л
2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.............................................................5
1. Природные и сточные сероводородные воды..........................10
1.1. Характеристика, происхождение, распространение сероводородных вод..........................................10
1.2. Особенности использования сероводородных вод.................14
1.3. Химические и физико-химические свойства вод, содержащих сероводород.................................................18
1.4. Методы и технологии обработки сероводородных вод.............26
1.5. Постановка задачи.......................................... 35
Выводы по главе 1...................................................38
2. Экспериментальные исследования электрохимического окисления сероводородных вод................................................39
2.1. Направление исследований.....................................39
2.2. Схемы установок и конструкции ячеек для электрохимических исследований......................................................40
2.2.1. Методики экспериментов..................................41
2.2.2. Установки каталитического окисления СВ кислородом воздуха.........................................................47
2.3. Влияние анодного материала на скорость электрохимического окисления сероводорода............................................51
2.4. Влияние концентрации сероводорода............................55
2.5. Влияние температуры..........................................56
2.6. Влияние скорости подачи сероводородного раствора
к поверхности медного электрода..............................57
2.7. Оценка влияния технологических факторов на скорость электрохимического окисления СВ на медном электроде...............58
2.8. Особенности использования объемно-пористых электродов 60
2.8.1. Электрохимическое окисление СВ в объемно-пористых
электродах................................................60
3
2.8.2. Вольтампсрные характеристики...............................62
2.8.3. Влияние толщины электрода на скорость электрохимического окисления сероводорода...........................................63
2.8.4. Влияние pH раствора........................................64
2.8.5. Электрохимическое окисление СВ в ОПЭ из стеклоуглерода....66
2.9. Электрохимическое восстановление кислорода на различных электродных материалах.............................................69
2.10. Каталитическое окисление СВ в режиме незатопленной загрузки .70
2.10.1. Постановка задачи.........................................70
2.10.2. Влияние высоты загрузки...................................72
2.10.3. Влияние скорости фильтрования.............................73
2.10.4. Влияние температуры и pH раствора.........................75
2.10.5. Влияние крупности загрузки и эффективности регенерации каталитической загрузки от сероемкости............................77
2.10.6. Результаты исследований на опытно-промышленных установках........................................................80
2.10.7. Морфология осадка, образующегося на поверхности зерен каталитической загрузки...........................................84
Выводы по главе 2.....................................................87
3. Разработка физико-химических основ электрохимических методов удаления сероводорода из воды.......................................88
3.1. Общие положения................................................88
3.2. Оценка влияния различных факторов на скорость электрохимического окисления СВ....................................89
3.3. Математическая модель окисления СВ в объемно-пористом элекгроде..........................................................92
3.4. Жидкофазное окисление СВ кислородом на катализаторах 106
Выводы по главе 3....................................................114
4. Технологические схемы очистки воды от сероводорода................115
4.1. Общие вопросы.................................................115
4.2. Технологические схемы каталитического окисления СВ............117
4.3. Установка очистки воды от сероводорода для индивидуальных пользователей.....................................................123
ІЗ
доем ах наблюдаются более высокие концентрации сероводорода (2 -г 4 мг-л"1). Он образуется в результате жизнедеятельности сульфатредуци-рующих микроорганизмов, использующих в качестве субстрата донные отложения . Это имеет место, например, в реках и озерах на северо-западе России.
Особое место среди поверхностных водоемов, содержащих сероводород, занимает Черное море. Причиной образования сероводорода являются бактерии, редуцирующие сульфат-ионы в морской воде. Сероводород присутствует во всей глубинной акватории Черного моря, приближаясь к поверхности примерно на 100 метров в центре моря и до 300 метров у берегов. В верхних слоях морской воды концентрация сероводорода составляет около 0,04 ч-0,16 мг-л'1, а ниже 1000 метров - достигает 6 мг-л'1 [3].
Сероводородные воды являются весьма распространенным видом промстоков. Они могут быть разделены на три генетических типа: естественного, искусетаенного и смешанного - естественно-искусственного происхождения.
I тип. К естественным относятся сульфидные воды, откачиваемые при осушении шахт, карьеров и других горных выработок. Эти стоки являются естественными минеральными водами, вывод которых на поверхность обусловлен добычей полезных ископаемых. Их физико-химические свойства определяются принадлежностью к той гсоструктурной зоне артезианского бассейна, в районе которой находится производство.
II тип. Искусственные сероводородсодержащис сточные воды образуются в производстве синтетических жирных кислот (до 40 мг-л'1), искусственного волокна (до 20 мг-л’1), на заводах черной металлургии при грануляции доменного шлака (до 30 мг-л'1). В указанных производствах сероводород является сопутствующим продуктом технологического процесса и имеет физико-химическую природу образования. Сероводород, присутствующий в стоках мясоперерабатывающих предприятий (до 50 мг-л"1), образуется при разложении органических веществ в анаэробных условиях, благоприятных для его биогенерации.
14
III тип. На состав сероводородных вод этого типа влияют как естественные, так и искусственные факторы. Примером таких вод являются попутные воды нефтепромыслов, конденсат геотермальных электростанций, формирующиеся одновременно с эксплуатацией месторождения. Сероводородные воды этого типа являются преобладающими по объему перед остальными. Так, на каждую тонну добытой нефти приходится более 10 м3 воды, содержащей до 1000 мг-л'1 сероводорода. Свойства попутных сульфидных вод нефтепромыслов в значительной степени определяются условиями добычи нефти. Формирование их солевого микрокомпонентно-го и газового состава начинается при ;щижении в скважине к поверхности и заканчивается при контакте с атмосферой.
Изменение технологии добычи нефти на одной и той же скважине приводит к изменению в формировании состава сульфидной воды. Это и дает основание считать эти воды водами естественно-искусственного происхождения. Аналогична природа образования сточных сульфидных вод бальнеологических комплексов и геотермальных электростанций. Использование сульфидных вод для лечебных целей ведет к образованию после-процедурных стоков, содержащих сероводород до 50 -5- 60 мг-л’1 (Мацеста, Серноводск-Кавказский, Горячий Ключ и др.). В геотермальной пароводяной смеси, используемой для получения электрической энергии, присутствует сероводород. При работе ГеоТЭС по прямоточной схеме часть сероводорода из смеси переходит в конденсат, который отводится в окружающую среду. Концентрация сероводорода в сточной воде составляет 20 -ь 25 мг-л'1.
1.2. Особенности использования сероводородных вод
Сероводородные подземные воды используются для питьевых и технологических целей.
Для питьевых целей они применяются в тех регионах, где отсутству-
- Київ+380960830922