2
. СОДЕРЖАНИЕ
Введение......................................................... 5
1. Аналитический обзор методов очистки вод от неорганических кислородсодержащих анионов и тяжелых металлов.................9
1.1. Влияние неорганических кислородсодержащих анионов и тяжелых металлов на биосферу........................................ 10
1.2. Источники поступления неорганических кислородсодержащих анионов и тяжелых металлов в водоемы........................ 14
1.3. Существующие методы очистки сточных вод от неорганических кислородсодержащих анионов и тяжелых металлов................16
1.3.1. Химические методы........................................ 16
1.3.2. Физико-химические методы................................. 19
1.3.3. Биохимические методы..................................... 23
Выводы по главе................................................... 32
2. Термодинамика и кинетика процессов биохимического восстановления неорганических кислородсодержащих анионов 34
2.1. Термодинамика процессов биохимического восстановления неорганических кислородсодержащих анионов....................35
2.2. Редокс-потенциал среды биореактора......................... 43
2.3. Кинетический механизм восстановления неорганических кислородсодержащих анионов...................................49
2.4. рН-зависимость скорости ферментативного восстановления неорганических кислородсодержащих анионов....................54
Выводы по главе.................................................. 64
3. Лабораторные исследования процесса микробного восстановления переменновалентных элементов.................................65
3.1. Методика проведения исследований штаммов микроорганизмов, восстанавливающих НКСА.......................................65
3.1.1. Хромвосстанавливающие бактерии.............................65
3.1.2. Накопительные хромвосстанавливающие культуры микроорганизмов......................................................67
3.1.3. Культурально-морфологические и физиолого-биохимические особенности штамма Аегососсив с!есЫогабкапв ТГС-463..................68
3.1.4. Накопительная культура сульфатредуцирующих бактерий..........69
3.2. Влияние регулируемых технологических факторов
на процесс сульфатредукции.....................................70
3.2.1. Предварительное определение констант ионизации
ионогенных групп.................................................71
3.2.2. Влияние концентрации органического субстрата................. 75
3.2.3. Влияние концентрации сульфата................................ 79
3.2.4. Определение ингибиторов и механизма торможения............... 83
3.2.5. Уточнение значений констант ионизации Ка и Кь................ 88
3.3. Изменение окислительно-восстановительного потенциала при биохимической очистке от неорганических кислородсодержащих анионов............................................................. 92
3.4. Лабораторные исследования биохимического восстановления хлоратов............................................................103
Выводы по главе..................................................... 116
4. Оценка результатов исследований полупроизводственных
установок.......................................................117
4.1. Установки для обработки сульфатсодержащих сточных вод и удаления тяжелых металлов.......................................... 117
4.1.1. Очистка сточных вод с предварительным накоплением
сульфидов раствором щелочного реагента......................... 129
4.1.2. Очистка сточных вод сероводородом, полученным при вакуумировании газового пространства биорсактора................... 132
4.1.3. Очистка вод введением сероводородсодержащей
иловой жидкости................................................ 134
19
Гидроксиды металлов имеют гидравлическую крупность, и для интенсификации процесса осаждения следует вводить флокулянты в количестве 1-10 мг/л, чем достигается уменьшение в 2-3 раза времени осаждения, а, следовательно, и объемов отстойных сооружений [17].
Одним из путей снижения затрат на обработку сточных вод от ТМ является применение в качестве щелочных реагентов отходов промышленности: карбидный шлам, шлак электросталеплавильных печей, золы ГРЭС и ТЭЦ.
1.3.2. Физико-химические методы
Из физико-химических методов практически все применимы к обработке сточных вод, содержащих ИКСА и ТМ. Эффективность некоторых из них пока еще не соответствует предъявляемым требованиям экономичности и технологичности. Наибольшего внимания заслуживают электрохимический, ионообменный, сорбционный и методы с использованием обратного осмоса.
Электрохимические методы целесообразно применять при относительно высокой электропроводности сточных вод, обусловленной присутствием в них диссоциированных неорганических кислот, щелочей или солей (0,5 г/л) [51], в противном случае повышается расход электроэнергии.
При электролитическом растворении стальных анодов в раствор переходят ионы двухвалентного железа, которые обеспечивают химическое восстановление хроматов и бихроматов. Одновременно происходит образование гидроксидов хрома, железа и других ТМ. Кроме того, эффект очистки вод от ионов ТМ повышается за счет сорбции на хлопья гидроксидов Ре(11)9 Ре(Ш) и 0(7/7).
При обработке хромсодержащих вод начальная величина pH должна быть > 3, pH после обработки > 5,5, в противном случае не происходит выпадение гидроксидов хрома. Оптимальная величина pH при очистке вод, содержащих ТМ, должна находиться в интервале 4-6 для удаления ионов меди и
цинка; 6,5 - 7,5 - при удалении кадмия и никеля. Эффект очистки вод при содержании каждого из ТМ до 30 мг/л составляет 90-95 % .
Имеются данные о возможности электрохимического восстановления хрома (У1) в кислых растворах, используя нерастворимые угольные аноды [52].
Авторы [53] предлагают проводить электрохимическое восстановление шестивалентного хрома в кислых растворах с использованием стальных электродов.
В настоящее время кроме электрокоа1*уляционных установок с пластинчатыми стальными электродами разработаны конструкции электрокоагуляторов с засыпным анодом, в качестве которого используется стальная стружка [54, 55].
Установлено [56], что применение электрокоагуляторов с анодами из стальной стружки, позволяет избежать расхода листовой стали и затрат на изготовление электродов, снизить расход электроэнергии и затраты щелочных реагентов на обработку сточных вод, уменьшить объем образующегося осадка. При использовании засыпных электродов отмечены более глубокая очистка вод от ионов ТМ.
Ионообменную очистку вод от ИКСА производят фильтрованием через анионит. При контакте с анионитом в ОН~ - форме происходит обмен ИКСА, растворенных в воде, на ОН~ - группы анионита по уравнению:
т[Ап]ОН~ + Ат - [Лл]т А + тОИ~; где [Ап] - каркас или «скелет» анионита;
А - извлекаемый ион; т - валентность аниона.
ТМ удаляют из водных растворов фильтрованием через катионит. При контакте с катионитом в Я-форме, обмен ионов происходит по уравнению:
п[К\Н + Мг2+ = [К]п Ме + пН\
- Київ+380960830922