1. Neutralizacja chemiczna - definicja i podstawy ogólne procesu.

Neutralizacja, inaczej zobojętnianie, jest procesem chemicznym, przy czym prowadzi się go do wymaganego pH, przy użyciu odpowiednich reagentów. Proces ten stosowany jest w zależności od potrzeb jako proces wstępny, wspomagający lub ostateczny przed odprowadzeniem ścieków do odbiornika. Wymagany odczyn może być różny. W przypadku bezpośredniego odprowadzenia ścieków do odbiornika otwartego lub kanalizacji miejskiej odczyn powinien odpowiadać wartościom pH określonym w Rozporządzeniu Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa,
z dnia 5 listopada 1991 r. (Dziennik Ustaw Nr 16, poz. 503, Załącznik nr 1 i nr 2). W zależności od składu ścieków i rodzaju stosowanego reagenta, neutralizacji (szczególnie ścieków kwaśnych) może towarzyszyć proces chemicznego współstrącania i strącania, np. strącania wodorotlenków metali ciężkich, nierozpuszczalnych soli. Niekiedy w celu maksymalnego strącenia substancji rozpuszczonych zachodzi konieczność silnego zakwaszenia lub alkalizacji ścieków. Wówczas po oddzieleniu strąconego osadu przeprowadza się powtórną korektę pH. W procesie neutralizacji biorą udział jony H⁺ lub OH^-. Neutralizacja wolnych kwasów i zasad zależy od stężenia, pH roztworu i rodzaju czynnika neutralizującego. Na przykład mocne kwasy i zasady wymagają większej dawki czynnika neutralizującego w celu uzyskania wymaganego pH niż kwasy i zasady słabe. W procesie neutralizacji rodzaj dozowanego do ścieków reagenta zależy od składu ilościowo-jakościowego ścieków i rodzaju procesu stosowanego po procesie neutralizacji ścieków. Wyróżniamy dwie techniki neutralizacji: rozcieńczanie oraz chemiczna neutralizacja. Chemiczna neutralizacja jest to proces zobojętniania. Najczęściej w układzie chemicznym spotykamy neutralizacje w postaci reakcji wzajemnego oddziaływania zasady i kwasu, w wyniku której powstaje obojętna sól i woda. Roztwory neutralizujące są wodnymi roztworami związków chemicznych wchodzącymi w reakcje ze skażeniami, w wyniku której następuje ich neutralizacja. Poziom neutralizacji może być różny tzn. że agresywność związku chemicznego może być sprowadzona do zera lub znaczenie ograniczona. Zależy to między innymi od ilości podanego neutralizatora w stosunku do ilości związku chemicznego, temperatury
i czasu reakcji zachodzącej między obydwoma związkami. Neutralizację ścieków prowadzi się
w komorach lub na złożach neutralizujących. Małe ilości ścieków do 400 m³/d neutralizuje się okresowo, najczęściej w na przemian pracujących komorach reakcji. Przy większych ilościach ścieków proces prowadzi się w komorach o działaniu ciągłym. Do dozowania reagentów stosowane są różnego rodzaju dawkowniki [7÷9]. Do bardzo prostych dawkowników należy urządzenie Chowanskowo. Jest to zbiornik z dozowanym roztworem, w którym znajduje się pływak
z elastycznym przewodem. Do pływaka przymocowana jest rurka odpowietrzająca i dozująca diafragma. Wysokość słupa cieczy nad diafragmą decyduje o tym, czy jest ona otwarta czy zamknięta, a więc czy roztwór jest dozowany czy też nie. Najczęściej stosowane dawkowniki o stałej wielkości dawki, która może być regulowana według masy oraz objętości dawkowanej substancji. Ilość dozowanego roztworu reguluje się głębokością zanurzenia kalibrowanego otworu, wielkością ciśnienia, prędkością przepływu. Do dawkowania suspensji mogą być stosowane pompy nurnikowe, tłokowe i membranowe. Wiele firm zagranicznych oferuje pompy dawkujące roztwór bądź suspensję zarówno o dawce stałej, jak i proporcjonalnej do przepływu. Dawkowniki mogą mieć regulację automatyczną, półautomatyczną i ręczną.

1. Substancje stosowane do neutralizacji.

Do neutralizacji ścieków kwaśnych stosuje się najczęściej wodorotlenki sodu NaOH, w postaci roztworu o stężeniu od 20 do 30%, i wapnia Ca(OH)₂ w postaci zawiesiny (mleka wapiennego)
o stężeniu od 5 do 15% , a także węglany sodu Na₂CO₃ w postaci roztworu i wapnia CaCO₃ w postaci złoża ziarnistego, tlenek magnezu w formie złoża granulatu, dolomit CaCo₃ · MgCO₃ i magnezyt MgCO₃ w postaci złoża ziarnistego. Ścieki alkaliczne neutralizuje się kwasami mineralnymi: siarkowym H₂SO₄, solnym HCL, azotowym HNO₃, a także ich mieszaninami. Do neutralizacji ścieków alkalicznych stosowane są również inne kwasy, takie jak: fosforowy H₃PO₄, siarkowy H₂SO₃, a także kwasy organiczne, np. octowy CH₃COOH. Ścieki alkaliczne można również neutralizować za pomocą CO₂
w postaci gazu czystego lub zawartego w gazach spalinowych. Neutralizację można prowadzić przez mieszanie ścieków kwaśnych i zasadowych - jest to metoda najprostsza i najtańsza, ale nie zawsze
w jednym zakładzie są ścieki obu rodzajów.

W celu neutralizacji możemy również zastosować następujące związki chemiczne:

1. podchloryn sodu: jest to płyn o barwie żółtej do seledynowej. Stosuje się go do neutralizacji cyjanków (organicznych i nieorganicznych). Jest on silnym utleniaczem, który w normalnych warunkach rozkłada się z wydzielaniem tlenu, a w temperaturze 70⁰C rozkłada się wybuchowo. Pod wpływem kwasu rozkłada się z wydzielaniem chloru. W przypadku rozlania cyjanków organicznych należy miejsca skażone polać technicznym podchlorynem sodu.
   W czasie przebiegu reakcji sprawdzić pH środowiska przy pomocy papierka lakmusowego. Papierek powinien zabarwić się na kolor ciemno niebieski. Korektę przeprowadzić przy pomocy roztworu wapna gaszonego. Zakończenie neutralizacji - sprawdzić papierkiem jednoskrobiowym - powinien zabarwić się na jasnoniebieski kolor. W przypadku rozsypania cyjanków nieorganicznych, należy cyjanki zebrać do hoboków, a miejsce skażone neutralizować jak przy cyjankach organicznych. Przybliżony czas trwania reakcji to 3-4 godziny. Podchloryn sodu działa drażniąco na skórę. Osoby biorące udział w akcji ratowniczej lub w likwidacji awarii muszą być wyposażone w maski przeciwgazowe z pochłaniaczem na HCN oraz gazoszczelne ubranie przeciwgazowe.

2. kwaśny węglan sodu: stosuje się do neutralizacji kwasów. W przypadku rozlania kwasu, miejsca skażone posypywać kwaśnym węglanem sodu i polać obficie wodą. Osoby biorące udział w akcji ratowniczej lub w likwidacji zdarzenia muszą być wyposażone w aparaty ODO oraz gazoszczelne ubrania ochronne.

3. żel krzemowy: neutralizator czteroetylku ołowiu (UWAGA!!! niszczy odzież gumową).
   W przypadku rozlania czteroetylku ołowiu lub płynu etylowego należy zasypać ciecz żelem krzemowym i dokładnie zebrać do hoboka. Osoby biorące udział w akcji ratowniczej lub
   w likwidacji zdarzenia muszą być wyposażone w aparaty ODO oraz gazoszczelne ubrania ochronne.

4. tiosiarczan sodu (antychlor): neutralizuje chlor i fluor. Roztwór tiosiarczanu sodu może być stosowany jako neutralizator przy wyciekach małych ilości chloru. Miejsce wycieku chloru polewać obficie tiosiarczanem sodu lub obłożyć tamponem nasyconym tym roztworem. Osoby biorące udział w akcji ratowniczej lub w likwidacji zdarzenia muszą być wyposażone
   w aparaty ODO oraz kwasoodporne ubrania ochronne.

5. wapno gaszone: neutralizator kwasu fluorowodorowego, siarkowego, dwutlenku siarki
   i siarczanu dwumetylu. W przypadku rozlania wymienionych substancji, miejsca skażone polać mlekiem wapiennym lub posypać wapnem gaszonym i polać obficie wodą. Osoby biorące udział w akcji ratowniczej lub w likwidacji zdarzenia muszą być wyposażone
   w aparaty ODO oraz gazoszczelne ubrania ochronne.

6. siarczan sodu: neutralizuje związki baru. W przypadku rozsypania związków baru należy teren skażony polać obficie roztworem siarczanu sodu. Osoby biorące udział w akcji ratowniczej lub w likwidacji zdarzenia muszą być wyposażone w aparaty ODO oraz gazoszczelne ubrania ochronne.

1. Przyczyny zakwaszenia/ zalkalizowania wód i ścieków.

Woda to jeden z najbardziej rozpowszechnionych związków chemicznych na Ziemi. Przez zanieczyszczenie wód rozumiemy niekorzystne zmiany właściwości fizycznych, chemicznych
i bakteriologicznych spowodowane wprowadzaniem w nadmiarze substancji nieorganicznych, organicznych, radioaktywnych, które uniemożliwiają wykorzystanie wody do picia i celów gospodarczych.

Zanieczyszczenia wód dzieli się na:

1. naturalne, pochodzące z domieszek zawartych w wodach powierzchniowych i podziemnych,

2. sztuczne, związane z działalnością człowieka:

• biologiczne: spowodowane obecnością drobnoustrojów patogennych np. bakterii, wirusów, glonów, grzybów, pierwotniaków i ich toksyn,

• chemiczne: odnoszą do zmian składu chemicznego i odczynu pH. Należą do nich oleje, benzyna, smary, ropa, detergenty, pestycydy, nawozy, węglowodory aromatyczne, sole metali ciężkich, silne kwasy, zasady, fenole i krezole.

Główne zanieczyszczenia chemiczne wód:

1. detergenty: gospodarstwa domowe, pralnie, myjnie, przemysł papierniczy, farbiarski, gumowy, szklarski, tekstylny, budownictwo,

2. środki ochrony roślin (pestycydy), nawozy sztuczne (azotany, fosforany): przemysł chemiczny, rolnictwo, leśnictwo,

3. fenole: przemysł chemiczny, spożywczy, ścieki komunalne, rafinerie, koksownie, gazownie, garbarnie,

4. związki metali ciężkich (Hg, Cd, Cr, Mn, Cu, Fe): transport samochodowy, ścieki przemysłowe, garbarnie, metalurgia, górnictwo, hutnictwo,

5. węglowodory aromatyczne: petrochemia, przemysł chemiczny,

6. radioizotopy (radanu, strontu): eksplozje jądrowe, przemysł zbrojeniowy, odpady, ścieki,

7. cyjanki: galwanizernia,

8. benzyna, nafta, olej, ropa naftowa, smary: komunikacja, transport samochodowy
   i wodny, awarie i katastrofy tankowców, platform wiertniczych, przemysł paliwowo-energetyczny.

Ścieki:

Ścieki bytowo-gospodarcze. Pochodzą z bezpośredniego otoczenia człowieka. Powstają
w wyniku zaspokajania potrzeb gospodarczych oraz higieniczno sanitarnych. Zawierają dużą ilość zawiesin oraz związków organicznych nieorganicznych. Mogą zawierać także wirusy i bakterie chorobotwórcze oraz jaja robaków pasożytniczych. Skażenie powierzchniowych i podziemnych wód ściekami bytowymi stanowi poważne zagrożenie higieniczne oraz epidemiologiczne.

Wyróżniamy:

1. ścieki przemysłowe: powstają w zakładach produkcyjnych i usługowych podczas różnych procesów technologicznych,

2. Ścieki odpadowe: powstają w wyniku spływów deszczowych, topnienie śniegu,
   a także przy myciu i polewaniu ulic.

1. Zagrożenia płynące z braku neutralizacji wody i ścieków.

Eutrofizacja wód.

Jest to proces wzbogacania zbiorników wodnych w substancje pokarmowe (nutrienty, biogeny), głównie w związki azotu i fosforu. Eutrofizacja jest procesem zachodzącym naturalnie lub antropogenicznie. Użyźnienie naturalne zachodzi przez spływ ze zlewni związków mineralnych
i materii organicznej, rozkładanej następnie przez mikroorganizmy w zbiorniku. Jest to proces bardzo powolny, przejście zbiornika ze stanu oligotrofii (niskiej żyzności) do eutrofii (wysokiej żyzności), trwa setki lub nawet tysiące lat. Eutrofizacja antropogeniczna zachodzi głównie przez spływ ścieków
i nawozów mineralnych. Większość biogenów dostaje się do wody wraz ze ściekami organicznymi, np. w Wiśle takie pochodzenie ma ok. 2/3 azotu i fosforu. Proces ten zachodzi bardzo szybko, niewielki zbiornik może się zeutrofizować nawet w ciągu kilku do kilkunastu lat. W szczególnie drastycznych przypadkach, np. przy zrzucaniu do jezior surowych ścieków komunalnych czy gnojówki, dochodzi do osiągnięcia przez zbiornik stanów niespotykanych w naturze: politrofii i hypertrofii. Następuje wtedy niemal całkowity zanik organizmów wyższych poza cienką, kilkudziesięciocentymetrową warstwą wody stykającą się z atmosferą.

Ochrona zasobów wodnych polega przede wszystkim na rozwiązaniach technicznych, takich jak: stosowanie bezściekowych technologii, napowietrzenie wód stojących, zamykanie obiegów wodnych, utylizacja wód kopalnianych oraz powtórne wtłaczanie tych wód do górotworu, zabezpieczenie hałd i wysypisk, oczyszczanie ścieków.

Metody oczyszczania ścieków: mechaniczne- polegające na usuwaniu zanieczyszczeń nierozpuszczalnych, chemiczne- polegające na wytrącaniu niektórych związków rozpuszczalnych lub ich neutralizacji oraz biologiczne- najważniejsze w technologii oczyszczania ścieków, polegające na zmineralizowaniu zanieczyszczeń dzięki działaniu mikroorganizmów.