Сравнение «чистых» окислителей показывает, что пероксид водорода обладает целым рядом технологических преимуществ. Основным из них является возможность обработки сточных вод в широком диапазоне значений концентраций, температур и рН. Не менее важна высокая селективность окисления различных примесей сточных вод при подборе условий проведения процесса. Данное обстоятельство обычно позволяет минимизировать затраты на реагенты. Другим преимуществом применения пероксида водорода является его относительно высокая стабильность в отличие от других окислителей, сравнительная простота аппаратурного оформления процесса. Особо следует отметить, что остаточная концентрация пероксида водорода способствует процессу последующей аэробной, биологической очистки, а в природных водах пероксид водорода, в отличие от хлора, играет положительную роль.
Радиационная очистка
При обработке воды излучением высокой энергии (у-излучение Со 50, Сs 137) происходят окисление и полимеризация органических и неорганических веществ, в том числе биологически не разлагаемых (предельные углеводороды) и токсичных соединений, осаждение коллоидных и взвешенных частиц, дезинфекция и дезодорация. Радиационная очистка, являющаяся быстрым одностадийным процессом, дает комплексный эффект [15].
Очищенная радиационным способом вода может быть использована для организации замкнутого водооборотного снабжения. Радиационная обработка не создает остаточной радиоактивности, так как применяемые источники имеют энергию ниже порога ядерных реакций.
Продукты радиолиза воды реагируют с растворенными в ней загрязнениями, полностью разрушая их до СО 2 и Н 20 или окисляя до соединений, которые по токсикологическим показателям менее опасны, чем исходные.
Основой процесса радиационной очистки сточных вод может быть также соосаждение органических веществ с осадком, образующимся при радиационной полимеризации в водных растворах. Эти вещества могут присутствовать в стоке или специально туда вводиться. Процесс радиационной полимеризации происходит по цепному механизму. Поэтому для его реализации необходимы небольшие дозы излучения и малое время пребывания в реакторе.
У-облучение кобальтом –60 в проточной системе при мощности дозы 0,48 Вт/кг водных растворов, содержащих 10 мг/л фенолов в течении 20 мин полностью разлагает его до воды и углекислого газа), орость разложения составляет 0,25 мг/(л мин).
Барботирование воздуха через слой воды, обрабатываемой излучением, резко интенсифицирует процесс очистки, и органические соединения полностью разлагаются при меньшей дозе облучения, чем без барботирования воздуха. Повышение температуры до 80 0С увеличивает в 2 раза выход продуктов разложения фенола [40].
При очистке облучением у-лучами необходимо предусмотреть повышенные меры контроля за техникой безопасности при работе с радиоактивными изотопами и организовать специальную подготовку обслуживающего персонала.
Биологическая очистка.
Сущность биологической очистки заключается в биохимическом окислении органики и аммонийного азота в присутствии бактерий-минерализаторов. Для нормального процесса синтеза клеточного вещества, а следовательно, и эффективной очистки сточной воды в водной среде должна быть достаточная концентрация всех основных элементов питания - углерода, содержание которого обычно характеризуется величиной биологически потребляемого кислорода (БПК), азота и фосфора; их соотношение должно удовлетворять следующему требованию: БПК: азот: фосфор, равного 100:5:1. При этом степень их удаления из сточных вод в оптимальных условиях (t=25-30°С, рН=6.5-7.5, указанное соотношение биогенных элементов, отсутствие ядовитых для микроорганизмов веществ) составляет 85-90% [2].
БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА
Эффект воздействия мочевины на селективное ускорение биоразложения фенола при биохимической очистке многокомпонентной смеси сточных вод подробно изучено Шарифуллиным В.Н. [41]. Мочевина играет роль не только биогенной азотосодержащей добавки, но также вещества, образующего с фенолом легко окисляемое соединение включения.
Известные способы интенсификации биоочистки сточных вод [45] предусматривают:
• применение технического кислорода вместо воздуха;
• использование специфической микрофлоры;
• создание рациональных технологических схем;
• оптимизацию температурного режима процесса.
Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки. Остановимся на некоторых недостатках. Применение технического кислорода требует дополнительных затрат, кроме того, необходимо тщательное смешение газа с жидкостью. Использование специфической микрофлоры применяется крайне редко вследствие сложностей с поддержанием заданного состава активного ила. Рационализация технологических схем предпочтительна для проектируемых сооружений, поскольку реконструкция существующих установок требует серьезных капитальных затрат. Управление температурой в промышленном аппарате приводит к значительному удорожанию очистки. Кроме того, перечисленные способы интенсификации направлены на ускорение биоокисления всех компонентов сточных вод. Однако промышленные сточные воды содержат широкий спектр загрязнителей - от легко окисляемых до трудно окисляемых компонентов, а скорость процесса очистки определяется только скоростью биоокисления последних. Поэтому возникает вопрос - нельзя ли путем определенных воздействий ускорить биоокисление только трудно окисляемых веществ, что могло бы значительно удешевить интенсификацию биоочистки. Один из путей решения такой задачи может основываться на явлении образования между «сложным» и «простым» особого вида соединений - соединений включения, в результате чего ослабляются внутримолекулярные связи «сложного» вещества и оно приобретает свойства «простого» вещества [46].
Для ускорения биоокисления фенола подобрано легко окисляемое вещество, способное образовывать соединения включения. В работе [46] рассмотрено образование соединений включения некоторых углеводородов с мочевиной. В работе [41]было исследовано влияние мочевины на ускорение биоокисления фенола.
Исследования по ускорению биоокисления фенола в сточной воде
Таблица 3. Параметры сточной воды (в присутствии мочевины)
| Показатели стока | До очистки | После очистки | |
| Контроль | Опыт | ||
| РН | 9.2 | 9.0 | 9.0 |
| ХПК, мг 02/л | 720 | 110 | 90 |
| Гликоля, мг/л | 150 | 0.96 | 0.86 |
| СПАВ, мг/л | 7.4 | 1.1 | 1.8 |
| Фенол, мг/л | 24.8 | 0.08 | 0.012 |
| NН4+, мг/л | 13.6 | 1.1 | 0.9 |
| Фосфор, мг/л | 0.02 | 0.8 | 0.7 |
| NO2, мг/л | 0.02 | 0.5 | 0.5 |
Таблица 4. параметры сточной воды (в присутствии смеси сульфата аммония и мочевины)
| До очи | после | Очистки | |
| Показатели стока | |||
| Стки | Контроль | Опыт | |
| РН | 9.8 | 9.2 | 9.3 |
| ХПК, мг 0-г/л | 620 | 110 | 90 |
| Гликоли, мг/л | 155 | 1.1 | 0.95 |
| СПАВ, мг/л | 8.2 | 1.1 | 1.3 |
| Фенол, мг/л | 23.3 | 0.1 | 0.01 |
| NH4+, мг/л | 9.0 | 0.9 | 0.85 |
| Фосфор, мг/л | 1.4 | 0.6 | 0.85 |
| NO2-, мг/л | 0.006 | 0.005 | 0.005 |
Введение мочевины в среду в качестве добавки приводит к снижению концентраций фенола в стоках примерно в 10 раз. Вопрос о механизме этого эффекта сложен, и пока можно сделать первые предположения
1. Мочевина оказывает селективное ускоряющее воздействие на биоочистку, то есть увеличивается скорость биоразложения только фенола, в то время как на другие компоненты сточной воды заметное влияние не замечено.
2. Ускоряющий эффект мочевины проявляется как при сохранении нормального количества вносимого с мочевиной азота, так и при его избытке.
Можно предположить, что мочевина выполняет в системе биохимической очистки сточных вод две функции:
• как биогенная азотосодержащая добавка,
• как стимулятор биоокисления некоторых компонентов. Способом ускорения биоокисления является образование легко окисляемого соединения включения.
Таким образом, селективное ускорение биоразложения фенола в присутствии мочевины, может использоваться как эффективный способ интенсификации биоочистки сточных вод.
Электрохимическая очистка
При электрохимической очистке сточных вод происходят процессы электрохимического восстановления и окисления органических примесей соответственно на катоде и аноде. Катодные процессы обусловлены присоединением водорода или замещением электроотрицательных функциональных групп на водород. Анодные процессы могут происходить под действием атомарного кислорода в результате взаимодействия фенола с перекисью водорода, образующегося при димеризации свободных гидроксильных радикалов, а также вследствие непосредственной отдачи электрона аноду молекулой органического вещества.
Электрохимическое окисление фенола сопровождается образованием малеиновой кислоты и диоксида углерода [14, с.17]
С6 Н5 ОН + 7 НОН - НООСНС=СНСООН +2СО2 +8Н2
Окисление фенола при концентрации более 1 г/л на анодах из графита и магнетита при плотности тока 100…200 А/м2 требует значительных расходов электроэнергии (0,3 … 0,5 кВт ч на 1 г фенола). При добавлении в сточную воду 2-3 г хлористого натрия на 1 г фенола расход электроэнергии снижается до 0,03…0,05 кВт ч. температура 65…75 0С.