воды, в частности паровых конденсатов, пероксидом водорода с УФ-облучением перед ионным обменом с целью удаления из них органич. примесей. Под действием ЩОги УФ-лучей происходит разложение органич. примесей с образованием СОг или соединений с низким молекулярным весом, к-рые могут быть легко удалены в ионитах, после чего очищ. вода может использоваться в качестве технологич., в частности для подпитки паровых котлов.  
Существуют технологич. схемы обезвреживания концентриров. сточных вод, содержащих используемые в пожаротушении пенообразователи, пероксидом водорода в сочетании с УФ-облучением в кислой среде при повыш. темп-ре (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 разл. 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 изолиров. помещении, обеспечивающем защиту от воздействия солнечных лучей и темп-ру не выше 30 С. Допускается хранение пероксида водорода на открытой площадке, снабженной навесом, исключающим попадание прямых солнечных лучей, в контейнерах с изотермическим устройством, обеспечивающим темп-ру продукта не выше 30°С и не ниже -25 С. 
К достоинствам технологич. схем с использованием в качестве реагента-окислителя пероксида водорода относится также возможность автоматизации процесса с использованием датчиков окислительно-восстановит. потенциала. Присутствие остаточных концентраций пероксида водорода в очищенной воде способствует процессам последующей аэробной биологич. очистки.