Prezentacja programu PowerPoint · PPT file · Web view2017-01-02 · Utlenianie chemiczne Procesy Oczyszczania Cieczy 2 Wykład 6 – Utlenianie chemiczne Procesy Oczyszczania Cieczy

Wykad 6

Utlenianie chemiczne

Procesy Oczyszczania Cieczy 2


Wykad 6 Utlenianie chemiczne


Wiele substancji zawartych w ciekach i wodach nie moe by utleniona biologicznie:

*) syntetyczne zwizki organiczne, np.: detergenty, pestycydy (biocydy) i wglowodory piercieniowe

**) Zwizki powodujce zabarwienie wody, zmian jej smaku i zapachu produkty humifikacji o masie czsteczkowej 700 800 tys. mg/mol

***) zwizki nieorganiczne elaza(II), manganu (II) , cyjanki, siarkowodr, siarczki

Zwizki te mog i s usuwane ze ciekw i wody w procesie utleniania chemicznego. Przy uyciu rodkw utleniajcych ( zdolnych do pobierania elektronw)




Humifikacja

Przemiany zwizkw organicznych zawartych w szcztkach rolinnych i zwierzcych takich jak: ligniny, biaka, pektyny i wielocukry, prowadz do powstawania wielkoczsteczkowych zwizkw o charakterze kwasw organicznych. Proces ten nazywa si humifikacj a powstajce zwizki o rnym stopniu rozkadu humusem.

Humus to mieszanina wielu zwizkw chemicznych. W zalenoci od rozpuszczalnoci zwizkw humusowych mwimy o:

Kwasach huminowych gdy zwizki te rozpuszczaj si w zasadach.

Kwasach fulwowych gdy zwizki te rozpuszczaj si w kwasach i zasadach.

Huminnach gdy zwizki te nie rozpuszczaj si w kwasach i zasadach.




Si utleniajca rnych rodkw utleniajcych jest okrelana wartoci potencjau utleniajco redukujcego.

W praktyce stosuje si:

chlor i ozon.




Wybr rodka utleniajcego zaley od:

Oczekiwanego efektu utleniania chemicznegoatwoci stosowaniaSposobu prowadzenia procesuKosztwWpywu na inne procesy oczyszczania

A) Chlorowanie B) ozonowanie C) Utlenianie zaawansowane D) dezynfekcja




Chlorowanie

Przeprowadza si stosujc nastpujce rodki utleniajce:

*) Cl2 w postaci gazowej. Rozpuszczalno chloru w wodzie w 20 C wynosi 17,3 g/dm3

*) wod chlorow, czyli roztwr chloru w wodzie o steniu 3 5 g/dm3

*) sole kwasu podchlorawego, podchloryn sodowy NaClO lub podchloryn wapniowy Ca(ClO)2

*) wapno chlorowane, tj. Wodorotlenek wapnia nasycony gazowym chlorem

*) dwutlenek chloru, ClO2

*) chloraminy, NH2Cl, NHCl2, NCl3




Chlor gazowy jest gazem duszcym, wyczuwalnym w powietrzu przy steniu wikszym od 0,01 g/m3 . Jest to gaz trujcy. Skrapla si atwo pod normalnym cinieniem przy T=-34 C a przy cinieniu 8 atm przy T=20 C.

Chlor tworzy nastpujce kwasy:

podchloryny

chloryny

chlorany

nadchlorany

Sole:




Chlor wprowadzony do wody ulega reakcji dysproporcjonowania, tworzc kwas podchlorawy, ktrego staa dysocjacji wynosi pKa=7.5

W zalenoci od pH rne postacie chloru s obecne z rn intensywnoci:

HOCl ma duo wiksze

Dziaanie bakteriobjcze ni

OCl-




Oprcz nieorganicznych zwizkw chloru jako rodki utleniajce stosuje si zwizki organiczne chloru. Najbardziej rozpowszechnione s chloraminy: chloramina B pochodna benzenu i chloramina T pochodna toluenu.

Po wprowadzeniu chloru do wody lub cieku pewna jego cz:

jest zuywana do utlenienia zwizkw organicznych i nieorganicznychczy si z azotem amonowym tworzc chloraminyJest zuywana do niszczenia bakteriiPozostaje wolna

Chlor w chloraminach i chlor wolny nazywa si chlorem pozostaym (residual chlorine) i moe wystpowa w postaci:

Uytecznego chloru wolnego, jako ( zalenie od pH) HCLO , OCl- oraz Cl2Uytecznego chloru zwizanego w chloraminach




Z chlorem reaguj nastpujce zwizki organiczne: biaka, aminokwasy, wglowodory nasycone i nienasycone oraz fenole i zwiazki nieorganiczne: amoniak, cyjanki, azotyny, siarczki zwizki Fe2+ i Mn2+

Reakcje azotu amonowego z kwasem podchlorawym prowadz do powstawania odpowiednio, mono- di i trichloraminy:




Dziaanie chloru na zwizki organiczne zaley od wielu czynnikw, ale przede wszystkim od:

Dawki chlorupHTemperaturyStenia i rodzaju zwizkw organicznych czasu chlorowania

do 2/3 caej iloci chlorowanych zwizkw organicznych powstajcych podczas chlorowania tworzy si w cigu dwch pierwszych godzin procesu.

Dawk chloru dla danego strumienia ciekw ustala si na podstawie oznaczenia zapotrzebowania na chlor. Dawka ta powinna zapewnia okrelon ilo chloru uytecznego po upywie ustalonego czasu od momentu wprowadzenia chloru. Zmiany iloci chloru pozostaego w funkcji dawki chloru zale od obecnoci lub nieobecnoci zwizkw amonowych.




Jeeli oprcz zwizkw zuywajcych chlor w danym strumieniu nie ma amoniaku i zwizkw organicznych azotu, wwczas chlor pozostay wystpuje tylko w postaci chloru wolnego i zaleno midzy steniem chloru pozostaego a dawk chloru jest prostoliniowa:

Chlor pozostay

[g/dm3]

Porcja chloru zuywana na utlenianie zwizkw atwo utlenianych.




Jeeli w chlorowanym strumieniu obecne s zwizki organiczne azotu i amoniak, to chlor uyteczny wystpuje jako wolny i jako chlor zwizany w chloraminach.

Jeli stosunek masowy Cl2:N jest mniejszy od 5, to chlor pozostay wystpuje w postaci monochloramin:

Zwikszanie dawki chloru prowadzi do tworzenia di i trichloroamin. Ilo chloru pozostaego zwiksza si , ale wystpuje on w postaci zwizanej odcinek AB




Dalsze zwikszanie dawki chloru prowadzi do rozkadu utworzonych zwizkw organicznych chloru. Chloraminy rozkadaj si do tlenkw azotu i azotu. Stenie chloru pozostaego zwizanego zaczyna male odcinek BC

Po przekroczeniu punktu C ( dawka odpowiadajca Cl2:N=10) rozpoczyna si liniowy wzrost chloru pozostaego i to w postaci chloru wolnego

Punkt przeamania chlorowania

Chlor jest 100 razy silniejszym utleniaczem ni chloraminy znajomo dawki odpowiadajcej punktowi przeamania jest bardzo wana dla procesu chlorowania.




Chlorowanie zachodzi przez przyczenie chloru do czsteczki zwizku utlenianego, albo przez podstawienie na drodze jonowej lub rodnikowej. W czasie chlorowania istnieje zatem niebezpieczestwo powstawania chlorowcopochodnych wglowodorw. Ze wzgldu na zagroenie jakie wie si z obecnoci tych zwizkw w wodzie , do utleniania zanieczyszcze stosuje si dwutlenek chloru ClO2.

ClO2 otrzymywany jest przez dziaanie gazowym chlorem lub kwasem solnym na sole kwasu chlorawego chloryny.

Dwutlenek chloru jest 5-krotnie atwiej rozpuszczalny w wodzie ni chlor, ale jest gazem wybuchowym i dlatego jest stosowany w postaci roztworu wodnego o steniu 0,4 0,8 g/dm3




Schemat ukadu:

Ze zwizkw nieorganicznych utlenianych za pomoc chloru, najwaniejsz grup stanowi cyjanki. Sa one toksyczne dla ryb przy steniu 0,18 mg/dm3 Cyjanki s solami kwasu cyjanowodorowego HCN i wystpuj w ciekach z:

stalowni, zakadw obrbki metali, rafinerii rud metali szlachetnych, przemysu chemicznego

Utlenianie cyjankw za pomoc chloru przebiega wieloetapowo z utworzeniem cyjanianw (CNO-) w a kocu wglanw. Zapotrzebowanie praktyczne chloru przy utlenianiu cyjankw wynosi 7,33 g Cl2/ g CN-




Po procesie chlorowania , trzeba czasem przeprowadzi operacje usuwania nadmiaru chloru.

Dechloracj. Stosuje si reakcje chloru ze zwizkami redukujcymi : siarczan sodu, tiosiarczan sodu lub dwutlenek siarki.




OZONOWANIE

Ozon bdcy alotropow odmiana tlenu posiada silne waciwoci utleniajce. Ozon ma bardzo duy potencja oksydacyjny 2,07 V.

Ozon wystpuje w grnych warstwach atmosfery i spenia role ochronn absorbujc niebezpieczne promieniowanie UV. Ozon przy steniu 0,25 mg/dm3 jest szkodliwy dla zdrowia, podrania bony luzowe nosa i garda. Przy steniu wikszym od 1 mg/dm3 wywouje zmiany w ukadzie oddechowym. W wodzie ozon jest reagentem silnie korozyjnym, niszczy wyroby gumowe, masy plastyczne. Odporne jest szko i wyroby ceramiczne.

Ozon w wodzie ulega rozpadowi i zaley to od:

TemperaturypH dla ph = 7,6 czas ptrwania ozonu 245 s dla pH = 10,4 czas ptrwania ozonu 30 sObecnoci innych substancji




Przez to e O3 jest nietrway musi by stosowany w miejscu wytwarzania. Otrzymuje si ozon z suchego powietrza lub tlenu w ozonatorach , podczas cichych wyadowa elektrycznych tj. Przy napiciu ok 30 kV. Powietrze musi by osuszone , nie moe zawiera wicej ni 0,5 g/dm3 pary wodnej. Na wytworzenie kg O3 zuywa si okoo 30 40 kWh energii.

Ozon jest aktywniejszy od chloru.

Ozon wprowadzony do wody reaguje z zanieczyszczeniami i ulega rozpadowi. W zalenoci od rodzaju zwizku chemicznego ozon dziaa:

Utleniajco przez doczenie atomu tlenuDoczajc czsteczk ozonu w reakcji ozonolizy.Jako katalizator utleniania tlenem




Na przykad w reakcji z wglowodorem o podwjnym wizaniu powstaje ozonek:

Ozonki s nietrwae i rozpadaj si tworzc reaktywne rodniki nadtlenkowe i aldehydy:




Podczas ozonowania wody i ciekw ozon w mieszaninie z powietrzem wprowadzany jest do ciekw za pomoc barbotau. Stosuje si rne metody:

Podcinieniow w ukadzie inektorowymNadcinieniow w ukdzie kolumnowymW komorach kontaktowych

Dla ciekw oczyszczonych wczeniej metodami biologicznymi dawka ozonu wynosi od 15 do 30 mg O3/dm3 . Wymagany czas kontaktu rzdu 15 20 min.

Podczas ozonowania mog powstawa rne zwizki chemiczne trudne do identyfikacji woda po ozonowaniu powinna by poddana adsorpcji na wglu aktywnym.




Utlenianie zaawansowane (advanced oxidation)

Jednoczesne zastosowanie rnych rodkw utleniajcych przy utlenieniu zanieczyszcze trudnych do utlenienia. Uycie rnych rodkw utleniajcych wie si z tworzeniem rodnikw hydroksylowych.

Ukad ozon i promieniowanie ultrafioletowe (O3/UV),

ozon i nadtlenek wodoru (O3/H2O2) , nadtlenek wodoru i promieniowanie ultrafioletowe

(H2O2/UV)

We wszystkich tych ukadach powstaje waciwy rodek utleniajcy rodnik wodorotlenowy OH* o potencjale redoks 2,8 V.







Specyficznym czynnikiem utleniajcym stosowanym w utlenianiu zaawansowanym jest odczynnik Fentona. Jest nim roztwr nadtlenku wodoru i jonw elaza na drugim stopniu utlenienia : FeSO4

W obecnoci odczynnika Fentona w roztworze kwanym zawierajcym zwizek organiczny RH zachodz reakcje:

Kationy Fe2+ tworz kompleksy hydroksyelazowe ktre maj dziaanie koagulacyjne co pomaga w usuwaniu zanieczyszcze.


Documents

Prezentacja programu PowerPoint · PPT file · Web view2017-01-02 · Utlenianie chemiczne Procesy Oczyszczania Cieczy 2 Wykład 6 – Utlenianie chemiczne Procesy Oczyszczania Cieczy