Очистка сточных вод от ионов хрома

Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов осуществляется путем перевода ионов тяжелых металлов в малорастворимые соединения (гидроксиды) при нейтрализации сточных вод с помощью различных щелочных реагентов. Реагентная очистка сточных вод от шестивалентного хрома состоит из двух стадий:

1) восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного;

2) осаждение трехвалентного хрома в виде гидроксида .

В качестве реактивов- восстановителей наибольшее применение получили натриевые соли сернистой кислоты – сульфит, бисульфит, пиросульфит  (Na₂S₂O₅), а также дитионит натрия (Na₂S₂O₄). Восстановление Cr⁶⁺ до Cr³⁺ происходит по реакциям:

Cr₂O₇^2- + 3SO₃^4- + 8H⁺ = 2Cr³⁺ + 3SO₄^2- + 4H₂O;

Cr₂O₇^2- + 3HSO₃^¯ + 5H⁺ = 2Cr³⁺ + 3SO₄^2- + 4H₂O

Теоретические дозы реагентов-восстановителей составляют (мг/1мг Cr⁶⁺): для сульфита 3,63; бисульфита 3,0; пиросульфита 2,88. Соли сернистой кислоты добавляют к сточным водам в виде 10%-ных водных растворов. Доза восстановителя зависит от исходной концентрации Cr⁶⁺ в сточной воде и величины  рН. Скорость и полнота реакций восстановления Cr⁶⁺ до Cr³⁺ в большей степени также зависят от величины рН реакционной смеси.

После окончания реакции восстановления Cr⁶⁺ в кислой среде сточные воды подвергают нейтрализации с целью осаждения Cr³⁺ в виде гидроксида по реакции:

Cr³⁺ + 3ОН^¯ → Cr(ОН)₃↓.

Разработан одноступенчатый метод очистки хромсодержащих сточных вод с использованием  в качестве реагента FeS, получаемого в обрабатываемом растворе путем введения в него двух(трех)-кратного избытка FeSO₄, Na₂S₂O₅ или  NaHSO₄ по отношению к концентрации  Cr(VI). Удаление Cr(VI) происходит по реакции:

H₂CrO₄ + FeS + H₂O → Cr(OH)₃ + Fe(OH)₃ + S + H₂O.

При начальной концентрации Cr(VI) в сточных водах 50 мг/л остаточная концентрация составляет 0,05 мг/л. При стандартной двухступенчатой обработке остаточная концентрация составляла бы 0,2-0,3 мг/л. Преимущества: значительно меньшая остаточная концентрация, не требуется работать в узком пределе рН, всего одна степень обработки, присутствие комплексообразователей не влияет на величину остаточной концентрации. Для очистки сточных вод содержащих ионы хрома, никеля и цинка в основном используют метод электрокоагуляции.

В результате электролитического растворения стальных анодов при рН>2 образуются ионы Fe²⁺.  Одновременно   с   этим    ионы Fe²⁺,   а    также    гидроксид железа (II), способствуют химическому восстановлению Cr⁶⁺ до Cr³⁺ по следующим реакциям:

при рН<5,5    Cr₂O₇^2- +6Fe²⁺ + 14H⁺ → 6Fe³⁺ +2Cr³⁺ +7H₂O

при рН>5,5  Cr₂O₇^2- +3Fe(OH) + 4H₂O → 3Fe(OH)₃ + 2Cr(OH)₃ + 2OH^¯

Некоторое количество  CrO₄^2- и Cr₂O₇^2- ионов восстанавливается до ионов Cr³⁺ в результате катодных электрохимических процессов:

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6ē →  2Cr³⁺ +7H₂O

Cr₂O₇^2- + 4H₂O + 3ē  →  2Cr(OH)₃ + 5OH^¯

При электрохимической обработке сточных вод происходит их подщелачивание, что способствует коагуляции гидроксидов железа (II) и (III) и хрома (III), а также гидроксидов других  тяжелых металлов, ионы которых могут содержаться в сточных водах.

Электрокоагулятор включает в себя две секции: пластинчатый электролизер вертикального исполнения с подводом очищаемой воды снизу вверх и осветлитель. Электролиз проводят при плотности тока на аноде 0,6-1,5 А/дм² для концентрированных вод и 0,15-0,18 А/дм² для разбавленных (<100 мг/л), напряжении на электродах 12-24 В, продолжительности обработки 60-180 секунд. Материал электродов – низкоуглеродистая сталь (Ст3, Ст3),  толщина электродов 3-8 мм, расстояние между электродами 6-12 мм.

В качестве осветлителя используют отстойники, флотаторы-отстойники, флотаторы-осветлители. Степень очистки сточных вод составляет 90-95% . В основе принципа гальванокоагуляции лежат те же физико-химические процессы, которые составляют сущность электрокоагуляции. Отличие данного метода заключается в способе  введения в обрабатываемый сток ионов железа, а также в отсутствии электростатической коагуляции, возникающей при наложении электрического поля. При данном методе очистки, очищаемую воду пропускают через железные стружки, смешанные с коксом в соотношении 4:1. За счет разности электрохимических потенциалов железо переходит в раствор:

Fe - 2ē → Fe²⁺

Процесс гальванокоагуляции проводят в проточных вращающихся аппаратах барабанного типа. При вращении стружечная загрузка попеременно то погружается в сток, то оказывается на воздухе, в результате протекает следующая реакция:

4Fe²⁺ + O₂ + 10H₂O → 4Fe(OH)₃ +8H⁺

В свою очередь соединения железа(III) при контакте с железной стружкой восстанавливаются до железа(II). Соединения железа (II) способствуют восстановлению хрома(VI) до хрома(III).