Диссертация (Комплексное оборудование и технологические процессы промышленного производства анолита и феррата), страница 9

Он обладаетминимальным(IV)классомтоксичности,эффективенпротиввсехпатогенныхмикроорганизмов, включая бактерии, вирусы, микобактерии, возбудители анаэробныхинфекции, возбудители особо опасных инфекций, грибы, споры [8]. Средние дозировки анолитасоставляют 3-5 мг/л (в пересчете на молекулярный хлор) обеззараживаемой питьевой воды.Однако применение хлорсодержащих реагентов для обеззараживания стоков может приводитьк образованию еще более токсичных продуктов, чем исходные загрязнители [12]. Кроме того,хлор и его соединения не должны содержаться в сточных водах, сбрасываемых вповерхностные воды [3].На сегодняшнийденьсуществуетрядпроблем очисткипитьевых, сточных,промышленных и поверхностных вод, которые могут быть решены с применениеминновационного реагента – раствора феррата натрия [86].Основным сырьем для производства феррата натрия является раствор щелочи,получаемый на мембранных хлорных производствах как побочный продукт [86, 87].35Современным методом производства феррата натрия является мембранный электролиз.

Онбезопасен, эффективен и может быть реализован на месте применения реагента.Проблема очистки питьевой воды заключается в поиске реагента, удаляющего большуючасть микробов и загрязнителей, в том числе побочных продуктов реакции, образуемых широкоиспользуемым на данный момент хлором.Замена первичного хлорирования окислением ферратом позволит перевести основныеорганические загрязнения в легко удаляемый осадок и значительно снизить количество хлора,вводимого после фильтрования, и, как следствие, многократно уменьшит содержаниехлорорганических соединений.Дезинфицирующие свойства феррата (VI) впервые были обнаружены в [88].

Былоустановлено, что феррат (VI) может полностью уничтожать бактерии при меньшем содержанииего в воде по сравнению с другими дезинфетантами.Многие исследования показали, что феррат (VI) может эффективно блокироватьЭшерихию коли (E. coli), бактерии кишечной группы и живучие бактерии [89, 90]. Также былипроведены исследования влияния феррата (VI) на удаление вирусов, таких как f2 и коли-фаг QB[91, 92]. В дополнение, дезинфицирующая способность феррата (VI) кажется менеечувствительной к колебаниям температуры, рН и содержания органики в дезинфицируемойсреде, чем хлора или брома. Это позволяет рассматривать его как замену экстенсивногохлорирования питьевой воды. Рост загрязненности приводит к необходимости поиска реагентадля очистки питьевой воды и промышленных и городских сточных вод.

Такой реагент должендезинфицировать и удалять тяжелые металлы и радиоизотопы, взвешенные частицы инекоторые органические вещества путем флокуляции, чтобы окислением хотя бы частичноразрушать растворенные органические загрязнения, а после этого самоудаляться из очищаемойсреды [93]. Для одностадийной очистки воды в качестве такого реагента и подходят ферраты(VI). Они могут рассматриваться как замена современной технологии двустадийногохлорирования и флокуляции сульфатом трехвалентного железа, при этом не образуя побочныхтоксичных и канцерогенных галогенизированных органических соединений.В результате разложения феррата образуется гидроксид железа (III), ПДК которогодостаточно велико [94]. Хорошо развитая поверхность позволяет гидроксиду железа (III)дополнительно очищать воду за счет адсорбции частиц суспензий, ионов тяжелых металлов иорганических остатков.

Для сравнения с наиболее часто используемыми коагулянтами, включаясульфат трехвалентного железа, сульфат алюминия и хлорид трехвалентного железа,производительность феррата (VI) в коагуляции изучалась по следующим направлениям. Дляначала, производительность феррата (VI) в удалении мутности оказалась лучше, чем сульфата36двухвалентного железа и нитрата трехвалентного [95, 96]. Также феррат (VI) может удалять рядметаллов (например, Fe2+, Fe3+, Mn2+ и Cu2+) и токсичных тяжелых металлов (например, Pb2+,Cd2+, Cr3+ и Hg2+) до минимума [88, 97]. Далее, феррат (VI) также может быть применен дляуменьшения радиоактивных отходов в сточных водах [98, 99]. В завершение, такое же впроцентном соотношении удаление цвета может быть достигнуто при относительно низкихдозах феррата (VI) в сравнении с коагулянтами трехвалентного железа [41].Проблема очистки стоков связана с запретом на содержание остаточного хлора в водах,сливаемыхврекииводоемы,атакжеопасностьюобразованияхлорсодержащихвысокотоксичных устойчивых химических соединений.

На стоках применение ферратнойтехнологии со временем позволит вообще уйти от применения хлора, а возможно и отдополнительных дорогостоящих коагулянтов и флокулянтов (в том числе на основе алюминия).Использование ферратов (VI) щелочных металлов позволяет удалять бактерии семействаEnterobacteriaceae, используемые для обнаружения в водах фекальных отходов. Ферраты (VI)также производят эффективную дезинфекцию вирусов [91, 100-103], например, F2,инактивируют большинство кишечных патогенов и удаляют из сточных и речных водпалочковидные бактерии.Проблема очистки промышленных сточных вод связана с наличием в них токсичных исложно удаляемых загрязнителей.

Феррат натрия – сильнейший из известных окислителей,кроме того он обладает выраженными свойствами коагулянта и флокулянта и может бытьиспользован для очистки и детоксикация промышленных стоков и полигонов жидкихтоксичных отходов [104-105].Феррат (VI) имеет высокую эффективность окисления при разложении рядаорганических соединений, в том числе азотсодержащих [106], серосодержащих [107]соединений, фенола [108] и других органических загрязнителей.

Эффективность окислениясильно зависит от дозы феррата (VI) и уровня рН среды. Наибольшая эффективность окислениядостигается при молярном соотношении феррата (VI) к органическим примесям в диапазоне 3:1– 15:1 [109].В работах [109, 110] ферраты (VI) натрия и калия применялись для удаления изпочвенных и водных сред органических загрязнителей, в том числе от нефтепродуктов и ихпроизводных, содержащих фосфор, азот или серу и других загрязнителей при ихнеконтролируемом разливе.

Применение этого метода позволяет уменьшить расход реагентов в1,4 – 2,4 раза, поднять эффективность очистки и понизить стоимость по сравнению ссуществующими технологиями очистки.37Предприятиямипообработкекоксаинефтеперегоннымипредприятиямивырабатываются соединения, содержащие серу и цианид, токсичные и обладающиенеприятным запахом. Запахи, вызываемые серо- и цианид-содержащими соединениями, могутуспешно удаляться применением в стоках нефтяной промышленности ферратов (VI).Цианид может быть окислен за несколько минут в жидких стоках [111-113].

Сульфидводорода [114] удаляется ферратом (VI) из грунтовых и сточных вод. Загрязненный газ,содержащий зловонные соединения типа H2S или меркаптанов, может быть быстроабсорбирован щелочным водным раствором и немедленно окислен ферратом (VI) в растворе.Еще одним возможным применением ферратов (VI) является окисление аммиака,содержащегося в сточных водах коксохимических заводов [115]. Более чем 22% аммиака можетбыть удалено, когда соотношение молей феррата (VI) к аммиаку более чем 1.Одним из повсеместных загрязнителей грунтовых вод является метил-трет-бутиловыйэфир (МТБЭ), бензиновая добавка.

Загрязнение МТБЭ обнаруживается в 5- 10% коммунальныхпитьевых скважин. В загрязненных нефтью водоносных горизонтах загрязнение МТБЭсохраняется. С помощью феррата МТБЭ в грунтовых водах можно окислить до значительноменее опасных соединений [100].Для нейтрализации образующихся при промывке нефтепродуктов кислых вод,содержащих серную кислоту, может использоваться раствор феррата натрия в сильнощелочномрастворе.Одной из острейших проблем, связанной с развитием нефтехимической и химическойотраслей промышленности, является избыточное количество тяжѐлых металлов в водныхобъектах, являющихся потенциально опасными для живых организмов.Использование феррата в качестве эффективного коагулянта позволяет снизитьконцентрацию ряда металлов (например, Fe2+, Fe3+, Mn2+ и Cu2+) и токсичных тяжелых металлов(например, Pb2+, Cd2+, Cr3+ и Hg2+) до минимума [97].1.6 Методы определения содержания ферратов (VI) щелочныхметаллов в продуктах синтезаВ литературе освещено большое количество методик качественного и количественногоанализа ферратов [43, 116, 117].Многие методы (рентгеновская дифракция, инфракрасная спектроскопия Фурье, Мессбауэровская спектроскопия) являются достаточно точными, но требуют дорогостоящего инструментального сопровождениея и неприменимы в производсвенных условиях для контроля38концетрации феррата при его проточном производстве.Для анализа ферратов в растворе пригодны лишь несколько способов, имеющих ряд существенных ограничений и недостатков.

Так, прямое отслеживание спектрофотометрическогопоглощения ферратов при 505-510 нм, часто применяемое для измерений в потоке [62, 117],ослжняется низким значением молярного коэффициента поглощения FeO42-.В работе [117] рассморен экспресс-метод определения концентрации ферратов в щелочном растворе с помощью гидроксокомплексов хрома (III), основанный на титровании щелочного среде раствора хромитом натрия, который пригоден для анализа на соединения Fe(VI).Основные недостатки этой методики состоят в применении различных растворов титрантов для разных концентраций феррата (VI) в растворе.