Trattamento delle acque reflue acide

Le acque reflue acide sono quelle con un valore di pH inferiore a 6. In base ai diversi tipi e concentrazioni di acidi, le acque reflue acide possono essere suddivise in acque reflue acide inorganiche e acque reflue acide organiche. Si distinguono inoltre acque reflue fortemente acide e acque reflue debolmente acide; acque reflue monoacide e acque reflue poliacide; acque reflue acide a bassa concentrazione e acque reflue acide ad alta concentrazione. Solitamente, le acque reflue acide, oltre a contenere acidi, spesso contengono anche ioni di metalli pesanti, i loro sali e altre sostanze nocive. Le acque reflue acide provengono da una vasta gamma di fonti, tra cui drenaggio minerario, idrometallurgia, laminazione dell'acciaio, trattamento superficiale acido di acciaio e metalli non ferrosi, industria chimica, produzione di acidi, coloranti, elettrolisi, galvanostegia, fibre artificiali e altri settori industriali. Le acque reflue acide più comuni sono quelle contenenti acido solforico, seguite da quelle contenenti acido cloridrico e acido nitrico. Ogni anno, la Cina scarica quasi un milione di metri cubi di acque reflue acide industriali. Se queste acque reflue venissero scaricate direttamente senza trattamento, corroderebbero le condutture, danneggerebbero le colture, i pesci, le navi e comprometterebbero la salute ambientale. Le acque reflue acide industriali devono essere trattate per rispettare gli standard nazionali di scarico prima di essere rilasciate; in questo modo, le acque reflue acide possono essere riciclate e riutilizzate. Per il trattamento delle acque reflue acide, si possono utilizzare diversi metodi, tra cui il trattamento con sali, la concentrazione, la neutralizzazione chimica, l'estrazione, il trattamento con resine a scambio ionico, la separazione a membrana, ecc.

1. Riciclaggio del sale

Il cosiddetto processo di salting out consiste nell'utilizzare una grande quantità di acqua salata satura per precipitare quasi tutte le impurità organiche presenti nell'acido di scarto. Tuttavia, questo metodo produce acido cloridrico e compromette il recupero e l'utilizzo dell'acido solforico presente nell'acido di scarto; pertanto, è stato studiato un metodo per la precipitazione delle impurità organiche nell'acido di scarto mediante una soluzione satura di bisolfato di sodio.
L'acido di scarto contiene acido solforico e varie impurità organiche, costituite principalmente da una piccola quantità di acido 6-cloro-3-nitrotoluene-4-solfonico e da diversi isomeri, oltre all'acido 6-cloro-3-nitrotoluene-4-solfonico, prodotti dal toluene nei processi di solfonazione, clorurazione e nitrificazione. Il metodo di salting out consiste nell'utilizzare una grande quantità di acqua salata satura per precipitare quasi tutte le impurità organiche presenti nell'acido di scarto. Il metodo di riciclo tramite salting out non solo permette di rimuovere le varie impurità organiche dall'acido di scarto, ma anche di recuperare l'acido solforico per reintrodurlo nel ciclo produttivo, con conseguente risparmio di costi ed energia.

2. Metodo di tostatura

Il metodo di tostatura viene applicato agli acidi volatili come l'acido cloridrico, che vengono separati dalla soluzione mediante tostatura per ottenere un effetto di recupero.

3. Metodo di neutralizzazione chimica

La reazione acido-base fondamentale H+(aq)+OH-(aq)=H2O è anche una base importante per il trattamento delle acque reflue acide. I metodi comuni per il trattamento delle acque reflue acide includono la neutralizzazione e il riciclo, la neutralizzazione reciproca delle acque reflue acido-base, la neutralizzazione farmacologica, la neutralizzazione per filtrazione, ecc. Agli albori di alcune imprese siderurgiche in Cina, la maggior parte di esse utilizzava il metodo di neutralizzazione acido-base per trattare i liquidi di scarto derivanti dal decapaggio con acido cloridrico e acido solforico, in modo che il valore del pH raggiungesse lo standard di scarico. Carbonato di sodio (soda caustica), idrossido di sodio, calcare o calce come materie prime per la neutralizzazione acido-base, generalmente utilizzate sono economiche e facili da produrre.

4. Metodo di estrazione

L'estrazione liquido-liquido, nota anche come estrazione con solvente, è un'operazione unitaria che sfrutta la differenza di solubilità dei componenti del liquido di partenza nel solvente appropriato per ottenere la separazione. Nel trattamento delle acque reflue acide, è necessario che le acque reflue acide e il solvente organico entrino completamente in contatto, in modo che le impurità presenti nell'acido di scarto vengano trasferite al solvente. I requisiti dell'estrattore sono: (1) deve essere inerte nei confronti dell'acido di scarto, non reagire chimicamente con l'acido di scarto e non dissolversi in esso; (2) le impurità presenti nell'acido di scarto devono avere un elevato coefficiente di ripartizione nell'estrattore e nell'acido solforico; (3) il costo deve essere basso e la reperibilità semplice; (4) deve essere facile da separare dalle impurità, con una minima perdita durante l'estrazione. Tra gli estrattori più comuni figurano il benzene (toluene, nitrobenzene, clorobenzene), i fenoli (creosoto, difenolo grezzo), gli idrocarburi alogenati (tricloroetano, dicloroetano), l'etere isopropilico e l'N-503.

5. Metodo della resina a scambio ionico

Il principio fondamentale del trattamento dei liquidi di scarto contenenti acidi organici mediante resine a scambio ionico è che alcune resine a scambio ionico sono in grado di assorbire gli acidi organici dalla soluzione acida di scarto ed escludere gli acidi inorganici e i sali metallici, consentendo così la separazione dei diversi acidi e sali.

6. metodo di separazione a membrana

Per i liquidi di scarto acidi, si possono utilizzare anche metodi di trattamento a membrana come la dialisi e l'elettrodialisi. Il recupero dei liquidi di scarto acidi tramite membrana si basa principalmente sul principio della dialisi, che è guidata dalla differenza di concentrazione. L'intero dispositivo è composto da una membrana di dialisi a diffusione, una piastra di erogazione del liquido, una piastra di rinforzo, un telaio della piastra di flusso del liquido, ecc., e realizza l'effetto di separazione separando le sostanze presenti nel liquido di scarto.

7. Metodo di cristallizzazione per raffreddamento

Il metodo di cristallizzazione per raffreddamento è un metodo che prevede la riduzione della temperatura di una soluzione e la precipitazione del soluto. Viene utilizzato nel processo di trattamento degli acidi di scarto, in cui le impurità presenti nell'acido di scarto vengono eliminate tramite raffreddamento, recuperando così una soluzione acida conforme ai requisiti e riutilizzabile. Ad esempio, l'acido solforico di scarto proveniente dal processo di lavaggio acilico di un laminatoio contiene una grande quantità di solfato ferroso, che viene trattato mediante un processo di concentrazione-cristallizzazione e filtrazione. Dopo la rimozione del solfato ferroso tramite filtrazione, l'acido può essere reimmesso nel processo di decapaggio dell'acciaio per un ulteriore utilizzo.

La cristallizzazione per raffreddamento ha numerose applicazioni industriali, illustrate qui dal processo di decapaggio nella lavorazione dei metalli. Nei processi di lavorazione dell'acciaio e meccanica, si utilizza comunemente una soluzione di acido solforico per rimuovere la ruggine dalla superficie metallica. Pertanto, il riciclo dell'acido esausto può ridurre notevolmente i costi e proteggere l'ambiente. La cristallizzazione per raffreddamento viene utilizzata nell'industria per realizzare questo processo.

8. Metodo di ossidazione

Questo metodo è utilizzato da tempo e il principio si basa sulla decomposizione delle impurità organiche presenti nell'acido solforico di scarto mediante agenti ossidanti in condizioni appropriate, in modo da convertirle in anidride carbonica, acqua, ossidi di azoto, ecc., e separarle dall'acido solforico, consentendo così la purificazione e il recupero dell'acido solforico di scarto. Gli ossidanti comunemente utilizzati sono perossido di idrogeno, acido nitrico, acido perclorico, acido ipocloroso, nitrati, ozono e così via. Ogni ossidante presenta vantaggi e limitazioni.