Очистка сточных вод от соединений ртути и утилизация ртутьсодержащих шламов.

Среди методов очистки сточных вод от ртути применяются сульфидный, ионообменный, восстановительный и их сочетание. Менее распространенные методы: адсорбция ртути на твердой фазе, содержащей CaCO₃, MgO, BaSO_4, обработка растворами солей меди, свинца, никеля, олова с последующей цементацией ртути в виде нерастворимых блоков, очистка при помощи обратного осмоса.

Сульфидный способ очистки сточных вод от соединений ртути основан на осаждении ионов ртути в виде труднорастворимого сульфида ртути:

 

HgCl₂ + Na₂S = HgS + 2NaCl

 

Растворимость HgS очень низкая, поэтому удается достичь концентрации ртути в очищаемой воде 0,07 мг/л и ниже. После осаждения сульфид ртути извлекается из раствора путем пропускания раствора через фильтрующий слой угля, торфа или пемзы, которые также пропитаны сульфидом натрия. Далее торф отжимают и сжигают для регенерации ртути путем конденсации ее из обжиговых газов:

 

HgS + О₂ = Hg + SО₂

 

При ионообменной очистке используют стиролдивинилбензольные синтетические смолы, содержащие SO₃H-группу или смолы, содержащие SH-группу. Емкость первой смолы по ртути составляет 100-200 г/л смолы, второй – 240 г/л смолы. Регенерация смол осуществляется концентрированной соляной кислотой.

Процесс ионообменной очистки заключается в следующем. Промывные и сточные воды собирают в емкость и отстаивают, при этом содержание ртути уменьшается, так как металлическая ртуть переходит в шлам. Затем осветленный раствор пропускают через ионообменную установку в виде колонны с ионообменной смолой. При определенном рН (4-8) происходит селективное извлечение ртути из сточных вод до концентрации 10 мг/л. Затем воду направляют на вторую ступень ионообменной очистки, где концентрация ртути снижается до 2-5 мкг/л. Первую смолу регенерируют, а вторую не восстанавливают, а заменяют несколько раз в год.

Шлам из отстойников обрабатывают гипохлоритом натрия, подвергают двухкратной фильтрации, и полученный фильтрат очищают так же, как сточные воды.

Восстановительный способ очистки сточных вод от соединений ртути. В качестве восстановителей обычно используют боргидрид натрия, гидразин, сульфит натрия, формальдегид и др. Наиболее эффективный восстановитель – боргидрид натрия. Например, полное восстановление ртути из ее органических и неорганических соединений при рН=10 происходит в течение часа при пропускании через раствор газообразного хлора. Конечная концентрация ртути в воде после ее очистки на активированном угле составляет 0,5 мг/л.

Имеется ряд других методов очистки сточных вод различных производств от соединений ртути, например, экстракция органическими растворителями, сорбция на Fe(OH)₃, обработка известью с последующей фильтрацией на сорбенте ионитной основы, полученной из металлургического шлака, использование резиновых отходов, обработка продуктами переработки живицы (деготь, смола, сосновое масло).

Методы утилизации ртутьсодержащих шламов основаны либо на растворении их путем перевода металлической ртути в ионную форму (обработка окислителем NaOCl) с последующим извлечением, либо обжигом сгущенного шлама с последующей конденсацией паров ртути.

Наиболее перспективным методом получения каустической соды является мембранный способ. Это практически безотходный процесс получения каустической соды и хлора с ионообменной мембраной, позволяющий получать чистые и концентрированные 15-16 % растворы NaOН. Мембранный способ основан на свойстве мембран пропускать одни соединения и задерживать другие. Процесс практически не имеет сточных вод и газообразных выбросов.

Раствор каустической соды получают непосредственно в электролизере. Он содержит 12-15 масс. % NaOН, а после упарки – 48 %. Качество продукта аналогично получаемому в ртутном процессе. Используются мембраны на основе перфторированных полимеров.

 

Задачи

1. При производстве каустической соды методом с ртутным катодом образуются ртутьсодержащие сточные воды. Для очистки сточных вод от соединений ртути используют сульфидный метод, который заключается в следующем: торф (или другой фильтрующий материал) пропитывают сульфидом натрия, фильтруют через него ртутьсодержащие сточные воды, при этом на поверхности торфа протекает химическая реакция:

 

HgCl₂ + Na₂S = HgS + 2NaCl

киноварь

Образующийся осадок сульфида ртути осаждается на фильтре. Фильтр (торф с осадком сульфида ртути) сжигают, затем конденсируют ртуть из обжиговых газов. Рассчитайте количество 5% раствора сульфида натрия, который необходим для очистки 40000 м³ сточных вод, содержащих 2 мг/л сулемы HgCl₂.

2. При производстве каустической соды используют сульфидный метод очистки сточных вод от соединений ртути. Рассчитайте количество металлической ртути, полученной при конденсации обжиговых газов от сжигания торфа с осадком HgS (HgS + О₂ = Hg + SO₂), если объем сточных вод – 42000 м³, содержание HgCl₂ в сточной воде 3,1 мг/л. Степень улавливания ртути – 0,98.

3. Сточные воды производства каустической соды содержат металлическую ртуть. Ее удаляют из сточных вод фильтрованием. Остаточное содержание ртути в воде 0,07 мг/л. Ртуть окисляют хлором до HgCl₂ (Hg + O₂ = HgCl₂), затем осаждают сульфидом натрия. Рассчитайте количество 3% раствора Na₂S, который необходим для осаждения ртути из 36000 м³ сточных вод с содержанием 4,5 % Hg.

4. Сточные воды производства каустической соды содержат ртуть в виде металлической ртути и сульфата ртути. Осаждение проводят сероводородом:

Hg +H₂S = HgS + H₂

 

HgSO₄ + H₂S = HgS + H₂SO₄

 

Затем фильтрат и фильтровальный материал сжигают. Ртуть конденсируют из обжиговых газов. Рассчитайте: 1) расход сероводорода для осаждения ртути из 120000 м³ сточных вод, содержащих 1,5 мг/л Hg и 2,8 мг/л HgSO₄, учитывая, что только 70 % H₂S вступают в реакцию; 2) Количество металлической ртути, образующейся при конденсации обжиговых газов, если степень улавливания ртути 97 %.

5. 70000 м³ вентиляционных газов цеха производства каустической соды, содержащих 4,6 об.% Cl₂, поступают на очистку. Для абсорбции хлора используют раствор NaOH:

 

2NaOH + Cl₂ = NaCl + NaOCl + H₂O

 

Рассчитайте: 1) расход 10 % раствора NaOH, необходимый для абсорбции (коэффициент избытка раствора 1,3); 2) количество образующегося гипохлорита натрия, если в реакцию вступает 96 % хлора.

6. Для очистки газов производства каустической соды, содержащих соединения хлора (3% Cl₂, 3,5% HCl), используется известковое молоко с концентрацией СаО 12%:

 

Cl₂ + 2Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2H₂O + Ca(OCl)₂

гипохлорит

 

2HCl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + H₂O

 

Объем очищенных газов – 86000 м³. Рассчитайте расход известкового молока; коэффициент избытка раствора 1,2.

7. Отходящие газы производства NaOH содержат 3,7% Cl₂. Объем газов – 15400 м³. Для очистки газов от хлора используют 20% раствор хлорида железа (II). Рассчитайте количество товарного продукта (FeCl₃), при условии, что в реакцию вступает только 85% FeCl₂:

 

2FeCl₂ + Cl₂ = 2FeCl₃

 

8. 13200 м³ отходящих газов, содержащих 1,4 % HCl, поступают в насадочный адсорбер, который орошается водой. Рассчитайте расход воды на орошение, если из адсорбера вытекает 9 % раствор хлористого водорода.