Очистка сточных вод, содержащих кислоту.

Кислотные сточные воды — это сточные воды с pH менее 6. В зависимости от типа и концентрации кислот, кислые сточные воды можно разделить на неорганические и органические. К ним относятся сильнокислотные и слабокислотные сточные воды; монокислотные и поликислотные сточные воды; низкоконцентрированные и высококонцентрированные кислые сточные воды. Обычно кислые сточные воды, помимо кислот, часто содержат ионы тяжелых металлов и их соли, а также другие вредные вещества. Кислотные сточные воды поступают из самых разных источников, включая шахтные стоки, гидрометаллургию, прокатку стали, поверхностную кислотную обработку стали и цветных металлов, химическую промышленность, производство кислот, красителей, электролиз, гальваническое покрытие, производство искусственных волокон и другие отрасли промышленности. Наиболее распространенными кислыми сточными водами являются сернокислотные, за ними следуют солянокислотные и азотнокислотные. Ежегодно Китай сбрасывает около миллиона кубометров промышленных кислотных отходов. Если эти сточные воды сбрасываются напрямую без очистки, это приводит к коррозии трубопроводов, повреждению урожая, вреду для рыбы, повреждению судов и ухудшению состояния окружающей среды. Промышленные кислотные сточные воды должны быть очищены до соответствия национальным стандартам сброса, после чего их можно перерабатывать и использовать повторно. При очистке кислотных отходов можно использовать различные методы, включая обработку солью, концентрирование, химическую нейтрализацию, экстракцию, ионообменную смолу, мембранную сепарацию и др.

1. Переработка отходов без соли

Так называемое высаливание заключается в использовании большого количества насыщенного солевого раствора для осаждения почти всех органических примесей в отработанной кислоте. Однако этот метод приводит к образованию соляной кислоты и влияет на извлечение и использование серной кислоты из отработанной кислоты, поэтому был изучен метод высаливания органических примесей в отработанной кислоте с помощью насыщенного раствора бисульфата натрия.
Отработанная кислота содержит серную кислоту и различные органические примеси, в основном небольшое количество 6-хлор-3-нитротолуол-4-сульфоновой кислоты и различные изомеры, отличные от 6-хлор-3-нитротолуол-4-сульфоновой кислоты, образующиеся из толуола в процессе сульфирования, хлорирования и нитрификации. Метод высаливания заключается в использовании большого количества насыщенного солевого раствора для осаждения почти всех органических примесей в отработанной кислоте. Метод высаливания позволяет не только удалить различные органические примеси из отработанной кислоты, но и регенерировать серную кислоту для повторного использования в производстве, экономя затраты и энергию.

2. Способ обжаривания

Метод обжига применяется для отделения летучих кислот, таких как соляная кислота, от раствора с целью достижения эффекта регенерации.

3. Метод химической нейтрализации

Основная кислотно-щелочная реакция H+(aq) + OH-(aq) = H2O также является важной основой для очистки кислотосодержащих сточных вод. К распространенным методам очистки кислотосодержащих сточных вод относятся нейтрализация и рециркуляция, взаимная нейтрализация кислотно-щелочных сточных вод, нейтрализация лекарственными препаратами, фильтрационная нейтрализация и т. д. На заре своего существования некоторые металлургические предприятия Китая в основном использовали метод кислотно-щелочной нейтрализации для обработки сточных вод после травления соляной и серной кислотами, чтобы достичь значения pH, соответствующего нормам сброса. В качестве сырья для кислотно-щелочной нейтрализации обычно используются карбонат натрия (кальцинированная сода), гидроксид натрия, известняк или известь; как правило, используется дешевая и легко изготавливаемая известь.

4. Метод экстракции

Жидкостно-жидкостная экстракция, также известная как экстракция растворителем, представляет собой технологическую операцию, использующую разницу в растворимости компонентов в жидком сырье в соответствующем растворителе для достижения разделения. При обработке кислотосодержащих сточных вод необходимо обеспечить полный контакт кислотосодержащих сточных вод и органического растворителя, чтобы примеси из отработанной кислоты перешли в растворитель. Требования к экстрагенту: (1) отработанная кислота должна быть инертной, не вступать в химическую реакцию с отработанной кислотой и не растворяться в ней; (2) примеси в отработанной кислоте должны иметь высокий коэффициент распределения в экстрагенте и серной кислоте; (3) цена должна быть низкой, а препарат должен быть легкодоступным; (4) должно быть легко отделяемым от примесей, с малыми потерями при отгонке. К распространенным экстрагентам относятся бензол (толуол, нитробензол, хлорбензол), фенолы (креозот, сырой дифенол), галогенированные углеводороды (трихлорэтан, дихлорэтан), изопропиловый эфир и N-503.

5. Метод ионообменной смолы

Основной принцип обработки сточных вод, содержащих органические кислоты, с помощью ионообменных смол заключается в том, что некоторые ионообменные смолы способны поглощать органические кислоты из отработанного кислотного раствора и удалять неорганические кислоты и соли металлов, обеспечивая разделение различных кислот и солей.

6. Метод мембранного разделения

Для кислых сточных вод также могут использоваться мембранные методы обработки, такие как диализ и электродиализ. Мембранная регенерация сточных вод в основном основана на принципе диализа, который обусловлен разностью концентраций. Вся установка состоит из диффузионной диализной мембраны, пластины для подачи жидкости, армирующей пластины, рамы пластины для потока жидкости и т. д., и обеспечивает эффект разделения путем разделения веществ в сточной жидкости.

7. Метод кристаллизации при охлаждении

Метод охлаждающей кристаллизации — это метод снижения температуры раствора и осаждения растворенного вещества. Он используется в процессе обработки отработанных кислот, примеси в которых охлаждаются для получения кислотного раствора, соответствующего требованиям и пригодного для повторного использования. Например, отработанная серная кислота, образующаяся в процессе ацилирования на прокатном стане, содержит большое количество сульфата железа, который обрабатывается методом концентрирования-кристаллизации и фильтрации. После удаления сульфата железа фильтрацией кислота может быть возвращена в процесс травления стали для дальнейшего использования.

Охлаждающая кристаллизация имеет множество промышленных применений, которые здесь иллюстрируются процессом травления в металлообработке. В процессе обработки стали и механической обработки для удаления ржавчины с поверхности металла обычно используется раствор серной кислоты. Поэтому переработка отработанной кислоты может значительно снизить затраты и защитить окружающую среду. Охлаждающая кристаллизация используется в промышленности для достижения этого процесса.

8. Метод окисления

Этот метод используется уже давно, и его принцип заключается в разложении органических примесей в отработанной серной кислоте с помощью окислителей в соответствующих условиях, так что они превращаются в диоксид углерода, воду, оксиды азота и т. д., отделяются от серной кислоты, что позволяет очистить и регенерировать отработанную серную кислоту. Обычно используемые окислители — это перекись водорода, азотная кислота, хлорная кислота, хлорноватистая кислота, нитраты, озон и т. д. Каждый окислитель имеет свои преимущества и ограничения.