Asit içeren atık suların arıtılması

Asidik atık su, pH değeri 6'dan düşük olan atık sudur. Asitlerin farklı tür ve konsantrasyonlarına göre asidik atık su, inorganik asitli atık su ve organik asitli atık su olarak sınıflandırılabilir. Kuvvetli asitli atık su ve zayıf asitli atık su; monoasitli atık su ve poliasitli atık su; düşük konsantrasyonlu asidik atık su ve yüksek konsantrasyonlu asidik atık su olarak da ayrılabilir. Genellikle asidik atık su, bir miktar asit içermesinin yanı sıra, sıklıkla ağır metal iyonları ve tuzları ile diğer zararlı maddeleri de içerir. Asidik atık su, maden drenajı, hidrometalurji, çelik haddeleme, çelik ve demir dışı metallerin yüzey asit işlemi, kimya endüstrisi, asit üretimi, boyalar, elektroliz, elektrokaplama, suni elyaflar ve diğer endüstriyel sektörler dahil olmak üzere çok çeşitli kaynaklardan gelir. En yaygın asidik atık su sülfürik asitli atık sudur, bunu hidroklorik asit ve nitrik asitli atık sular takip eder. Çin her yıl yaklaşık bir milyon metreküp endüstriyel atık asit deşarj etmektedir. Bu atık sular arıtılmadan doğrudan deşarj edilirse, boru hatlarını aşındırır, ekinlere zarar verir, balıklara ve gemilere zarar verir ve çevre sağlığını bozar. Endüstriyel asit atık sularının deşarj edilmeden önce ulusal deşarj standartlarını karşılayacak şekilde arıtılması gerekmektedir; böylece asit atık suları geri dönüştürülebilir ve yeniden kullanılabilir. Atık asit arıtımında tuz arıtma, konsantrasyon yöntemi, kimyasal nötralizasyon yöntemi, ekstraksiyon yöntemi, iyon değişim reçinesi yöntemi, membran ayırma yöntemi vb. yöntemler seçilebilir.

1. Tuzdan arındırma geri dönüşümü

Tuzlama yöntemi olarak adlandırılan işlemde, atık asitteki organik safsızlıkların neredeyse tamamını çöktürmek için büyük miktarda doymuş tuzlu su kullanılır. Ancak bu yöntem hidroklorik asit üretir ve atık asitteki sülfürik asidin geri kazanımını ve kullanımını etkiler; bu nedenle, atık asitteki organik safsızlıkların sodyum bisülfat doymuş çözeltisi ile tuzlama yöntemi incelenmiştir.
Atık asit, sülfürik asit ve çeşitli organik safsızlıklar içerir; bunlar esas olarak az miktarda 6-kloro-3-nitrotoluen-4-sülfonik asit ve toluenin sülfonasyon, klorlama ve nitrifikasyon işlemlerinden kaynaklanan 6-kloro-3-nitrotoluen-4-sülfonik asit dışındaki çeşitli izomerlerdir. Tuzlama yöntemi, atık asitteki hemen hemen tüm organik safsızlıkları çöktürmek için büyük miktarda doymuş tuzlu su kullanmayı içerir. Tuzlama geri dönüşüm yöntemi, atık asitteki çeşitli organik safsızlıkları gidermenin yanı sıra, sülfürik asidi geri kazanarak döngüsel üretime kazandırarak maliyet ve enerji tasarrufu sağlar.

2. Kavurma yöntemi

Kavurma yöntemi, hidroklorik asit gibi uçucu asitlere uygulanır; bu asitler, geri kazanım etkisi elde etmek için kavurma yoluyla çözeltiden ayrılır.

3. Kimyasal nötrleştirme yöntemi

H+(aq)+OH-(aq)=H2O temel asit-baz reaksiyonu, asit içeren atık suların arıtılması için de önemli bir temel oluşturmaktadır. Asit içeren atık suların arıtılmasında yaygın kullanılan yöntemler arasında nötralizasyon ve geri dönüşüm, asit-baz atık sularının karşılıklı nötralizasyonu, ilaçla nötralizasyon, filtrasyonla nötralizasyon vb. yer almaktadır. Çin'deki bazı demir ve çelik işletmelerinin ilk dönemlerinde, çoğu hidroklorik asit ve sülfürik asit ile yapılan deşarj atık sularını arıtmak için asit-baz nötralizasyon yöntemini kullanmış ve böylece pH değerinin deşarj standardına ulaşmasını sağlamıştır. Asit-baz nötralizasyonunda hammadde olarak sodyum karbonat (soda külü), sodyum hidroksit, kireçtaşı veya kireç kullanılır; genel kullanımda ucuz ve kolay kireç üretimi tercih edilir.

4. Ekstraksiyon yöntemi

Sıvı-sıvı ekstraksiyonu, diğer adıyla çözücü ekstraksiyonu, ham madde sıvısındaki bileşenlerin uygun çözücüdeki çözünürlük farkını kullanarak ayırma işlemini gerçekleştiren bir birim işlemdir. Asit içeren atık suların arıtılmasında, atık asitteki safsızlıkların çözücüye geçmesi için asit içeren atık su ile organik çözücünün tamamen temas ettirilmesi gereklidir. Ekstraksiyon maddesinin gereklilikleri şunlardır: (1) Atık asit için inert olmalı, atık asitle kimyasal reaksiyona girmemeli ve atık asitte çözünmemelidir; (2) Atık asitteki safsızlıkların ekstraksiyon maddesi ve sülfürik asitte yüksek bir dağılım katsayısına sahip olması gerekir; (3) Fiyatı ucuz ve kolay temin edilebilir olmalıdır; (4) Safsızlıklardan kolayca ayrılabilmeli ve sıyırma sırasında az kayıp olmalıdır. Yaygın ekstraksiyon maddeleri arasında benzen (toluen, nitrobenzen, klorobenzen), fenoller (krezot ham difenol), halojenli hidrokarbonlar (trikloroetan, dikloroetan), izopropil eter ve N-503 bulunur.

5. İyon değişim reçinesi yöntemi

İyon değişim reçinesi ile organik asit atık sıvısının arıtılmasının temel prensibi, bazı iyon değişim reçinelerinin atık asit çözeltisinden organik asitleri emebilmesi ve inorganik asitleri ve metal tuzlarını dışlayarak farklı asit ve tuzların ayrıştırılmasını sağlamasıdır.

6. Membran ayırma yöntemi

Asidik atık sıvılar için diyaliz ve elektrodiyaliz gibi membran arıtma yöntemleri de kullanılabilir. Atık asidin membranla geri kazanımı esas olarak konsantrasyon farkıyla çalışan diyaliz prensibini benimser. Cihazın tamamı difüzyon diyaliz membranı, sıvı dağıtım plakası, takviye plakası, sıvı akış plakası çerçevesi vb. bileşenlerden oluşur ve atık sıvıdaki maddeleri ayırarak ayırma etkisi sağlar.

7. Soğutmalı kristalleştirme yöntemi

Soğutmalı kristalizasyon yöntemi, çözeltinin sıcaklığını düşürerek çözünen maddeyi çöktürme yöntemidir. Atık asit arıtma işleminde, atık asitteki safsızlıkların soğutularak, gereksinimleri karşılayan ve yeniden kullanılabilen asit çözeltisinin geri kazanılması için kullanılır. Örneğin, bir haddehanenin asil yıkama işleminden çıkan atık sülfürik asit, yüksek miktarda demir sülfat içerir; bu da konsantrasyon-kristalizasyon ve filtrasyon işlemiyle arıtılır. Filtrasyon yoluyla demir sülfat uzaklaştırıldıktan sonra, asit çelik asitleme işlemine geri döndürülerek kullanılmaya devam edilebilir.

Soğutmalı kristalizasyonun birçok endüstriyel uygulaması vardır; burada metal işlemede kullanılan asitleme işlemiyle örneklendirilmiştir. Çelik ve mekanik işleme süreçlerinde, metal yüzeyindeki pası gidermek için yaygın olarak sülfürik asit çözeltisi kullanılır. Bu nedenle, atık asidin geri dönüşümü maliyetleri büyük ölçüde azaltabilir ve çevreyi koruyabilir. Soğutmalı kristalizasyon, endüstride bu işlemi gerçekleştirmek için kullanılır.

8. Oksidasyon yöntemi

Bu yöntem uzun zamandır kullanılmaktadır ve prensibi, atık sülfürik asitteki organik safsızlıkların uygun koşullar altında oksitleyici maddelerle parçalanarak karbondioksit, su, azot oksitleri vb. maddelere dönüştürülmesi ve sülfürik asitten ayrılmasıdır; böylece atık sülfürik asit saflaştırılıp geri kazanılabilir. Yaygın olarak kullanılan oksitleyiciler hidrojen peroksit, nitrik asit, perklorik asit, hipokloröz asit, nitrat, ozon vb.'dir. Her oksitleyicinin avantajları ve sınırlamaları vardır.