CC BY
81
Р. А. Гайфуллин, Т. Н. Преображенская, А. А. Гайфуллин,
Х. Э. Харлампиди
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ПЕРЕКИСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.
СООБЩЕНИЕ 2. РЕАГЕНТНАЯ ОЧИСТКА
Ключевые слова: сточные воды, очистка сточных вод, перекисные соединения, щелочь, гидроксид натрия, сульфит натрия, гипохлорит натрия, биологическая очистка.
Показана возможность глубокого разложения перекисных соединений в химзагрязненных водах, образующихся при отмывке оксидата этилбензола в производстве стирола и оксида пропилена (СОП), с помощью гипохлорита или сульфита натрия. Приведены результаты микробиологических исследований образцов сточных вод, очищенных от перекисных соединений.
Results of research of alkaline purification of sewage from hydrogen peroxide and hydroperoxide ethyl benzene (HPEB) are presented. It is shown that in the alkaline medium decomposition of HPEB goes more slowly than decomposition of hydrogen peroxide. The interval of an optimum alkali dosage for sewage of different composition is determined. Optimum conditions of alkaline purification of sewage from peroxide compounds are found.
В предыдущем сообщении было показано [1], что щелочная очистка химзагрязненных вод, образующихся на стадии окисления этилбензола, позволяет на порядок понизить концентрацию перекисных соединений. Однако после очистки концентрация пероксидов остается достаточно высокой и составляет 0,03-0,06 моль/л или 0,048-0,096 % мас. в пересчете на активный кислород. Согласно требованиям, концентрация пероксидов в сточных водах, поступающих на локальную установку биохимической очистки (БХО) производства СОП, не должна превышать 0,001 % мас. Это обстоятельство обуславливает необходимость повышения степени очистки стоков от пероксидов для возможности дальнейшей их переработки на установке БХО.
Высокая активность перекисных соединений в окислительно-восстановительных реакциях [2] позволяет надеяться на эффективность использования этих реакций для очистки сточной воды. В качестве реагентов были использованы гипохлорит натрия NaCIO и сульфит натрия Na2SO3. Выбор реагентов проводился с учетом их доступности и стоимости, а также способности образовывать сравнительно нетоксичные продукты.
NaCIO + H2O2 ^ NaCI + H2O + O2; Na2SO3 + H2O2 ^ Na2SO4 + H2O.
Гипохлорит натрия использовали в виде водного раствора с концентрацией 79,6 г/л и рН 12; сульфит натрия - в виде 20%-ного водного раствора.
Предварительные исследования на модельных растворах пероксида водорода и гидропероксида этилбензола (ГПЭБ) показали, что как NaCIO, так и Na2SO3 достаточно эффективно взаимодействуют с пероксидами (табл. 1).
Таблица 1 - Разложения пероксидов в модельных растворах ([НгО2]исх. = 0.05 моль/л, [ГПЭБ]исх. = 0.03 моль/л, рН =11.5, 1 = 30°С ,мольное соотношение реагент:-О-О- =1:1
Реагент Степень разложения к т = 3G мин, %
H2O2 ГПЭБ
NaCIO 99 99
Na2SO3
100
96.5
Сточные воды характеризуются нестабильностью состава и температуры, поэтому было важно определить интервал возможного изменения параметров процесса при сохранении высокой эффективности очистки. Такие исследования были проведены, их результаты представлены в табл. 2.
Таблица 2 - Влияние условий проведения реакции на разложение остаточного количества пероксидов в среде сточных вод ([-0-0-] = 0.04 моль/л)
Мольное соотношение реа-гент:-О-О- рН t, °С Степень разложения к т = 30 мин, %
NaCIO Na2SO3
1:0,5 10.5 30 68 66
3,9 30 - 66
7,8 30 88 -
1:1 10,5 20 98 70
10,5 30 96 100
10,5 50 97 100
1:1.5 10,5 30 99 100
Из представленных в табл.2 данных следует, что наиболее эффективное разложение остаточного количества пероксидов происходит при высоких значениях рН (10.5), температурном интервале 30-50°С и мольном соотношении реагент:-О-О- =1:1.
Кинетические кривые разложения перекисных соединений в сточной воде, предварительно очищенной раствором щелочи, при добавлении N82803 и ЫаСЮ показаны на рис.1. Видно, что интенсивное разложение пероксидов происходит в первые 5 мин. Чуть меньшая степень разложения пероксидов гипохлоридом натрия может быть объяснена его расходованием на окисление органических компонентов стока.
Рис. 1- Кинетические кривые разложения пероксидов в среде сточных вод в присутствии NaCIO и Na2SO3 (мольное соотношении реагент : -О-О- = 1:1, t = 30°С, рН = 10,5)
На основе полученных экспериментальных данных были определены оптимальные условия проведения реагентной очистки от остаточного количества пероксидов в сточной воде, предварительно обработанной щелочью.
Условия реагентной доочистки стока:
щелочная среда, рН = 10-11; мольное соотношение реагент : пероксиды = 1:1; температура 30-50°С; время реакции 10 мин.
В результате проведенных исследований было установлено, что щелочная очистка сточных вод и последующая обработка реагентами (NaCIO, Na2SO3) позволяет достичь 99-100% степени очистки от перекисных соединений. Это указывает на перспективность использования данного метода. Однако наиболее существенным фактором, определяющим целесообразность его применения, является доступность сточных вод, прошедших предварительную очистку от пероксидов, к последующей биохимической очистке. Для получения этих данных были проведены специальные испытания в исследовательской лаборатории сточных вод НТЦ ОАО «Нижнекамскнефтехим». При этом оценивалась интенсивность роста микрофлоры установки БХО в присутствии изучаемых образцов, их токсичность по отношению к индикаторному организму очистных сооружений Paramecium cau-datum и эффективность снижения ХПК при микробной очистке стоков.
Для проведения испытаний была отобрана проба химзагрязненной воды со стадии отмывки оксидата этилбензола, которая имела следующие показатели: содержание пероксидов (в расчете на активный кислород) 1,0% мас., рН=2,7, ХПК=45900 мг/л. Обработка пробы, предшествующая микробиологическим анализам, проводилась в два этапа.
1 этап. К пробе нагретой до 30°С добавили 20%-ный водный раствор NaOH в количестве, обеспечивающем достижение рН раствора 10,5-11. Смесь перемешивали в течение 20 мин. В пробе, обработанной щелочью, определили концентрацию перекисных соединений в пересчете на активный кислород.
2 этап. Обработанную щелочью пробу разделили на три образца, два из которых далее были обработаны реагентами при мольном соотношении реагент:-О-О-=1:1, третий не подвергался дополнительной обработке. Образец №1 обрабатывали гипохлоритом натрия, образец №2 - сульфитом натрия. Через 10 минут после ввода реагентов определили остаточную концентрацию перекисных соединений. Обработанные вышеуказанным методом образцы одновременно с исходным стоком далее подвергались микробиологическим анализам.
Данные по токсичности приведены в таблице 3, откуда видно, что предварительная очистка существенно снижает токсичностью образцов 1 и 2.
На рис. 2 представлены данные по микробному росту в присутствии образцов 1 и 2 после доведения их путем разбавления дехлорированной водой до ХПК 15000 мг/л. Для сравнения в качестве контрольного образца использовали сточную воду со стадии дегидратации метилфенилкарбинола, зарекомендовавшую себя ранее как хорошо поддерживающую микробный рост. Как видно из приведенных данных в присутствии испытанных образцов получен достаточно хороший микробный рост сопоставимый с ростом микрофлоры в контрольном образце (рис. 2)
Изменение показателя ХПК после 4 суток инкубации биомассы свидетельствует (табл. 4) о доступности компонентов исследованных образцов для биодеструкции бактериями активного ила. Эффективность снижения ХПК испытанных образцов выше в случае образца №2. Очистка последнего происходит успешнее и по сравнению с контрольным образцом.
Таблица 3 - Анализ исходной и очищенной от пероксидов химзагрязненной воды
Показатели Исходный сток Сток после 1 этапа очистки Сток после 2 этапа очистки
Образец №1 Образец №2
Содержание пероксидов, % мас.
(в расчете на активный 1,0 0.072 0,0063 0
кислород)
Токсичность, %
при степени разбавления
100 100 33 17 17
500 100 17 0 17
1000 83 0 0 0
Время инкубации, сутки
Рис. 2 - Динамика роста биомассы на очищенных от пероксидов образцах и контрольного образца при исходном ХПК = 15000 мг/л
Изменение показателя ХПК после 4 суток инкубации биомассы свидетельствует (табл. 4) о доступности компонентов исследованных образцов для биодеструкции бактериями активного ила. Эффективность снижения ХПК испытанных образцов выше в случае образца №2. Очистка последнего происходит успешнее и по сравнению с контрольным образцом.
Проведенные испытания по моделированию процесса биологической очистки в условиях периодического культивирования свидетельствует о доступности сточной воды, обработанной указанным способом, при соответствующем разведении для дальнейшей биологической очистки. При этом лучшим по показателям микробиологического анализа оказался образец №2, который получен путем обработки стоков на заключительном этапе сульфитом натрия.
Таблица 4 - Изменение ХПК очищаемой воды после 4 суток инкубации биомассы
Образцы ХПК нач., мг/л ХПК конечное (после 4 суток инкубации) Эффект очистки, % Содержание пероксидов, % мас. (в расчете на активный кислород)
Образец №1 15000 11389 24 0,0031
Образец №2 15000 4396 71 0
Контроль 15000 6394 57 0
Литература
1. Гайфуллин, Р.А. Очистка сточных вод от перекисных соединений. Сообщение 1. Разложение пероксидов в щелочной среде /Р. А. Гайфуллин и [др.] //Вестник казанского технол. ун-та.- 2008.-№ 6. - С. 84-88.
2. Химия и технология перекиси водорода /под редакцией Г.А.Серышева - Л.: Химия, 1984. - 200 с.
© Р. А. Гайфуллин - асп. каф. общей химической технологии КГТУ; Т. Н. Преображенская -канд. хим. наук, доц. той же кафедры; А. А. Гайфуллин - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; Х. Э. Харлампиди - д-р хим. наук, проф., зав. каф. общей химической технологии КГТУ.
