Механические методы очистки сточных вод. Нейтрализация сточных вод добавлением реагентов. Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией. Фильтрование через нейтрализующие материалы. Расчет нейтрализации кислых вод, содержащих соединения меди.
Аннотация к работе
Данный метод применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей, которое происходит под действием силы тяжести. Применяют для очистки сточных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из следующих стадий: дозирование и смешивание реагентов со сточной водой; хлопьеобразование и осаждение хлопьев. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, причем эта твердая фаза обладает свойством обменивать ионы, содержащиеся в ней, на ионы, присутствующие в растворе. нейтрализация фильтрование сточный вода Биологическая очистка сточных вод - один из самых распространенных способов обезвреживания сточных вод при подготовке их к спуску в водоемы, основанный на микробиальных (под воздействием микробов) процессах распада и минерализации органических веществ по аналогичной схеме [7].Сточными водами предприятий промышленности и агропромышленного комплекса загрязняются реки, озера, моря. Существует несколько путей уменьшения количества загрязнений сточных вод, например, внедрение безотходных или малоотходных технологий, усовершенствование существующих процессов, внедрение современного оборудования, повторное использование очищенных сточных вод в оборотных и замкнутых системах. А также эти методы применяются для очистки сточных вод перед сбросом в водоем. В данном курсовом проекте рассмотрен метод очистки сточных вод нейтрализацией, относящийся к химическим методам очистки сточных вод.
Введение
В целях охраны поверхностных вод предприятие должно обеспечить: - наличие лицензии и договора на пользование водным объектом и соблюдение их условий;
- содержание в исправном состоянии очистных, гидротехнических и других водохозяйственных сооружений и технических устройств;
- наличие контрольно-измерительной аппаратуры по определению качества забираемой и сбрасываемой в водный объект воды и соблюдение сроков ее государственной аттестации;
- организацию учета забираемых, используемых и сбрасываемых вод, количества загрязняющих веществ в них, а также систематические наблюдения за водными объектами и их водоохранными зонами;
- соблюдение установленных лимитов забора воды и сброса сточных вод;
- соблюдение установленного режима использования водоохранных зон;
- предотвращение попадания продуктов производства и сопутствующих ему загрязняющих веществ на территорию производственной площадки промышленного объекта и непосредственно в водные объекты [1].
Целью курсового проекта является очистка сточных вод методом нейтрализации. Для достижения данной цели в литературном обзоре были рассмотрены методы очистки сточных вод и особое внимание уделено методу нейтрализации. В проектной части была рассмотрена схема, используемая в процессе реагентной нейтрализации сточных вод. А также в расчетной части было рассчитано количество нейтрализующего агента для нейтрализации кислых сточных вод, содержащих соединения меди, а также отстойник для осаждения осадка.
1. Литературный обзор
1.1 Очистка сточных вод
Высокие нормы удельного водопотребления и большие объемы сбросов в водоемы есть результат несовершенства технологических процессов и схем, на которых построено промышленное производство. Большое количество отходов при современных методах промышленного производства не является неизбежным, оно может быть сокращено путем создания новых, более современных методов очистки сточных вод [2].
В зависимости от условий образования, сточные воды делятся на атмосферные, бытовые и промышленные. Все сточные воды очищаются от примесей механическими, химическими, физико-химическими, биохимическими и термическими методами. Все методы очистки подразделяются на рекуперационные и деструктивные. При рекуперации из сточных вод извлекаются и перерабатываются ценные вещества. При деструктивных методах загрязняющие вещества разрушаются, и продукты разрушения чаще всего удаляются из раствора в виде газа или осадка [3].
Механические методы очистки сточных вод
Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др.[4].
Механические методы очистки сточных вод делятся на три группы: процеживание, отстаивание, фильтрование.
Отстаивание
Данный метод применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей, которое происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса отстаивания применяют песколовки, отстойники и осветители.
Песколовки. Их применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений (0,20-0,25 мм) из сточных вод. Различают горизонтальные и вертикальные песколовки. Рекомендуется применять их при расходах сточных вод до 7000 м?/сутки. Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации взвешенных частиц.
Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при расходах сточной воды свыше м?/сут. Эффективность достигает 60%. Скорость отстаивания применяют не более 0,01 м/с. Продолжительность отстаивания 1-3 часа.
Вертикальный отстойник. Представляет собой цилиндрический (или квадратный в плане) резервуар с коническим днищем (Рис.1, б). Сточную воду подводят по центральной трубе. После поступления внутрь отстойника вода движется снизу вверх к желобу. Для лучшего ее распределения и предотвращения образования мути трубу делают с раструбом и распределительным щитом. Таким образом, осаждение происходит в нисходящем потоке, скорость которого равна 0,5-0,6 м/с. Эффективность осаждения ниже на 10-20%, чем в горизонтальных отстойниках.
Радиальные отстойники. Представляют собой круглые в плане резервуары (рис 1, в). Вода в них движется от центра к периферии. При этом минимальная скорость наблюдается у периферии. Такие отстойники применяют при расходах сточных вод свыше 20000 м?/сут. Эффективность осаждения составляет 60%.
Тонкослойные отстойники. Трубчатые отстойники в общем случае представляют собой резервуары глубиной 0,2-0,3 м (Рис.1, г). Используют для осветления сточных вод с небольшим содержанием взвешенных частиц при расходах 100-10000 м3/сут. Эффективность очистки 80-85 %.
В трубчатых отстойниках с большим наклоном вода проходит снизу вверх, а осадок непрерывно сползает по дну трубок в шламовое пространство. Непрерывное удаление осадка исключает необходимость промывки трубок.
Пластинчатые отстойники имеют в своем корпусе ряд параллельно установленных наклонных пластин (Рис.1, д). Вода движется между пластинами, а осадок сползает в шламоприемник [3].
Осветлители. Применяют для очистки сточных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют, в частности, осветлители с взвешенным слоем осадка, через который пропускают воду, предварительно обработанную коагулянтом.
Принципиальная схема осветлителя показана на рис. 1. Воду с коагулянтом подают в нижнюю часть осветлителя. Хлопья коагулянта и увлекаемые им частицы взвеси поднимаются восходящим потоком воды до тех пор, пока скорость выпадения их не станет равной скорости восходящего потока - сечение 1-1. Выше этого сечения образуется слой взвешенного осадка, через который фильтруется осветленная вода. При этом наблюдается процесс прилипания частиц взвеси к хлопьям коагулянта. Осадок удаляется в осадкоуплотнитель, а осветленная вода поступает в желоб, из которого ее направляют на дальнейшую очистку.
Степень очистки от взвешенных частиц достигает 70 % [3].
Химические методы очистки сточных вод
Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химические методы очистки сточных вод также делятся на 3 группы: нейтрализация; окисление; восстановление.
Восстановление
Применяется, когда в растворе содержатся легко восстанавливающиеся вещества. Прежде всего, ионы тяжелых металлов, таких как хром, ртуть и другие. Метод очистки сточных вод от веществ, содержащих шестивалентный хром, основан на его восстановлении до трехвалентного с последующим осаждением в виде гидроксида в щелочной среде. Наиболее часто в качестве восстановителя используют гидросульфит (бисульфит) натрия. Очистку проводят на установках периодического и непрерывного действия.
Окисление.
При деструктивном окислении загрязняющие вещества разрушаются и переводятся в безвредное состояние. Очистка окислением связана с большим расходом реагентов и поэтому применяется в тех случаях, когда невозможно или нецелесообразно использовать другие методы, например, при очистке соединений мышьяка и циановых соединений.
Окисление хлором. Хлор и вещества, содержащие «активный хлор», являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов и др. загрязняющих веществ. При введении хлора в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты.
Cl 2 H2O > HOCL HCL
Далее происходит диссоциация хлорноватистой кислоты: HOCL > H Ocl-
Сумма Cl 2 HOCL Ocl- называется свободным «активным хлором». В присутствие аммонийных соединений в воде образуется хлорноватистая кислота, хлорамин и дихлорамин. Хлор в виде хлорамина называется связанным «активным хлором».
Физико-химические методы очистки сточных вод.
При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, флотация, сорбция, экстракция, электродиализ, ионный обмен, флотация и др.
Коагуляция и флокуляция
Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из следующих стадий: дозирование и смешивание реагентов со сточной водой; хлопьеобразование и осаждение хлопьев.
Сорбция.
Сорбция - это равновесный динамический процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым веществом, жидкостью или газом. Природные пористые материалы, такие, как торф, активные глины и производственные отходы - зола, коксовая мелочь, силикагели, алюмогели и др., обладают малой сорбционной емкостью и высоким сопротивлением фильтрации [5].
Сорбенты, используемые для очистки сточных вод, могут быть нерегенерируемыми и регенерируемыми. В последнем случае они подвергаются восстановлению с использованием регенеративной технологии, когда извлеченные вещества утилизируются, или деструктивной, при которой извлеченные вещества уничтожаются. Эффективным сорбентом, используемыми в технологии очистки городских сточных вод, являются гранулированные активные угли различных марок [6].
Обратный осмос и ультрафильтрация
Обратным осмосом и ультрафильтрацией называют процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая растворенные вещества. При обратном осмосе отделяются частицы (молекулы, гидратированные ионы), размеры которых не превышают размеров молекул растворителя(0,0001-0,001 мкм). При ультрафильтрации размер отдельных частиц на порядок больше(0,001-0,02 мкм).
Ионный обмен.
Применяется для извлечения из сточных вод ионов металла, а также соединений мышьяка, фосфора, цианосоединений, а также радиоактивных веществ. Метод позволяет извлекать ценные вещества при высокой степени очистки. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, причем эта твердая фаза обладает свойством обменивать ионы, содержащиеся в ней, на ионы, присутствующие в растворе. нейтрализация фильтрование сточный вода
Биологическая очистка сточных вод - один из самых распространенных способов обезвреживания сточных вод при подготовке их к спуску в водоемы, основанный на микробиальных (под воздействием микробов) процессах распада и минерализации органических веществ по аналогичной схеме [7].
Процессы биологической очистки во многом аналогичны процессам самоочищения в природных водоемах, интенсифицированных применением систем инженерных сооружений, таких, как: аэротенки, биологические фильтры, биологические пруды, поля орошения, поля аэрации [3].
Биологические пруды - серии из нескольких неглубоких (до 1 м.) сообщающихся прудов, по которым сточные воды, насыщенные кислородом за счет поверхностной аэрации, медленно перетекают из одного в другой.
Аэротенки - проточные резервуары глубиной 4 - 6 м., в которых создаются условия очистки введением: необходимого количества аэробных микроорганизмов в виде активного ила, а также кислорода (искусственной аэрации). На выходе аэротанков смесь очищенной жидкости и активного ила разделяется во вторичных отстойниках за счет оседания активного ила (сточная жидкость осветляется). Из вторичных отстойников активный ил частично перекачивается в аэротенк (возвратный ил - ВИ) для повторного участия в процессе, а частично удаляется (избыточный ил -ИИ). Широкое применение находят аэротенки, действующие по типу вытеснителей, а также по принципу смесителей или аэротенков с регенераторами [8].
Поля орошения - сооружения, где процессы самоочищения сточных вод совмещаются с процессами орошения почвы для возделывания кормовых культур сточными водами (агрокультурное использование).
Поля фильтрации - сооружения, в которых межполивной период используют для того, чтобы поры почвы успевали освобождаться от вод и заполнялись атмосферным воздухом (для создания аэробных условий в почве).
Биологические фильтры - сооружения для биологической очистки сточных вод, в которых фильтрующая почва заменена фильтрующими материалами из шлака, кокса, щебня, пластмассы и др. Поверхность загрузочного материал обрастает биологической пленкой, состоящей из аэробных бактерий, различных видов безпозвоночных и водорослей. Пленка утолщается, нижние слои стареют, отмирают и вместе с очищенной водой уносятся во вторичные отстойники. Широкое применение нашли : капельные биологические фильтры и высоконагружаемые фильтры (аэрофильтры) и биофильтры с пластмассовой загрузкой [8].
В биологических прудах и аэротенках микроорганизмы, осуществляющие очистку вод (планктон и активный ил) взвешены в толще, протекающей через сооружения жидкости. В биологических фильтрах и почве полей орошения и фильтрации сточные воды сочатся через слои почвы или гранулы заполнителя, на которых развивается бактериальная флора [7].
Живыми агентами процессов биологической очистки являются: Планктон- совокупность организмов, населяющих толщу воды и перемещаемых с ее течением.
Активный ил - сложная экосистема, включающая большое количество представителей микрофлоры и микрофауны. Основу этой системы в процессе очистки составляют бактерии в виде хлопьевидных скоплений (зооглей). Присутствуют также нитчатые бактерии, грифы водных грибов, дрожжи, безцветные жгутиконосцы, саркодовые (голые и раковинные), и инфузории, между которыми устанавливаются пищевые связи.
В биологических прудах основную роль окислителей и минерализаторов загрязнений выполняет бактериальный планктон. В аэротенках - активный ил. Микробиальные агенты полей орошения - бактериальные формы почвы, приспособившиеся к обстановке и бактериальная флора поступающих стоков.
Сущность биохимического окисления загрязнений - потребление их в качестве питания микробиальными клетками. Кислород при этом потребляется микроорганизмами в процессе их дыхания и расходуется в клетках на ферментативное окисление. Продуктами биохимического окисления являются: углекислота, вода, инертная масса, экзотермическая энергия и новые клетки (активный ил) [3].
1.2 Метод очистки сточных вод нейтрализацией
Производственные сточные воды от технологических процессов многих отраслей промышленности содержат щелочи и кислоты. В большинстве кислых стоков содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделять из сточных вод.
С целью предупреждения коррозии материалов канализационных очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и в водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации [3].
Реакция нейтрализации - это химическая реакция между веществом, имеющим свойства кислоты, и основания, которая приводит потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типична реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксила, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях. В результате концентрация каждого из этих ионов становится равно той, которая свойственна самой воде, т. е. активная реакция водной среды приближается к РН=7.
При спуске производственных сточных вод в водоем или в городскую канализационную сеть практически нейтральными следу е считать смеси с РН = 6,5-8,5. Следовательно, подвергать нейтрализации следует сточные воды с РН менее 6,5 и более 8,5, при этом необходимо учитывать нейтрализующую способность водоема, а также щелочной резерв городских сточных вод. Из условий сброса производственных стоков в водоем или городскую канализацию следует, что большую опасность представляют кислые стоки, которые встречаются к тому же значительно чаще, чем щелочные (количество производственных сточных вод с РН более 8,5 невелико).
Если отработанные производственные сточные воды подаются систему оборотного водоснабжения, то требования к величине активной реакции зависят от специфики технологических процессов [3].
Наиболее часто сточные воды загрязнены минеральными кислотами:- серной H2S04, азотной HN03, соляной HCL, а также их смесями. Значительно реже в сточных водах встречаются азотистая HN02; фосфорная Н3Р04, сернистая H2SO3, сероводородная H2S, плавиковая HF, хромовая Н2Сг04 кислоты, а также органические кислоты: уксусная, пикриновая, салициловая и др.
Концентрация кислот в сточных водах обычно не превышает 3 %, но иногда достигает большей величины; например, в отдельных производствах органического синтеза содержание серной кислоты в сточных водах составляет 40 % и более.
При химической очистке применяют следующие способы нейтрализации: а) взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод;
в) фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк САСОЗ, доломит CAC03- MGC03, магнезит MGC03, обожженный магнезит MGO).
Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов: вида концентрации кислот, загрязняющих производственные сточные воды, расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию, наличия реагентов и т. п. [3].
1.2.1 Нейтрализация смешением
Этот метод применяют, если на одном предприятии или на соседних предприятиях имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в емкости с мешалкой и без мешалки. В последнем случае перемешивание ведут воздухом при его скорости в линии подачи 20 - 40м/с. Нейтрализация производственных сточных вод реагентами затруднена тем, что состав и приток сточной воды на установку резко колеблются в течение суток. Вместо устройства усреднителей большой вместимости в этих условиях следует применять автоматическое регулирование подачи реагентов. За регулируемый параметр во многих случаях может быть взята величина РН сточной воды. Для измерения РН поступающих сточных вод следует применять погружные датчики, которые в меньшей степени подвержены засорению. Для измерения РН очищенных стоков могут применяться проточные датчики [3].
Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоту и отработанную щелочь, как правило, различны. Кислые воды обычно сбрасываются в канализацию равномерно в течение суток и имеют постоянную концентрацию; щелочные воды сбрасываются периодически один или два раза в смену по мере того, как срабатывается щелочной раствор. В связи с этим для щелочных вод часто необходимо устранить регулирующий резервуар, объем которого должен быть достаточным, чтобы принять суточное количество щелочных вод. Из резервуара щелочные воды равномерно выпускают в камеру реакции, где в результате смешения их с кислыми водами происходит взаимная нейтрализация. Баланс кислых и щелочных сточных вод составляется на период, в течение которого производится выпуск сточных вод от всех цехов и агрегатов, в том числе таких, от которых стоки спускаются периодически.
1.2.2 Нейтрализация сточных вод добавлением реагентов
Если на промышленных предприятиях имеются только кислые или только щелочные стоки, то применяют реагентный метод нейтрализации. Этот метод наиболее широко используют для нейтрализации кислых сточных вод.
Выбор реагента для нейтрализации кислых стоков зависит от вида кислот и их концентрации, а также от растворимости солей, образующихся в результате химической реакции [3].
Для нейтрализации минеральных кислот применяют любой щелочной реагент, но чаще всего известь в виде пушонки или известкового молока и карбоната кальция или магния в виде суспензии. Эти реагенты сравнительно дешевы и общедоступны, но имеют ряд недостатков: обязательнее устройство усреднителей перед нейтрализационной установкой, затруднительность регулирования дозы реагента по РН нейтрализованной воды, сложность реагентного хозяйства. Скорость реакции между раствором кислоты и твердыми частицами суспензии относительно невелика и зависит от размеров частиц и растворимости образующегося в результате реакции нейтрализации соединения. Поэтому окончательная активная реакция в жидкой фазе устанавливается не сразу, а по истечении некоторого времени (10-15 мин).
При нейтрализации производственных сточных вод, содержащих серную кислоту, реакция, в зависимости от применяемого реагента протекает по уравнениям: H2SO4 Са (ОН)2 = CASO4 2Н2О, H2SO4 САСОЗ = CASO4 2Н2О СО2
Образующийся в результате нейтрализации сульфат кальция (гипс) кристаллизуется из разбавленных растворов в виде CASO4·H2О. При высокой концентрации сульфат кальция выпадает в осадок, поэтому при нейтрализации сильных кислот, кальциевые соли которых труднорастворимы в воде, необходимо устраивать отстойники-шламонакопители. Существенным недостатком метода нейтрализации серной кислоты известью является также образование пересыщенного раствора гипса, выделение которого из воды может продолжаться несколько суток, что приводит к зарастанию трубопроводов и аппаратуры. Присутствие в сточных водах многих химических производств высокомолекулярных органических соединений усиливает устойчивость пересыщенных растворов гипса, поскольку эти соединения сорбируются на гранях кристаллов сульфата кальция и препятствуют их дальнейшему росту.
Для нейтрализации небольших количеств кислых вод (до 200 м3/сут) могут быть применены также растворы гидроксида натрия, соды и др.
В качестве реагента известь вводится в виде известкового молока или в виде сухого порошка. Реже применяются мелкодробленый известняк, мел или доломит крупностью зерен не более 0,5 мм.
При производительности установки более 5 т/сут нейтрализуемой кислоты выгоднее применять в качестве реагента известь-пушонку. Для установок с небольшим суточным количеством поступающей в сток серной кислоты (примерно до 5-7 т/сутки) более рациональной является нейтрализация известковым молоком. Процессы реагентной нейтрализации осуществляются на нейтрализационных установках или станциях. Основными элементами, которых являются: песколовки, резервуары-усреднители, склады нейтрализующих реагентов, растворные баки для приготовления рабочих растворов реагентов, дозаторы рабочих растворов реагентов, смеситель сточных вод с реагентом, камеры реакции (нейтрализаторы), отстойники для нейтрализованных сточных вод, осадкоуплотнители, сооружения для механического обезвоживания осадков, а при их отсутствии - шламовые площадки, места для складирования обезвоженных осадков, устройства химического контроля процессом нейтрализации.
Для перемешивания реагента со сточной водой применяют гидравлические и механические смесители. В гидравлических смесителях смешение реагентов с водой достигается за счет энергии потока воды. В механических смесителях турбулентность потока усиливается мешалками различных типов.
1.2.3 Фильтрование через нейтрализующие материалы
Нейтрализация соляно- и азотнокислых, а также сернокислых сточных вод при концентрации серной кислоты не более 1,5 г/л происходит на непрерывно действующих фильтрах-нейтрализаторах, которые могут быть горизонтальными или вертикальными. В качестве загрузки применяют такие нейтрализующие материалы, как доломит, известняк, магнезит, мел, мрамор и др. В вертикальных фильтрах крупность фракций материала загрузки 3-8 см. Расчетная скорость фильтрования зависит от вида загрузочного материала, но не более 5 м/с. Продолжительность контакта не менее 10 мин. У горизонтальных скорость течения сточных вод 1-3 м/с. Высоту загрузки для сточных вод, содержащих HCI и HNO3, принимают равной 1-1,5 м, а содержащих H2SO4 - равной 1,5-2 м. Вода фильтруется сверху вниз или снизу вверх. Применение таких фильтров возможно при условии отсутствия в сточных водах растворенных солей металлов, поскольку при РН > 7 они будут выпадать в осадок в виде труднорастворимых соединений, которые полностью забивают поры фильтра.
Установка состоит из усреднителя, устройств для дробления и классификации загрузки, дозаторов, насосов для перекачки промывных вод и аппаратов для удаления взвешенных веществ из промывных вод.
Аппаратуру и трубопроводы изготовляют из кислотоупорных материалов.
1.2.4 Нейтрализация дымовыми газами
Применение для нейтрализации щелочных сточных вод отходящих газов, содержащих СО2 , SO2 , NO2 и другие кислые газы, позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно осуществлять высокоэффективную очистку самих газов от вредных компонентов[3]. Применение СО2 имеет ряд преимуществ по сравнению с применением соляной или серной кислот, позволяет резко снизить стоимость процесса нейтрализации. Вследствие плохой растворимости СО2 уменьшается опасность перекисления нейтрализуемых растворов. Образующиеся карбонаты находят большее применение по сравнению с сульфатами или хлоридами, кроме того коррозионные и токсичные воздействия СО32- ионов воде меньше, чем ионов SO42- и Cl3-. Нейтрализация может производится в реакторах с мешалкой, в распылительных, тарельчатых и пленочных колоннах.
Дымовые газы вентилятором подают в кольцевое пространство вокруг вала мешалки и распределяют мешалкой в виде пузырьков и струй в сточной воде, поступающей внутрь реактора. Благодаря большой поверхности контакта между водой и газами происходит быстрая нейтрализация сточной воды. Присутствие в газах SO2 способствует нейтрализации щелочных вод. При проведении процесса в тарельчатых колоннах степень нейтрализации увеличивается с ростом скорости газа и уменьшением плотности орошения.
Нейтрализованная вода проходит через дополнительный РН-контроль на выходе и сбрасывается на городские очистные сооружения.
Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами является примером ресурсосберегающей технологии, позволяющей исключить использование кислот, создать бессточную схему водопотребления. При этом ликвидируется сброс сточных вод, сокращается потребление свежей воды, а так же очищение дымовых газов от кислых компонентов и пыли.
Реакция нейтрализации: SO2 Н2О > Н2SO4 > 2 H SO32-
1) H OH- > Н2О
2) SO32- Met2 > Met SO3.
2. Технологическая часть
Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед сбросом их в водоемы или перед использованием в технологических процессах нейтрализуют. Практически нейтральными считаются воды, имеющие РН = 6,5 - 8,5.
Нейтрализацию можно проводить различным путем: смешиванием кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, адсорбцией кислых газов щелочными водами или адсорбцией аммиака кислыми водами. Выбор метода нейтрализации зависит от объема и концентрации сточных вод, от режима их поступления, наличия и стоимости реагентов. В процессе нейтрализации могут образовываться осадки, количество которых зависит от концентрации и состава сточных вод, а также от вида и расхода используемых реагентов.
Нейтрализация смешением. Этот метод применяют, если на одном предприятии или на соседних предприятиях имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в емкости с мешалкой и без мешалки. В последнем случае перемешивание ведут воздухом при его скорости в линии подачи 20 - 40м/с.
Нейтрализация реагентами. Данный метод используют, если на промышленных предприятиях имеются только кислые или только щелочные стоки. Наиболее часто его применяют для нейтрализации кислых сточных вод.
Фильтрование через нейтрализующие материалы. В этом случае для нейтрализации кислых вод проводят фильтрование их через слой магнезита, доломита, известняка, твердых отходов (шлак, зола). Процесс ведут в фильтрах-нейтрализаторах.
Нейтрализация дымовыми газами. Для нейтрализации щелочных сточных вод используют отходящие газы, содержащие СО2 , SO2 , NO2 и другие кислые газы. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно производить высокоэффективную очистку самих газов от вредных компонентов [3].
2.2 Описание принципиальной схемы реагентной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов
Производства, сточные воды которых содержат тяжелые металлы, относятся к числу наиболее опасных для окружающей природной среды. Сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, в водные бассейны приводит к превышению их предельно допустимых концентраций, что, в свою очередь, оказывает негативное воздействие на экосистемы. Зачастую, оборотная вода не соответствует требованиям к технической воде.
Для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов используются различные методы. Наиболее распространенный метод заключается в переводе растворимых веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим отделением их в виде осадков.
В качестве реагентов используют гидроксиды кальция и натрия, сульфиды натрия, феррохромовый шлак, сульфат железа(II), пирит. Наиболее широко для осаждения металлов используется гидроксид кальция, который осаждает ионы металла в виде гидроксидов: Men NOH- = Me(OH) n
Наиболее эффективным для извлечения цветных металлов является сульфид натрия, т.к. растворимость сульфидов тяжелых металлов значительно ниже растворимости других труднорастворимых соединений - гидроксидов и карбонатов. Процесс извлечения металлов сульфидом натрия выглядит так: Me2 S2- =MES ;
Me3 S2- =Me 2S 3
Сульфиды тяжелых металлов образуют устойчивые коллоидные системы, и поэтому для ускорения процесса их осаждения вводят коагулянты и флокулянты. Так как коллоидные частицы сульфидов имеют отрицательный заряд, то в качестве коагулянтов используют электролиты с многозарядными катионами - обычно сульфаты алюминия или трехвалентного железа, также их смеси.
При использовании смесей Al 2(SO4) 3 и FECI3 в соотношениях от 1:1 до 1:2 достигается лучший результат коагулирования, чем при раздельном применении реагентов. Кроме вышеназванных коагулянтов, могут быть использованы различные глины, алюминийсодержащие отходы производства, травильные растворы, пасты, смеси и шлаки, содержащие диоксид кремния.
Для ускорения процесса коагуляции используют флокулянты, в основном полиакриламид.
Добавка его в количестве 0.01% от массы сухого вещества увеличивает скорость выпадения осадков гидроксидов металлов в 2 - 3 раза. Метод реализован на большинстве предприятий в виде станций нейтрализации.
Достоинства метода: 1) Широкий интервал начальных концентраций ИТМ.
2) Универсальность.
3) Простота эксплуатации.
4) Отсутствует необходимость в разделении промывных вод и концентратов.
Недостатки метода: 1) Не обеспечивается ПДК для рыбохозяйственных водоемов;
2) Громоздкость оборудования;
3) Значительный расход реагентов;
4) Дополнительное загрязнение сточных вод;
5) Невозможность возврата в оборотный цикл очищенной воды изза повышенного солесодержания;
6) Затрудненность извлечения из шлама тяжелых металлов для утилизации;
7) Потребность в значительных площадях для шламоотвалов.
Для перемешивания реагента сточной водой применяют гидравлические и механические смесители. В гидравлических смесителях смешение реагента с водой достигается за счет энергии потока воды. В механических смесителях турбулентность потока усиливается мешалками различных типов. Из смесителя сточные воды попадают в реактор-нейтрализатор 5, где продолжительность контакта колеблется от 5 до 30 минут, после чего смесь с помощью насоса 6 направляется в отстойник 7. Для ускорения процесса осаждения вводят флокулянт из дозатора 4.
Для отстаивания получившихся в процессе нейтрализации осадков используются отстойники, рассчитанные на пребывание в них сточной воды не менее 2 часов.
Влажность осадка после отстойника составляет 98-99,5%. Для снижения влажности осадка применяется дополнительное отстаивание в шламоуплотнителе 8 в течение 3-5 суток. Влажность осадка после шламоуплотнителя 95-97%. Осадок после шламоуплотнителя подается на узел обезвоживания 9 (вакуум-фильтрация, фильтр-прессование или центрифугирование). Влажность осадка после вакуум-фильтра составляет 80-85%, после центрифуги 72-79%, после фильтр-пресса 65-70%.
3. Расчетная часть
Исходные данные: 1. Рассчитать количество нейтрализующего агента для нейтрализации кислых сточных вод, содержащих следующие компоненты: Объемный расход сточной воды Q= 70 м3/ч;
Концентрация серной кислоты АН2SO4 = 0,15 г/л;
Концентрация сернокислой меди CCUSO4 = 92 мг/л.
2. Рассчитать отстойник для осаждения осадка.
Производительность Q = 1680 м3/сут;
содержание взвешенных веществ в воде С0= 296 мг/л;
требуемый эффект осветления воды Э = 40%.
3.1 Расчет нейтрализации кислых вод, содержащих соединения меди
Рассчитаем количество образующихся гидроксидов металлов.
Переведем значение концентрации кислоты в кг/ч.
АН2SO4 = 0,15 г/л
Составим пропорцию: В 1 литре содержится 0,15 г серной кислоты, В 1000 литрах содержится X г серной кислоты.
Составим пропорцию: Из 98 г серной кислоты мы получим 136 г гипса, Из 10,5 кг серной кислоты мы получим y2 кг гипса.
Y2 = = 14,6 кг CASO4.
2) CUSO4 Ca(OH)2 > Cu(OH)2 CASO4
Молекулярная масса сульфата меди М(CUSO4) = 144;
Молекулярная масса гидроксида меди М (Cu(OH)2) = 98.
Составим пропорцию: Из 144 г сульфата меди мы получим 136 г гипса, Из 6,44 кг сульфат меди мы получим y1 кг гипса.
Y1 = = 6,08 кг CASO4.
Составим пропорцию: Из 144 г сульфата меди мы получим 98 г гидроксида меди, Из 6,44 кг сульфат меди мы получим x3 кг гидроксида меди.
X3 = = 4,4 кг Cu(OH)2.
Количество сухого вещества осадка, кг, образующегося при нейтрализации 1 м3 сточной воды, содержащей свободную серную кислоту и соли тяжелых металлов, определяется по формуле: (x1 x2) x3 ( y1 y2 - 2), где B - количество активной части в товарном продукте равно 96%;
x1 -количество активной CAO, необходимой для осаждения металлов равно 0,88 кг;
x2 - количество активной CAO, необходимой для нейтрализации свободной серной кислоты равно 0,56 кг;
x3 - количество образующихся гидроксидов металлов равно 4,4 кг;
y1 - количество гипса, образующегося при осаждении металлов равно 6,08 кг;
y2 - количество CASO4, образующегося при нейтрализации свободной серной кислоты равно 14,6 кг;
Объем осадка, образующегося при нейтрализации 1 м3 сточной воды, Wmud, %, определяется по формуле: Wmud = , где P- влажность осадка равная 96%.
Wmud = = 57,85% [10].
Количество реагента G, кг, для нейтрализации кислых стоков, содержащих соли тяжелых металлов, определяется по формуле: , где k - коэффициент запаса расхода реагента по сравнению с теоретическим; для известкового молока равен 1,1, для известкового теста и сухой извести - 1,5;
Q - количество сточных вод, подлежащих нейтрализации равно 70 м3;
A - концентрация кислоты равная 10,5 кг/м3;
a - расход реагента для нейтрализации серной кислоты (принимается по таблице 3.2) равен 0,56 кг/кг ;
C - концентрации сернокислой меди в сточных водах равен 6,44 кг/м3;
b - расход реагентов, требующих для перевода металлов из растворенного состояния в осадок равен 0,88 кг/кг (принимается по таблице 3.3).
70 (0,56*10,5 0,88*6,44) = 926,2 кг [9].
3.2 Расчет отстойника
Определим средний секундный расход.
Qcp= Qcp.сут./24*3600, где Qcp.сут - среднесуточный расход воды, равен 1680 м3/с.
Qcp = 1680/24*3600 = 0,0194 м3/с
Общий коэффицие
Вывод
Сточными водами предприятий промышленности и агропромышленного комплекса загрязняются реки, озера, моря. В них попадают отходы, содержащие соли различных металлов, удобрения, пестициды, ПАВЫ, масла и нефтепродукты, радиоактивные вещества и другие.
Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем. В России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей среды, в частности по очистке производственных сточных вод.
Существует несколько путей уменьшения количества загрязнений сточных вод, например, внедрение безотходных или малоотходных технологий, усовершенствование существующих процессов, внедрение современного оборудования, повторное использование очищенных сточных вод в оборотных и замкнутых системах.
Для создания замкнутых систем водоснабжения промышленные сточные воды подвергаются очистке механическими, химическими, физико-химическими, биологическими методами до необходимого качества. А также эти методы применяются для очистки сточных вод перед сбросом в водоем.
В данном курсовом проекте рассмотрен метод очистки сточных вод нейтрализацией, относящийся к химическим методам очистки сточных вод.
Нейтрализацию применяют, если сточные воды содержат минеральные кислоты и щелочи. Практически нейтральными считаются воды, имеющие РН= 6,5-8,5. Проводят нейтрализацию различным путем: смешением кислых и щелочных стоков, добавлением реагентов, фильтрованием через нейтрализующие материалы, адсорбцией дымовыми газами.
В технологической части курсового проекта описывается принципиальная схема реагентной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.
В расчетной части приведен расчет нейтрализации сточных вод, содержащих соединения меди, а также расчет отстойника, предусмотренного в принципиальной схеме.
Список литературы
1. Мазурин П.М. Динамика загрязненности речной воды/ П.М.Мазурин, А.М. Сибагатуллина// Экология и промышленность России - 2009, №2, с 10
2. Селецкий Г.А. Основные мероприятия по охране водных ресурсов в черной металлургии/ Г.А. Селецкий// Экология производства - 2010, №3
3. Родионов А.И. Техника защиты окружающей среды/ А.И. Родионов, В.Н.Клушин , Н.С. Торочешников / Учебник для вузов, 2-е издание, переработанное и дополненное. - М.: Химия, 1989. - 521 с.
4. Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод/ Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев / Учебник для вузов. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. - 704с.
5. Боковикова Т.Н. Сорбционная очистка производственных сточных вод/ Т.Н. Боковикова, А.В. Пирузян, Ю.В. Найденов// Экология и промышленность России - 2009, №6, с 31 - 33.
7. Баженов В.И. Проектирование современных комплексов биологической очистки/ В.И. Баженов, А.А. Денисов// Экология и промышленность России - 2010, №2, с 21 - 24.
8. Охрана природы - Химическая энциклопедия. - ХИМИК.ru.
10. СНИП 2.04.03.-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. - М.: Стройиздат, 1987. - 225 с.
11. Маннанова Г.В. Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов направления подготовки бакалавров 280200.62. Защита окружающей среды (для всех форм обучения) / Г.В. Маннанова. - Уфа: Уфимская государственная академия экономики и сервиса, 2008. - 28 с.