Существенным недостатком метода нейтрализации серной кислоты известью является также образование пересыщенного раствора гипса (коэффициент пересыщения может достигать 4−6), 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. Далее необходимо снизить кислотность среды, т. е. повысить pH до значении 8−9, при которых будет протекать осаждение ионов Cu2+и Zn2+, реакцию нейтрализации будем осуществлять добавлением того же реагента — едкого натра, доза реагента составит 0,75 г/г серной кислоты. Произведение растворимости гидроокиси меди равно 5×10−20, в то время, когда растворимость основного карбоната меди практически равна нулю. Поэтому медь выгодно осаждать в виде основного карбоната: 5Cu2+ + 2 OH- + CO32- →àCu2(OH)2CO3Для этого в растворе нейтрализующего реагента необходимо иметь одновременно как гидроксильные ионы, так и карбонатные. Таким образом, для осаждения из растворов ионов меди нерационально применение только едких щелочей и извести высшего сорта, так же только соды, мела, мрамора, доломита и известняка, дающих в раствор в основном карбонат — ионы. В связи с изложенным, лучшим реагентом для очистки сточных вод от катионов меди является недожженная известь 3-его сорта, содержащая CaCO3. Доза реагента составляет 1,26 г/г иона Cu2+.При осаждении цинка из сульфатных растворов едкой щелочью и известью образуются в основном осадки в виде основных солей цинка: ZnSO4*nZn (OH)2, причем число n возрастает с увеличением рН. При повышение рН до 8,8 приводит к образованию осадка, состав которого выражается формулой — ZnSO4*5Zn (OH)2.При осаждении цинка из сульфатных растворов недожженной известью 3-его сорта, содержащей CaCO3 состав основных карбонатов в осадке зависит от условий реакции — температуры, исходной концентрации цинка и известкового раствора, величины рН раствора и т. п. По литературным данным, при рН = 7 ÷ 9,5 образуется основной карбонат цинка состава 2ZnCO3*3Zn (OH)2. Доза реагента принимаем равную 1,22 г/г Zn2+.Тогда суточный расход едкого натра рассчитаем по формуле:
где Д — суммарная доза реагента, необходимая для проведения реакций очистки стоков, г/г;С — концентрацияиона металла, мг/л — суточный расход сточных вод, м3/сут.Так как содержание активного вещества в поставляемомNaOH составляет 10%, то расход товарного реагента составит:
Так как эффективность очистки реагентным методом составляет 80%, то концентрация загрязняющих веществ после обработки щелочью составит:
Расчет реактора.
В реакторе происходит смешение реагентов с обрабатываемой водой, что необходимо для более быстрого и полного протекания соответствующих реакций, и протекание реакций. Рассчитаем реактор как вихревой смеситель, рассчитанный на пребывание сточных вод в течении 1 часа, который представляет собой круглый в плане резервуар с конической передней частью. Расчет ведется в соответствии со СНиПом2.
04.03−85. Определим объем смесителя сточных вод с реагентами для продолжительности пребывания сточных вод в аппарате Т = 1 ч: Примем, что объем цилиндрической части составляет 2/3 всего объема, тогда объем цилиндрической части будет равен.
Рассчитаем диаметр цилиндрической части аппаратапри условии, что высота цилиндрической части 1,5 м: где h — высота цилиндрической части;
Определим диаметр на входе в аппарат, диаметр на выходе из аппарата, а также диаметры патрубков для подвода реагентов. Рассчитаем исходя из условий обеспечения скоростей: Определим высоту конической части. Примем центральный угол между наклонными стенками конической части: Определим объем конической части:
где − радиус цилиндрической части аппарата;− радиус входного патрубка. Определим полную высоту аппарата:
Н = Нц + Нк = 3,5 + 4,7 = 8,2 м².2 Расчет и выбор вспомогательного оборудования.
К усовершенствованным вертикальным отстойникам относятся вертикальные отстойники с нисходяще-восходящим движением воды — рис. 2 Сточная вода поступает в центральную часть отстойника и через зубчатый водослив распределяется по площади зоны осветления, где происходит нисходящее движение потока воды. Основная масса взвешенных веществ успевает выпасть до поступления воды в кольцевую зону, где происходит доосветление воды и сбор ее периферийным лотком. Рисунок 2 — Вертикальный отстойник с нисходяще-восходящим потоком1 — подающий трубопровод; 2 — кольцевая перегородка; 3 — зубчатый водослив; 4 — осадочная часть; 5 — периферийный сборный лоток; 6 — удаление осадка.
Эффект осветления вертикального отстойника с нисходяще-восходящим потоком Э = 65%.Гидравлическая крупность частиц u0, образующихся в процессе нейтрализации составляет 0,1 — 0,4 мм/с.Принимаем стандартный диаметр отстойника Dset = 6 м и рассчитываем количество отделений по формулегде — часовой расход сточных вод, м3/ч — коэффициент использования проточной части отстойника, по [2]Определяем диаметр и высоту кольцевой перегородки.
Высота цилиндрической частиHц = +H2 + H3, где H2 — высота нейтрального слоя между низом отражательного щита и слоем осадка, равная 0,3 м;H3 — высота борта отстойника, равная 0,5 м. Hц = 3 + 0,3 + 0,5 = 3,8 мВысота конусной части отстойника Нкгде — угол наклона конического днища, Общая высота отстойника.
Н = Нк + Нц = 4,3 + 3,8 =8,1 мКоличество осадка, выделяемого при отстаивании за суткигде Q — суточный расход сточных вод, м3/сут, С — концентрация механических примесей в сточной воде, мг/лЭ — эффект задержания осаждающихсяпримесей — влажность осадка, равная 94 — 96% - плотность осадка, равная 1 г/м3Рассчитываем массу образующегося осадка:
где Э — эффективность, Э=80%Т.к. при нейтрализации ионы тяжелых металлов переходят в нерастворимую форму — гидроксиды и концентрация взвешенного вещества равна концентрации гидроксидов металлов. Рассчитаем концентрации гидроксидов металлов:
где ММе (ОН) — молярная масса гидроксида;
ММе — молярная масса металла;
СМе — концентрация металла. Определяем объем образующегося осадка:
где γ1 — влажность осадка, 97%ρ1 — плотность осадка, ρ = 1,06 т/м3Выводы.
В работе рассмотренреагентный способ очистки сточных вод, содержащих тяжелые металлы. На основании проведенного теоретического анализа существующих схем очистки, принята следующая последовательность очистки сточных вод: добавление реагентов, после которых осуществлялось осаждение образующихся гидроксидов металлов, осаждение осадка производилось в вертикальном отстойнике, для использования воды в оборотном водоснабжении предприятия необходимо произвести доочистку на механических и ионообменных фильтрах. В виду высокой опасности химических реагентов и возникновения неконтролируемых химических реакций, способных привести к авариям, чрезвычайным ситуациям и несчастным случаям рассмотрены основные аспекты техники безопасности. В качестве основного оборудования выступает вертикальный отстойник, расчет которого представлен в главе 2. Основные этапы очистки протекают в оборудовании, не имеющим сложных конструкций, в виду чего к подробному рассмотрению они не привлекались. Список используемой литературы.
Об охране окружающей среды: Федеральный закон от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ: по состоянию на ноябрь 2015 г. // Гарант Эксперт 2012 [Электронный ресурс]. — НПП «Гарант-Сервис», 2015.
Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика/Н. И. Лихачев, И. И. Ларин, С. А. Хаскин и др. Под общей редакцией В.
Н. Самохина — 2-е издание, перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1981.
— 639 с. Поворов А. А., Павлова В. Ф. Очистка сточных вод гальванических производств // Экология производства. — 2007. — №.
5. — с. 68−73.Когановский А. М., Клименко Н. А. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. -.
М.: Химия, 1983;288 с. Яковлев С. В., Карелин Я. А., Жуков А. И., Колобанов С. К. Канализация. Учебник для вузов. — Изд.5-е перераб.
и доп. — М.: Стройиздат, 1975. — 632 с Гарипова С. А., Очистка сточных вод гальванического производства от тяжелых металлов // Экология производства. — 2011. — №.
10. — с. 66−70.Павлов Д. В., Колесников В. А. Очистка сточных вод гальванического производства: новые решения // Водоснабжение и санитарная техника.
— 2012. — № 6.
— с. 66−70.С. С. Виноградов. Экологически безопасное гальваническое производство/ Под ред.
Проф. Кудрявцева. — М.: Глобус.
— 1998 г. — 302 с.
Очистка и использование сточных вод гальванических производств. Зарубежный опыт. — М.: Стройиздат, 1983 г. — 104 с. Черникова, М. Н.
Технологические схемы глубокой очистки сточных вод гальванического производства от ионов тяжелых металлов с применением флотации /М. Н. Черникова, Г. И. Зубарева // Экология и промышленность России. — № 5. — 2013. — 26−27.Физико-химическое сопоставление реагентных методов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов / Н. Н. Красногорская [и др.] // Успехи современного естествознания.
— № 2. — 2014. — С. 114−115.
