M. N. Musayev sanoat chiqindilarini tozalash texnologiyasi
Anod oksidlanish va katod qaytarilish
Download 3.87 Mb. Pdf ko'rish
|
|
Anod oksidlanish va katod qaytarilish. Quyidagi 18.16-rasmda elektrolizyorning sxemasi keltirilgan. Musbat elektrodlarda — an o d d a io n lar elek tro n larn i beradi, y a’ni elektrokim yoviy
www.ziyouz.com kutubxonasi oksidlanish reaksiyasi sodir bo‘ladi. Manfiy elektrodlarda — katodda elektronlami birikishi, qaytarish reaksiyasi sodir bo ‘ladi. Ushbu jarayonlar oqova suvni erigan aralashmalardan tozalash uchun qo‘llaniladi. Bunday aralashmalarga sianidlar, rodanidlar, am inlar, spirtlar, aldegidlar, nitrobirikm alar, azo b o ‘yoqlar, sulfidlar, merkaptanlar va shu kabilar kiradi. Elektrokimyoviy oksidlanish jarayonlarida oqova suv tarkibidagi moddalar to'liq parchalanib, C 0 2, N H 3, suv va oddiy hamda toksik bo‘lmagan moddalarga aylanib, ulami boshqa usuliar yordamida ajratib olish mumkin.
18.16-rasm. Elektrolizyor sxemasi: 1-korpus; 2-anod; 3-katod; 4-diafragma. Anod sifatida turli elektrolitik erimaydigan materiallar qo‘llaniladi: titan asosiga yuritilgan grafit, magnetit, qo‘rg‘oshin, marganets, ruteniy dioksidlari ishlatiladi. Katod sifatida molibden, volfram va temir yoki nikel qotishmasi, molibden, volfram yoki ulaming qotishmalari bilan qoplangan zanglam as p o ‘lat va boshqa m e ta llar ish latilad i. Jaray o n elektrolizyorda diafragma bilan yoki diafragmasiz ishlatiladi. Elektrooksidlanish va qaytarish asosiy jarayonlaridan tashqari bir paytda elektroflotatsiya, elektroforez, elektrokoagulatsiya jarayonlari ham borishi mumkin. Tarkibida sianid lar b o ‘lgan oqova suvlar m ashinasozlik, asbobsozlik, qora va rangli metalluigiya, kimyoviy va boshqa korxonalarda hosil bo'ladi. Oddiy sianidlardan (KCN, NaCN) tashqari oqova suv tarkibida mis, temir, rux sianidlari ham uchraydi. Ulaming konsentratsiyasi 10 dan 600 mg/l atroflda bo‘ladi. Odatda bunday suvlaming pH i 8—12 atroflda bo‘ladi. Sianidlaming anodda oksidlanishi quyidagi reaksiya asosida boradi: C N + 2 0 H -2e - » C N O + H 20 197 www.ziyouz.com kutubxonasi CNO- +2H 20 —» N H 4t + CO,2 Oksidlanishda bir paytda azot ham hosil bo‘lishi mumkin: 2CNO- + 40H - - 6 e - » 2 C 0 2+ N 2+ 2H 20 Oqova suvning elektr o‘tkazuvchanligini oshirish uchun suvga NaCl tuzi qo‘shiladi. Oqova suvda CN ning konsentratsiyasi 1 g/1 bo‘lganda suvga 20—30 g/1 NaCl tuzi qo‘shlladi. Ushbu jarayonda grafitli anod va katod elektrodlari qo‘llaniladi. Oksidlanishni optimal sharoitlari: tokning anod zichligi 3—4 A /dm 3, elektrodlar orasidagi masofa 3 sm, suvning tezligi 30 dm3/soat, muhit pH i 8—9. Ushbu sharoitlarda suvning tozalash darajasi 100% ga yaqin boMadi. Bunda quyidagi reaksiyalar sodir boMadi:
Oqova suvlami sianidlardan elektrokimyoviy usulda tozalash qurilmasining sxemasi quyidagi 18.17-rasmda keltirilgan. Ushbu qurilma sodda va ishlatishga qulaydir. Oqova suvda aktiv xlor miqdori 200 mg/1 gacha bo‘lishi lozim. Katodda ajralayotgan metall utilizatsiya qilinadi. Rodanidlar quyidagi sxema bo‘yicha yemiriladi:
11,0
N a C l 18.17-rasm. Oqova suvlarni sianidlardan elektrokimyoviy usulda tozalash qurilmasining sxemasi: 1- o'rtalagich; 2 -n a tr iy xlor eritm asi tayyorlash baki; 3-elektroHzyor; 4-doimiy tok manbayi. Sulfid ionlar pH=7 da oksidlanib sulfatga aylanadi. Muhit pHi 7 dan kichik bo‘lganda elementar oltingugurt hosil boMadi. Oqova
www.ziyouz.com kutubxonasi suvdagi fenollami xloridlar ishtirokida oksidlanishi quyidagi sxema bo‘yicha boradi: 4 0 H - 4 e —» 2 H 20 + 0 2 2H + + 2 e - » H 2 2C1- -2e —>C12 Cl2 + H20 - » H C 1 0 + HC1 НСЮ + о н - - > н 2о + CIO- 12СЮ- +6H 20 -12e —>4HC10j +8HC1 + 3 0 2 C6H5OH + 1 4 0 — > 6 C 0 2 +3H 20 Katodli qaytarish usuli yordamida oqova suvdagi zararli metall ionlarim cho‘kma ko‘rinishida yoki gaz ko‘rinishida ajratib, ulami zararsiz modda holiga keltirish mumkin. Ushbu usulni oqova suv tarkibidagi og‘ir metall ionlari — Pb2+,Sn2+,Hg2+, Cu2+,As3+, Cr*+ lardan tozalash uchun ham ishlatish mumkm. Metallarni katod qaytarilishi quyidagi sxema bo‘yicha boradi:
Bunda metallar katodda cho'kishi va alohida rekuperatsiya qilinishi mumkin. Masalan, xrom birikmalarini qaytarish uchun yuqori tozalash dar^jasiga erishilgan, bunda xromning konsentratsiyasi 1000 dan lmg/1 gacha kamaygan. Tozalash jarayoni uchun 0,12 kVt.soat/m2 elektr eneigiyasi sarfbo‘lgan. Taikibida N2C r07 li oqova suv elektroliz qilinganda muhitning optimal ko‘rsatkichi pH =2 ga, tok zichligi 0,2-2 A/dm2 ga teng bo‘ldi. Qaytarish reaksiyasi quyidagi ko'rinishda boradi: C rO /2 + 14H+ + 1 2 e —»2C r + 7H 20 Oqova suvlarni Hg2+, Pb2+, Cu2+,Cd2+ ionlaridan tozalash uchun ko‘mir va oltingugurt kukunlaridan iborat boMgan C: S ning 80:20 dan 20:80 gacha nisbatdagi katodda amalga oshiriladi. Bunda muhit pHi 7 dan kichik, tok zichligi 2,5 A /dm 2 ga teng. Ushbu ionlaming cho‘kishi erimaydigan sulfid va bisulfid ko'rinishida bo‘lib, ular mexanik ravishda ajratiladi. Aralashmalarni zararsizlantirish jarayonida ularni gaz fazasiga o ‘tishini ammoniy nitritni zararsizlantirish misolida ko‘rishimiz mumkin. Bunda ammoniy nitrit moddasi grafit elektrodida ammoniy nitritgacha qaytariladi, keyin esa elem en tar azot va suvga parchalanadi: NH «N O ,+2H ++2e - » N H 4N 0 2+ H 20 199 www.ziyouz.com kutubxonasi NH4N 0 2- » N 2+2H20 Anodli oksidlanish jarayoni temir birikmalarini, turli bo'yoqlami, selluloza-qog‘oz, neftni qayta ishlash korxonalari oqova suvlarini zararsizlantirishda qo‘llanUadi. Elektrokoagulatsiya. Elektrolizyorning elektrodlararo bo‘shlig‘idan oqova suv o ‘tganda suv elektrolizi, zarralarni qutblanishi, elektroforez, oksidlanish-qaytarilish jarayonlari va elektroliz mahsulotlarini o ‘zaro ta ’siri sodir bo'ladi. Erimaydigan elektrodlar ishlatilganda koagulatsiya jarayoni elektroforetik holatlar natijasida sodir bo'lib, asosan oqova suvda kolloid zarralar kam bo‘lganda qo‘llaniladi. Oqova suvda yuqori tuig‘un tarkibli birikmalar uchraganda elektroliz jarayoni eriydigan po‘lat yoki aluminiy tarkibli elektrodlar ishtirokida amalga oshiriladi. Bunda tok ta’sirida metallarning erishi kuzatiladi. Natijada suvga temir yoki aluminiyning kationlari o ‘tadi. Ushbu kationlar suvdagi gidrooksid ionlari bilan to‘qnashih, metallarning gidrooksidlarini hosil qiladi va bu pag'alar koagulatsiya jarayonini o‘tkazishga sababchi bo‘ladi. Elektrokoagulatsiya jarayoniga elektrodlaming materiallari, ular orasidagi masofa, oqova suvning elektrodlar orasidagi tezligi, suv harorati va tarkibi, tok kuchlanishi va uning zichligi ta’sir ko‘rsatadi. Oqova suvdagi muallaq zarralarning konsentratsiyasi 100 mg/l dan oshganda elektrokoagulatsiyanmg samaradorligi pasayadi. Elektrodlar orasidagi masofa ham kamayganda anod metallarining erishiga sarf bo‘ladiga-n elektroenergiya miqdori kamayadi. lg temirning erishi uchun nazariy jihatdan sarf bo‘ladigan elektr energiyasining miqdori 2,9 Vt/soat ni, 1 g aluminiy erishi uchun esa 12 Vt/soatni tashkil etadi. Elektrokoagulatsiya jarayonini o‘tkazish uchun neytral yoki kuchsiz ishqoriy muhit boMgani, tok zichligi esa 10 A /m 2, elektrodlar orasidagi masofa 20 mm dan oshmasligi, suv tezligi 0,5 m /s dan kam bo‘lmasligi lozim. Elektrokoagulatsiya jarayonining afzalliklari: qurilm aning kompaktligi va uni ishlatishni qulayligi, reagentlami ishlatilmasligi, jarayonni o ‘tkazish sharoitlarining o‘zgarishiga ta’sirchanmasligi, yaxshi mexanik-strukturali shlamlami hosil bo‘lishi. Kamchiligi: elektr
www.ziyouz.com kutubxonasi eneigiya va metallaming katta sarfi. Quyidagi rasmda elektrokoagulatsiya o'tkazish qurilmasining sxemasi keltirilgan (18.18-rasm.) Ushbu qurilmada elektrokoagulatsiya jarayoni natijasida ajralgan shlamlar sentrifugada yoki filtrpressda suvsizlantiriladi. Jarayonda hosil bo‘luvchi vodorodni esa gidrooksidni flotatsiyasi uchun ishlatish mumkin. Shu sababdan tozalash sxemasida elektrokoagulator- flo tato rlarn i yoki maxsus flo tatsio n ap p aratlarn i, m asalan, gidrosiklon-flotatorlami ishlatish tavsiya etiladi. Tmdiigichni flotatoiga almashtirish qurilmaning o ‘lchamlarini, hamda kapital xarajatlami kamaytiradi. NaCl H.O
Ш I ' Oqova suv — JLX Cho'kma
_____ 18.18-rasm. Elektrokoagulatsiya qurilmasining sxemasi: 1- o ‘rta1agich; 2-eritma tayyorlash baki; 3-doim iy tok manbayi; 4-elektrokoa- gulator; 5-tindirgich; 6-ch o‘kmani suvsizlantirish apparati. Elektrokoagulatsiya tozalash jarayoni oqova suv tarkibidagi neft mahsulotlarini, moylami, yog‘lami tozalash uchun qoMlaniladi. Bunda neft mahsulotidan tozalash 54 — 68% ni, yog‘lardan 92 — 99% ni tashkil etadi.
1. Elektrokimyoviy usullaiga qanday jarayonlar kiradi va ular yordamida oqova suvdan qaysi mahsulotlar ajratib olinadi? 2. Elektrokimyoviy usullaming samaradorligi qanday faktorlar orqali baholanadi? 3. Elektrolizyorda qanday jarayon sodir boMadi va ushbu usul yordamida oqova suvdan qaysi moddalar ajratiladi? 4. Elektrokoagulatsiya jarayoni qanday amalga oshiriladi? 5. Elektrokoagulatsiya jarayoni qanday afzalliklaiga ega?
www.ziyouz.com kutubxonasi 19-BOB. OQOVA SUVLARNI KIMYOVIY TOZALASH USULLARI Bu usullarga: neytrallash, oksidlash va qaytarish usullari kiradi. Ushbu usuliar turli reagentlaming sarfi bilan bog‘liq bo‘lgani uchun qimmat usuliar qatoriga kiradi. Shuning uchun bu usuliar yopiq suv sistemalarida lozim boMganda erigan moddalarni ajratishda qo‘llaniladi. Kimyoviy usul ba’zan biologik tozalash jarayonidan oldin ishlatiladi.
Bu usul aralashtirish, reagentlami qo‘shish, neytral materialdan o‘tkazish, kislotah gaz bilan neytrallash jarayonlari asosida olib boriladi. Agar korxonada yoki 2 ta qo‘shni korxonada kislotah va ishqoriy oqova suvlar ajralsa, ular o ‘zaro aralashtirihb, bir-birini neytrallaydi (19.1.-rasm).
N ey trallash u ch u n re a g en tla r sifatid a NaOH, кон,
N a ,c o ,, N H 4OH, CaCO,, M gCO,, sem ent birikm alari ishlatiladi. Eng arzon reagent ohakli suv hisoblanadi
Ba’zan
korxonalam ing qattiq chiqindilari ham ishlatilishi m um kin (kuyindi shlaklar). Reagentlar oqova suvdagi kislotaning tarkibi, konsentratsiyasiga qarab tanlanadi. Shunda neytrallash jarayonida ch o ‘kma hosil bo‘lish-bo‘lmasligi hisobga olinadi. Kislotali oqova suvlar 3 xil ko‘rinishda bo'ladi: 202 www.ziyouz.com kutubxonasi 1) kuchsiz kislotali oqova suvlar (H2CO„ CH,COOH); 2)
kuchli kislotali oqova suvlar (HC1, HNO,); 3)
H2S 0 4, H2SO„ kislotali suvlar (C a S 0 4 cho‘kmasi hosil bo‘Hshi mumkin). Ohak oqova suv tarkibidagi kislotalarni neytraHash uchun kalsiy gidrooksid tuzi ko‘iinishida(ohakli suv) yoki quruq kukun ko‘rinishida beriladi. Ushbu qurilmaning sxemasi quyidagicha (19.2-rasm). 19.2-rasm. Kislotali oqova suvlarni kalsiy gidrooksidi ishtirokida neytraHash qurilmasi: 1— o ‘rtalagich; 2-ohak so'ndirish apparati; 3-eritma baklari; 4-dozatorlar; 5-metallizator; 6-tindirgich. Bu yerda, oqova suv 1 — o ‘rtalash apparatiga beriladi. Yuqoridan esa 2 - va 3—apparatlarda tayyorlangan ohakli suv eritmasi 4— d o z a to rla r o rq a li b e rila d i. K eyin u lar 5—n e y tra liz a to rd a aralashtiriladi, cho'km a hosil bo‘lgandan keyin suv 6—tindirgichga yuboriladi. Tindirgichning tagidan cho‘kma ajratihb olinadi, tozalangan suv esa tindirgichning yuqori qismidan oqib chiqadi. Oqova suv tarkibida sulfat kislota uchraganda, tozalash jarayonida C aS 04 2H 20 — gips hosil bo‘ladi. 203 www.ziyouz.com kutubxonasi Ishqoriy oqova suvlar turli kislotalar va kislotali xususiyatga ega bo‘lgan gazlar bilan ham neytrallanadi. Bunda kislotali gazlar sifatida CO , S02, NO,, N20, va shu kabi gazlar qo‘llaniladi (19.3-rasm). O qova suv
Yuqorida keltirilgan qurilmada neytralizatsiya jarayoni aralashtiigichli reaktorda amalga oshiriladi. Bunda tutun gazlari ventilator yordamida aralashtirgichning halqali bo‘shlig‘iga beriladi va aralashtirgich yordamida oqova suvda pufakcha va oqim ko‘rinishida taqsimlanadi. Suv va gaz o‘rtasidagi to‘qnashish yuzasining yuqoriligi sababli tezda neytralizatsiya jarayoni sodir bo‘ladi. Gaz tarkibida S 0 2 gazining bo‘lishi ishqoriy suvlaming neytralizatsiya qilinishiga yordam beradi. Neytralizatsiya uchun kerak bo‘ladigan kislotali gazning miqdori quyidagi tenglama asosida aniqlanadi: M = x P cFAc bu yerda, M-neytralizatsiya uchun sarf bo'ladigan kislotali gazning miqdori; X -tezlanish faktori; Д . -su yu q fazadagi massa berish koeffitsienti; F—fazalararo kontakt yuzasi; Д с -jarayonning yurituvchi kuchi. Ishqoriy xususiyatdagi oqova suvlarni zararsizlantirish qurilmalari sement ishlab chiqarish korxonalarida o‘matilgan. Bunda ushbu kotxonada muhit pHi 12—13 ga teng suvlar ajraladi. Bu suvlar tarkibida 5—6% S 0 2 gazlari bo'lgan tutun gazlari bilan tarelkali kolonnalarda neytralizatsiya qilinadi. Nazorat uchun savollar: 1. Oqova suvlami kimyoviy tozalash usullariga qaysi usullar kiradi? 2. Neytrallash usuli qanday amalga oshiriladi va jarayonda qaysi reagentlar qo‘llanlladi? 3. Oqova suv tarkibidagi kislotalami neytrallash uchun qaysi reagent keng qo‘llaniladi? 204 www.ziyouz.com kutubxonasi 4. Ishqoriy oqova suvlar qaysi reagentlar ishtirokida neytrallanadi? 5. Neytralizatsiya jarayoni qanday qurilmalarda amalga oshiriladi? Oksidlash va qaytarish Oqova suvlarni tozalash uchun quyidagi oksidlovchilar qo'llaniladi: gazsimon va suyuq xlor, xlor dioksidi, kalsiy xlorit, kalsiy gipoxlorid, kaliy perm anganat, kaliy bixrom at, vodorod peroksidi, havo kislorodi, ozon va boshqalar. Oksidlash jarayonida oqova suvdagi zaharli birikmalar zararsiz holgacha parchalanadi va ular suvdan ajiatiladi. Oksidlash jarayonida katta miqdorda reagentlar sarf bo‘ladi. Shuning uchun bu usul qolgan boshqa usullar yordamida oqova suvni zararsizlantirishning iloji bo'lmagandagina qo‘llanilanadi. Masalan, oksidlash usuli sian, mishyak birikmali oqova suvlarni zararsizlantirish lozim bo‘lganda qo‘llanilishi mumkin. Har bir oksidlovchining oksidlash potensiali bo'lib, ulaming aktivligi shu ko‘rsatkich orqali belgilanadi. Oksidlovchilaming ichida ftor eng aktivdir, ammo uning toksik xususiyati ftomi suv tozalash jarayonida keng ishlatish imkonini bermaydi. Qolgan oksidlovchilaming oksidlash potensiali quyidagicha: Ozon—2,67, xloi-0,94, H20 2-0 ,6 8 , KMn04-0 ,5 9 Xlor bilan oksidlash. Xlor va xlorli birikmalar keng tarqalgan oksidlovchilar qatoriga kiradi. Ular oqova suvda H 2S, gidrosulfid, metil-oltingugurt birikmalari, fenol, sian birikmalari uchraganda yaxshi natija beradi. Xlor suvga solinganda erib, aktiv formadagi xlor hosil bo'ladi va u oqova suvdagi birikmalami oksidlaydi. Xlor suvga solinganda vodorod oksoxlorat va HC1 kislotasi hosil bo‘ladi: c i 2+ h 2 o -> h o c i + h c i Keyinchalik HOS1 kislotasining dissotsiatsiyasi sodir bo‘ladi: H O C l^ > H ++OCl- Bunda
Cl2+HOCl+OCl- yig‘indisini erkin «aktiv xlor» deb ataladi. Sianidlami oqova suvda zararsizlantirish jarayoni ishqoriy muhitda, pH=9 da olib boriladi. Sianidlami elementar azotgacha oksidlash mumkin:
www.ziyouz.com kutubxonasi 19.4-rasm. Oqova suvlarni xlorlash usulida tozalash: 1 - o ‘rtalagich; 2,5-nasos; 3—ijektor; 4—sig‘im. Xlorlash jarayoni sig‘imda olib boriladi. Ijektorda gazsimon xlor oqova suv bilan aralashib sirkulatsion sistemaga qo'shiladi. Suv to'liq tozalangandan keyin sistemadan chiqarilib, keyingi bosqichga yuboriladi.
«Aktiv xlor» manbayi sifatida kalsiy xlorat, gipoxlorit, xloratlar, xlor dioksidi bo'lishi mumkin. Kalsiy xlorat quyidagicha olinadi:
Gipoxlorit esa quyidagicha olinadi: Ca(OH)2+2C l2 -> Ca(C10)2+CaCl2+ 2H 20 Sianidlami «aktiv xlor» bilan oksidlanishini quyidagicha ohb borish mumkin:
Gidroliz tezligi muhit pH iga bog'liq. Muhit pH=5,3 bo'lganda bir sutkada sianidlami 80%i gidrolizlanadi. Bunda ikki bosqichda sianidlar N2 va C 0 2 gacha oksidlanadi. 1-bosqichda reaksiya (a) bo'yicha boradi. Keyingi bosqich quyidagi reaksiya bo'yicha boradi:
Reaksiya davomida muhit pH =8—11 atroflda bo'lishi kerak. Oksidlanish jarayoni qanday borganini qoldiq «aktiv xlor»ning konsentratsiyasiga qarab baholanadi. Ishlatiladigan kalsiy xloratda «aktiv xlor» miqdori 33% gacha bo'lishi kerak, gipoxlorit kalsiyda
www.ziyouz.com kutubxonasi esa 60% gacha. Oksidlash uchun kerak bo'ladigan reagentlaming miqdori X, (kg/sut) quyidagi formula orqali topiladi: X,=Xa +Qn/a bu yerda, XC1 — sianidlami oksidlanishi uchun kerak bo'ladigan «aktiv xlor* ning sarfi,kg/m-1; Q — suv sarfi, m ’/sut; n - reagentni ortiqcha berish k oeffitsien ti(n = l,2-l,3); a — reagentdagi «aktiv xlor» ning miqdori, birlik ulushda. Vodorod peroksidl yordamida oksidlash. Vodorod peroksidi rangsiz suyuqlik bo‘lib, suv bilan barcha nisbatlarda aralashadi. U oqova suv tarkibidagi nitritlami, aldegidlami, fenollami, sianidlami, aktiv bo'yoqlami, hamda oltingugurt tarkibli chiqindilami oksidlash uchun qo'llaniladi. Sanoatda 85—95%li vodorod peroksidi ishlab chiqiladi. Vodorod peroksidi toksik xususiyatga ega bo‘lib, uning suvdagi REChK =0,l mg/1 ga teng. Vodorod peroksidi kislotali va ishqoriy muhitda quyidagi sxema bo‘yicha parchalanadi:
U kislotali muhitda oksidlovchi, ishqoriy muhitda qaytaruvchi sifatida o‘zini kengroq namoyon etadi. Kislotali muhitda vodorod peroksidi 2 valentli temir tuzini 3 valentli tuzga, nitrit kislotasini nitrat kislotasiga, sulfidni sulfat ko‘rinishiga o ‘tkazadi. Suv tozalash jarayonlarida vodorod peroksidi nafaqat oksidlovchi, balki qaytaruvchi sifatida ham o‘zini namoyon etadi. Neytral va kuchsiz ishqoriy muhitlarda vodorod peroksidi xlor va gipoxloritlar bilan oson birikib, ulami xloridlaiga aylantiradi:
Ushbu reaksiya suvni dexlorlash jarayonlarida qo'llaniladi. Ortiqcha vodorod peroksidi marganets dioksidi yordamida ajratib olinadi:
Download 3.87 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|