NEUTRALIZACJA, REDUKCJA CHEMICZNA, STRĄCANIE Wykład 8 NEUTRALIZACJA, REDUKCJA CHEMICZNA, STRĄCANIE Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Neutralizacja (zobojętnianie) to proces chemiczny, mający na celu doprowadzenie odczynu cieczy do pH w zakresie od 6,5 do 9,0. Stosuje się go w przypadkach: 1) Przed odprowadzeniem ścieków do wód powierzchniowych, z zachowaniem wymagań zależnych od klasy czystości wody. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie 2) Przed odprowadzeniem ścieków do kanalizacji i do oczyszczalni miejskiej. W tym przypadku pH musi się zawierać w granicach 6,5 – 9,0 . 3) Przed różnego rodzaju procesami wymagającymi określonego pH. Np.. Procesami strącania metali. Zobojętnienie to reakcja egzotermiczna jonów H+ i OH- : H+ + OH-  H2O – 57,4 kJ/kmol Najbardziej ekonomicznym sposobem neutralizacji ścieków jest mieszanie strumieni o różnych odczynach. W przypadku braku takowych doprowadza się do strumienia środki neutralizujące. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, strącanie Neutralizacja ścieków kwaśnych Stosowane reagenty: Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, strącanie Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie W przypadku małych strumieni ścieków kwaśnych neutralizacje można osiągnąć w procesie przepływu przez złoża węglanu wapnia lub tlenku magnezu. Przepływ powinien zachodzić z prędkością pozorną 1,2 do 10 m/s. Jeżeli odczyn kwaśny spowodowany jest obecnością kwasu siarkowego o stężeniu większym od 0,5 % mas. To nie można prowadzić neutralizacji w kolumnie z węglanem wapnia bo powstanie gips . Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, strącanie Neutralizacja ścieków zasadowych Jest realizowane za pomocą kwasów: H2SO4, HCl, H3PO4 oraz za pomocą gazowego CO2. Kwas siarkowy jest najbardziej reaktywny ale stosowanie go wiąże się z: 1) Dużym efektem cieplnym rozpuszczania. 2) Wzrostem stężenia siarczanów w ściekach 3) Zwiększeniem korozyjności ścieków Wady: Zagrożenie BHP, konieczność stosowania odpowiednich materiałów. Wad tych nie ma słaby kwas ortofosforowy. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Neutralizacja ścieków zasadowych za pomocą gazowego CO2 nosi nazwę rekarbonizacji Rekarbonizacja ścieków polega na użyciu gazów spalinowych z kotłowni lub elektrociepłowni. Gazy te zawierają CO2 w ilości 10 – 15 % obj. Są więc tanim źródłem dwutlenku węgla. Dodatkową zaletą rekarbonizacji jest brak niebezpieczeństwa zbytniego zakwaszenia ścieków. Jeżeli wysokie pH jest spowodowane obecnością w ściekach NaOH i KOH to w reakcji z CO2 powstają rozpuszczalne wodorowęglany. Jeżeli oprócz NaOH w ściekach występują jony Al3+ to rekazrbonizację prowadzi się do wytracenia się wodorotlenku glinu. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Proces rekarbonizacji za pomocą gazów spalinowych daje możliwość oczyszczenia strumienia gazów z SO2 ponieważ, produkty neutralizacji tj. Na2CO3 lub NaHCO3 reagują z SO2 zwartym w spalinach. Neutralizacje ścieków przeprowadza się w sposób okresowy, jeżeli Q < 400 m3/d W sposób ciągły w zbiornikach przepływowych Reakrbonizacje przeprowadza się W zbiornikach przepływowych z doprowadzeniem spalin perforowanymi dyfuzorami. W skruberach np. Venturiego W zbiornikach z palnikiem zanurzeniowym Ścieki mogą się zagrzać i trzeba je schłodzić !!!! Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, strącanie Proces redukcji chemicznej dotyczy głównie redukcji chromu. Chrom w wodzie może występować w postaci związków Cr3+ lub rozpuszczalnej Cr6+. Sole Cr3+ są trwałe i ze względu na niewielkie stężenie nie są szkodliwe. Natomiast sole Cr6+ są silnie toksyczne. Stężenie w wodzie do picia nie powinno przekraczać 0,05 mg /cm3. W zużytych kąpielach galwanicznych stężenie Cr6+ wynosi do 20 g /dm3 !!!!! Ścieki zawierające chrom pochodzą głównie z: Galwanizerni Garbarni Farbiarni Wytwórni farb chromowych Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Redukcja chromu ze stopnia utlenianie 6+ na 3+ z jednoczesnym usuwaniem chromu ze strumienia oczyszczanej cieczy, przeprowadza się redukując chrom do postaci trudno rozpuszczalnego wodorotlenku. Chemiczną redukcje przeprowadza się w środowisku kwaśnym jonem HSO3- Przebieg i szybkość reakcji zależą od pH które powinno przyjmować wartość na poziomie 2 – 3. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Źródłem jonu HSO3- może być: 1) Gazowe SO2. Podczas rozpuszczania w wodzie powstaje H2SO3 który dysocjuje i tworzy jony HSO3- 2) Siarczyn sodowy Na2SO3. Po zakwaszeniu siarczyn sodu tworzy z H+ jon HSO3- 3) Tiosiarczyn sodowy Na2S2O3 . Jest to silny związek redukujący, działający w środowisku obojętnym i zasadowym. 4) Pirosiarczyn sodowy Na2S2O5. Związek ten dysocjuje do S2O52-, który hydrolizując tworzy jon HSO3-. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, strącanie Środkiem redukującym chrom jest też siarczan żelaza (II) FeSO4 który reaguje w środowisku kwaśnym (pH <2.5) zgodnie z reakcją: Zaletą siarczanu żelaza jest jego niski koszt, ale jego użycie wymaga większej ilości kwasu. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie W metodzie elektrochemicznej redukcja chromu polega na katodowej redukcji zgodnie z równaniem: Metoda ta jest stosowane przy stężeniu chromu od 0,1 do 1 g CrO3 / dm3 i wymaga środowiska o pH < 1.5. Może być przeprowadzana tylko w sposób okresowy. Zużycie energii na redukcję 1 kg CrO3 wynosi ok. 1,2 kWh. Po zredukowaniu do chromu 3+ jest on strącany za pomocą wodorotlenku wapnia lub sodu. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Strącanie i współstrącanie Proces stosowany od bardzo dawna. Trudno rozpuszczalny związek AnBm ulega wytrąceniu z roztworu, jeśli zostanie przekroczony iloczyn rozpuszczalności: IR jest wielkością stałą. Zmiana stężenia jednego jonu musi być równoważona odpowiedna zmianą stężenia drugiego jonu. Oznacza to, że stosując nadmiar jednego jonu w roztworze można zmniejszyć stężenie drugiego jonu. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Strącanie zanieczyszczeń na drodze chemicznej jest prowadzone w celu: Usunięcia metali lub substancji barwnych w procesach podczyszczania ścieków przemysłowych lub przed odprowadzeniem oczyszczonych ścieków do wód gruntowych Usunięcia metali przed biologicznymi metodami oczyszczania, jeśli stężenie jonów metali przekracza wartości tolerowane przez mikroorganizmy Oczyszczania ścieków z pominięciem metod biologicznych Koagulacji zanieczyszczeń koloidalnych Strącania fosforu w III stopniu oczyszczania Dekarbonizacji wody i ścieków , tzn. Usuwania jonów Ca i Mg, będących przyczyną twardości wody. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Strącanie chemiczne zanieczyszczeń w wodzie to strącanie głównie wodorotlenków. Ze wzrostem pH rozpuszczalność maleje. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Rozpuszczalność i skład osadu zależą głównie od: Obecności w roztworze innych substancji; Czynnika strącającego pH Czasu przebywania Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Jeżeli reagentem strącaacym i koagulującym jest Ca(OH)2 wówczas procesom tym towarzyszy dekarbonizacja. Jest to proces usuwania z wody twardości węglanowej spowodowanej obecnością wodorowęglanów. Wprowadzany do wody wodorotlenek wapnia reaguje najpierw z wolnym dwutlenkiem węgla a później z wodorowęglanami: Proces ten towarzyszy chemicznemu strącaniu fosforanów, metali ciężkich i koagulacji Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Współstrącanie Proces współstrącania polega na usuwaniu zanieczyszczeń za pomocą powstającego lub wprowadzanego osadu tzw. Nośnika zazwyczaj o niewielkim stężeniu. Proces współstrącania może przebiegać: 1) Według różnych mechanizmów procesu współkrystalizacji. Jeżeli powstaje osad ze związków o podobnej strukturze chemicznej mówimy o współkrystalizacji izomorficznej. Jeżeli osad powstaje ze związków o różnej strukturze krystalograficznej to mówimy o procesie izodimorficznym. 2) Według mechanizmu adsorpcyjnego. Na powierzchni osadu zachodzi proces adsorpcji substancji usuwanej z roztworu. 3) Na drodze mechanicznej okluzji. Polega ona na zatrzymaniu składnika w porach kryształu – nośnika, zamykanych narastającymi kolejno warstwami. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, strącanie Ze względu na skomplikowana naturę procesu trudno jest w sposób ścisły określić współczynnik podziału substancji oczyszczanej. Dla przypadku gdy skład obu faz jest stały: Stężenie w fazie stałej Stężenie w fazie ciekłej Innym sposobem opisu jest założenie, że proces współstrącania można opisać jak reakcje składników A i B: Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Dla takiej reakcji stałą równowagi (stała krystalizacji) można wyrazić: Stężenie składnika w cieczy jest rzadko w równowadze z jego stężeniem w całej masie kryształu. Równowaga odnosi się bardziej do stężenia chwilowego na powierzchni kryształu. W takim przypadku prawo podziału wyraża się przez współczynnik podziału: P – odnosi się do powierzchni kryształu. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Odłożone na powierzchni różniczkowe ilości składników dA i dB są proporcjonalne do ich stężeń w roztworze: Co po scałkowaniu daje: Logarytmiczne prawo podziału Dornera i Hoskinsa 0 – początkowe stężenie składnika w roztworze, k - końcowe Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Prawo to opisuje chwilowy stan równowagi między powierzchniowa warstwa kryształu a roztworem. W czasie trwania procesu w krysztale powstaje promieniowy gradient mikroskładnika. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Współczynnik podziału zależy od: Szybkości strącania- gdy szybkość ta maleje , wówczas współczynnik podziału rośnie. Składu nośnika Składu roztworu – jeśli w roztworze występuje kilka składników zdolnych do współstrącania to składnikiem współstrącającym się z nośnikiem będzie ten składnik który z nośnikiem tworzy mniej rozpuszczalny związek. ( W roztworze są jony K+ i Mg2+ a nośnikiem kryształy BaSO4, to jonem współstrącającym się będzie K+, bo K2SO4 ma mniejszą rozpuszczalność niż MgSO4 ) Temperatury – niejednoznaczny wpływ. Warunków hydrodynamicznych. Warunki przenoszenia masy wpływają na skład warstewki granicznej przy powierzchni kryształu. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Nośniki stosowane w procesie współstrącania mogą być pochodzenia nieorganicznego lub organicznego. Powinny spełniać następujące warunki: Być tanie i łatwo dostępne Nie mogą mieć właściwości toksycznych Powinny tworzyć osad łatwo oddzielający się od cieczy Nie powinny być kłopotliwe w składowaniu jako odpady Nieorganiczne: Procesy Oczyszczania Cieczy 2

Wykład 8 – Neutralizacja, Redukcja chemiczna, stracanie Do nośników organicznych należą: pirydyna, tiomocznik, tietery, związki aminoazowe, tiocyjanina i szczawiany. Proces ma inna naturę, bo jest inna budowa kryształów cząsteczkowa a nie jonowa. Wykazują duża selektywność Procesy Oczyszczania Cieczy 2