Chemiczna degradacja zanieczyszczeń w ściekach przemysłowych

Andrzej Konrad Biń , Jacek Zieliński

Abstract

In more and more numerous cases, natural ecosystems are no longer capable of neutralising effectively contaminants contained in the industrial wastewater and this may cause accumulation of contaminants and occurrence of irreparable changes in the environment. The only way to stop those tendencies is to remove contaminants hardly or not degradable biologically by disintegration leading even to full mineralisation. Advanced oxidation technologies are very effective methods of contaminants removal from water and wastewater. In a short period of time advanced oxidation processes (AOP) have become an alternative for classical (physical) methods of wastewater treatment, such as flocculation, adsorption, desorption or reversed osmosis. Methods of AOP do not move contaminants problem from one place to another, but solve it completely destructing harmful substances contained in the treated water or/and wastewater. Advanced oxidation techniques include, among others: oxidation of contaminants in water in under- and overcritical conditions, (420 C T 680 C, 0.5 MPa P 30 MPa), thermohydrolysis of contaminants in overcritical water, ozonolysis in systems: O3/UV, O3/H2O2, photocatlytical oxidation in the system of TiO2/UV. Two case studies of chemical degradation of contaminants contained in industrial wastewater have been discussed. The first one concerns chemical treatment of the wastewater from TNT production, while the other - that of a fungicide (carbendazim) production. The chemical methods tested belong to the so-called advanced oxidation processes. The major aim of the tests was to select the most appropriate process among those used in the experiments that would provide the most effective degradation of the studied toxic compounds (nitroaromatics and carbendazim). The first stage of the experiments has been devoted to investigate degradation of pure compounds (MNT, 2,4-DNT and 2,4,6-TNT, in case of nitroaromatics or pure carbendazim). Then, after selection of the most effective method among the tested (ozone alone, ozone+H2O2, ozone+UV irradiation, H2O2+UV irradiation, Fenton process) its effectiveness was checked for the original wastewaters.
Author Andrzej Konrad Biń (FCPE)
Andrzej Konrad Biń,,
- Faculty of Chemical and Process Engineering
, Jacek Zieliński
Jacek Zieliński,,
-
Other language title versionsChemical degradation of contaminants in industrial wastewater
Journal seriesAnnual Set The Environment Protection, ISSN 1506-218X
Issue year2000
Vol2
Pages383-405
Publication size in sheets1.1
Abstract in PolishWody powierzchniowe i podziemne stanowią jeden z podstawowych komponentów środowiska naturalnego o ogromnym znaczeniu dla gospodarki i warunków bytowania człowieka. Z tego powodu oszczędne gospodarowanie zasobami czystej wody i zachowanie źródeł zaopatrzenia w wodę w stanie nie pogorszonym jest podstawowym warunkiem rozwoju gospodarczego i społecznego każdego kraju. Problem ilości i jakości wód kierowanych do spożycia stał się w ostatnich latach istotnym elementem polityki ekologicznej naszego kraju (por. m. in. uchwała Senatu RP z 4.11.1994 r.). Precyzuje ona warunki niezbędne do harmonijnego, zrównoważonego rozwoju społeczno-gospodarczego. Jedną z naczelnych zasad dotyczącą polityki użytkowania krajowych zasobów wodnych i ochrony wód przed zanieczyszczeniem jest określona w tym dokumencie zasada minimalizacji emisji zanieczyszczeń. Strategię tę realizuje się m.in. poprzez: recyrkulację wody, odzyskiwanie surowców ze ścieków, oczyszczanie ścieków. Znaczącą rolę w urzeczywistnianiu polityki zrównoważonego rozwoju i ochrony wody przed zanieczyszczeniem powinny odgrywać nowoczesne, wysokowydajne technologie oczyszczania wody i ścieków, pozwalające regenerować zasoby wodne kraju i obniżać koszty uzdatniania wody. Pomimo wyraźnego postępu, jaki dokonał się w ostatnich latach w zakresie ograniczania ładunków zanieczyszczeń oraz zmniejszania ilości ścieków odprowadzanych do wód powierzchniowych, istnieje pilna potrzeba wdrażania nowoczesnych, efektywnych programów ochrony wód (w tym wód podziemnych) przed skażeniem szkodliwymi substancjami. Wniosek ten wypływa z faktu, iż Polska cierpi na niedostatek źródeł wody o zadowalającej jakości i o odpowiedniej wydajności. Należy w tym miejscu zauważyć, że gospodarka naszego kraju opiera się na przemysłach, które potencjalnie (i faktycznie) stanowią poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego. Należą do nich przemysł chemiczny i farmaceutyczny, petrochemiczny i papierniczy, a także przemysł wydobywczy oraz energetyka, zwłaszcza ta oparta na węglu. Zanieczyszczenia powstające w trakcie procesów przetwórczych prowadzonych w zakładach przemysłowych są najczęściej trudne do unieszkodliwienia tradycyjnymi metodami, w których głównie wykorzystuje się metody biologicznego oczyszczania ścieków. W tej sytuacji konieczne jest zwiększenie efektywności usuwania ze ścieków kierowanych do wód powierzchniowych tych zanieczyszczeń, które są toksyczne w stosunku do organizmów tworzących osad biologiczny lub też trudno ulegają biodegradacji. Należą do nich np. środki powierzchniowo-czynne, glikole, półprodukty organiczne, związki ropopochodne, środki ochrony roślin. Proste ozonowanie umożliwia skuteczną degradację czystych 2-MNT, 2,4-DNT w ich wodnych roztworach. W przypadku 2,4,6-TNT proces "peroxone" (O3/H2O2) prowadzony przy pH > 7 okazał się znacznie skuteczniejszy. We wszystkich tych przypadkach szybkość reakcji procesu degradacji można przybliżyć pozorną zależnością pseudo-pierwszorzędową. Wartości stałych szybkości reakcji zależą od pH roztworu i w znacznie większym stopniu od strumienia masy wprowadzanego do układu ozonu niż od dawki nadtlenku wodoru. Możliwe jest uzyskanie 68-86% biodegradacji 2,4-DNT oraz 2,4,6-TNT. Niemal całkowita degradacja DNT wymaga dawki ozonu około 0,28 g O3/dm3, co odpowiada molowemu stosunkowi O3/DNT 6,4. Wartość ta jest dobrze zgodna z danymi Stockingera [13], który podał wartości tego stosunku w granicach od 4 do 10, zależnie od wartości pH (od 8 do 5) oraz Saupe'go [12], który otrzymał wartości od 5,8 do 6,9 przy pH =2÷11. Interesującą alternatywą jest utlenianie badanych związków nitrowych przy użyciu reakcji Fentona (Fe2+/H2O2). W optymalnych warunkach uzyskuje się spadek poziomu ChZT o ponad 80%, zaś RWO o 40%, osiągając przy tym 80% biodegradacji w przypadku 2-MNT; o ponad 60% poziomu ChZT i o 25% - RWO, przy 50% biodegradacji w przypadku 2,4-DNT; o 20% poziomu ChZT i o 16% RWO w przypadku 2,4,6-TNT. Dla ścieków z produkcji TNT proste ozonowanie okazało się skuteczną metodą usuwania substancji organicznych z obydwu rodzajów ścieków. Aby uzyskać poprawę biodegradacji surowych ścieków, konieczne będzie znaczne utlenienie zawartych w nich substancji organicznych. Utlenianie za pomocą reakcji Fentona sprawdzono dla ścieków kwaśnych oraz mieszanych. Najlepszym wariantem parametrów dla tego procesu w kategoriach obniżenia poziomu RWO w przypadku ścieków kwaśnych oraz mieszanych był następujący ich zestaw: pH = 4, CH2O2 = 15÷20 g/dm3, CFe2+ = 2 g/dm3. W tych warunkach osiągnięto ponad 50% poziom biodegradacji. Powinien być wystarczający do dalszej obróbki w stopniu biologicznym po połączeniu takich podczyszczonych ścieków ze ściekami komunalnymi. Podczas ozonowania degradacja karbendazymu zachodzi w wyniku reakcji z rodnikiem hydroksylowym oraz przez bezpośrednią reakcję z ozonem. Najlepsze warunki ozonowania z dodatkiem nadtlenku wodoru (proces "peroxone") tego związku stwierdzono dla początkowego stężenia nadtlenku wynoszącego 0,004 M. Spośród badanych siedmiu układów degradacji karbendazymu (H2O2, O3, UV oraz ich kombinacje) najkorzystniejszym okazał się układ UV z dodatkiem H2O2 przy stężeniu początkowym tego ostatniego 0,01 M. Udział bezpośredniej fotolizy w procesie rozkładu karbendazymu zależy od początkowego stężenia nadtlenku i wraz ze wzrostem tego stężenia spada do kilku procent. Badania rozkładu karbendazymu w ściekach z produkcji tego fungicydu wykazały analogię do wyników wcześniejszych badań przeprowadzonych dla czystego związku. Dodatek H2O2 zwiększa szybkość degradacji karbendazymu, jednak ten korzystny efekt obserwuje się do zakresu początkowego stężenia H2O2 wynoszącego około 0,05 M. Wzrost początkowego stężenia dodawanego H2O2 sprzyja spadkowi RWO. Korzystne jest przy tym stopniowe dozowanie nadtlenku wodoru. Biodegradacja ścieków z produkcji karbendazymu nie ulega poprawie w wyniku ozonowania lub procesu ozon + H2O2. Osiąga się jednak w tych procesach bardzo wydatny spadek zawartości toksycznego zanieczyszczenia, co jest najbardziej istotne dla gospodarki ściekowej z tej produkcji.
URL http://ros.edu.pl/images/roczniki/archive/pp_2000_018.pdf
Languagepl polski
File
Biń A.K., Zieliński J. - Chemiczna degradacja zanieczyszczeń....pdf of 10-10-2017
334.03 KB
Score (nominal)15
Publication indicators WoS Impact Factor: 2010 = 0.231 (2) - 2013=0.735 (5)
Citation count*3 (2014-05-01)
Cite
Share Share

Get link to the record


* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back
Confirmation
Are you sure?