Окисление пероксидом водорода

Пероксид водорода является бесцветной жидкостью, в любых соотношениях смешивается с водой. Она может быть использована для окисления нитритов, альдегидов, фенолов, цианидов, серосодержащих отходов, активных красителей. Промышленность выпускает 85-95%-ный пероксид водорода и пергидроль, содержащий 30% Н2О2. Пероксид водорода токсичен. ПДК в воде составляет 0,1 мг/л. Пероксид водорода в кислой и щелочной средах разлагается по следующим схемам:

2Н+ Н2О2 + 2е=2Н2О, 2ОН- + Н2О2 + 2е=2Н2О + 2О.

В кислой среде более отчетливо выражена окислительная функция, а в щелочной — восстановительная. В кислой среде пероксид водорода переводит соли двухвалентного железа в соли трехвалентного, азотистую кислоту — в азотную, сульфиды — в сульфаты. Цианиды в цианаты окисляются в щелочной среде (рН = 9-12). В разбавленных растворах процесс окисления органических веществ протекает медленно, поэтому используют катализаторы —ионы металлов переменной валентности (Fe2+, Cu2+, Mn2+, Со2+, Cr2+, Ag+). Например, процесс окисления пероксидом водорода с солью железа протекает весьма эффективно при рН = 3-4,5. Продуктами окисления являются муконовая и малеиновая кислоты.

В процессах водообработки используют не только окислительные, но и восстановительные свойства пероксида водорода. В нейтральной и слабощелочной средах он легко взаимодействует с хлором и гипохлоритами, переводя их в хлориды:

Н2О2 + С12 = O2 +2НС1

NaC1O + Н2О2= NaC1 + O2+H2O

Эти реакции используют при дехлорировании воды. Избыток пероксида водорода можно удалять, обрабатывая его диоксидом марганца:

МпО2 + Н2О2 + 2НС1=МпС12 + 2Н2О + .

50. Озонирование. Окисление озоном позволяет одновременно обеспечить обесцвечивание воды, устранение привкусов и запахов и обеззараживание. Озонированием можно очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др.

Обеззараживающее действие озона основано на высокой окислительной способности, обусловленной легкостью отдачи им активного атома кислорода (О3 = О2 + О). Озон окисляет все металлы, кроме золота, превращая их в оксиды. При обработке воды озоном происходит разложение органических веществ и обеззараживание воды. Небольшое содержание кислот и нейтральных солей увеличивает растворимость озона. Присутствие щелочей снижает растворимость О3. Окисление веществ может быть прямое и непрямое, а также может осуществляться катализом и озонолизом. Примером прямых реакций может служить окисление ряда органических и минеральных веществ (Fe2+, Mn2+), которые после озонирования осаждаются в форме нерастворимых гидроксидов или переводятся в диоксиды и перманганаты. Непрямое окисление — окисление радикалами, например, группой ОН и другими, образующимися в результате перехода озона из газовой фазы в жидкость и его саморазложения. Интенсивность непрямого окисления прямо пропорциональна количеству разложившегося озона и обратно пропорциональна концентрации присутствующих в воде загрязнителей.

Озонолиз представляет собой процесс фиксации озона на двойной или тройной углеродной связи с последующим ее разрывом и образованием озонидов, которые, как и озон, являются нестойкими соединениями и быстро разлагаются:

Катализ — каталитическое воздействие озонирования заключается в усилении им окисляющей способности кислорода, который и присутствует в озонированном воздухе. Озон получают из кислорода воздуха под действием электрического разряда в генераторах. Перед подачей воздуха или чистого кислорода в генератор его предварительно осушают, так как с увеличением влажности воздуха выход озона уменьшается.

Рис. П-61. Схемы установок для очистки сточных вод озоном: a — одноступенчатая: 1 — смеситель, 2 — насос, 3 — реактор, 4 — сборник, 5 — озонаторная установка, 6 — блок очистки отходящих газов; б — двухступенчатая с предварительным озонированием: 1,2 — реакторы.

51. Очистка сточных вод от соединений хрома (6+) восстановлением с последующим осаждением. Применяемые восстановители и осадители, уравнения и условия реакций.

Метод основан на восстановлении его до трехвалентного с последующим осаждением в виде гидроксида в щелочной среде. В качестве восстановителей мопт быть использованы активный уголь, сульфат железа (закисного), бисульфат натрия, водород, диоксид серы, отходы органических веществ (например, газетная бумага), пиритный огарок и др. На практике для восстановления наиболее часто используют растворы гидросульфита (бисульфита) натрия: 4Н2СrO4 + 6NaHSO3 + 3H2SO4-+ 2Cr2(SO4) + 3Na2SO4 + 10H2O

Реакция протекает быстро при рН = 3-4 и избытке серной кислоты. Для осаждения трехвалентного хрома применяют щелочные реагенты Са(ОН)2, NaOH и др. (оптимальное значение рН для осаждения 8-9,5):

Сг3+ + 3ОН = Сr(ОН)3

Очистку проводят на установках периодического или непрерывного действия. Хорошие результаты получаются при использовании в качестве восстановителя сульфата железа FeSO4. Процесс м проводить как в кислой, так и в щелочной среде:

2CrO3 + 6FeSO4 + 6H2SO4 = 3Fe2(SO4) + Cr2(SO4) + 6Н2O

2CrO3 + 6FeSO4 + 6Са(ОН)2+ 6H20= 2Cr(OH)3+6Fe(OH)3+6CaSO4.

Расход FeSO4 зависит от рН среды и концентрации хрома. Наиболее благоприятные условия проведения процесса: температура 20 °С, рН = 7 и расход FeSO4 в 1,3 раза больше стехиометрического. Восстановление диоксидом серы происходит по схеме:

SO2 + H2O=H2SO3, 2CrO3 + 3H2SO3=Cr2(SO4)3 + 3H2O.

В присутствии соды в сточных водах хром полностью удаляется из них:

6Na2CrO4 + SO2 + Na2CO3+nH2O=Cr2O3*nH2O+ 3Na2SO4 + CO2.

Процесс восстановления проводят при 90°С. После отделения осадка фильтрованием в сточных водах остается только сульфат натрия. Осадок прокаливают при высокой температуре с целью получения стандартного оксида хрома.

Схемы непрерывного действия- 1 — усреднитель (10-20 мин), 2 — смеситель (pH д.б. 2,5-3, потом ↑ доб. Са(ОН)2 до 8-9, продолжит-ть обезвреживания 30 мин), 3 - емкость для нейтрализации и отстаивания. Осадок выпадает медленно, трудно уплотняется и обезвреж-ся. Для ускорения осаждения доб. полиакриламид.