Проект локальных очистных сооружений гальванического производства

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:H2S04 + Са(ОН)2 = CaS04 + 2Н20,H2S04 + СаСОз = CaS04 + 2Н20 + С02Образующийся в результате нейтрализации сульфат кальция (гипс) кристаллизуется из разбавленных растворов в виде CaS04·H20. Растворимость этой соли при температурах 0-40 °С колеблется от 1,76 до 2,11 г/дм3. При более 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 (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 5х10-20, 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 едкогонатра 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:3.3Расчет реактораВ 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 равенРассчитаем 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 м3.4 Расчет отстойникаК 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. Рисунок2– Вертикальный отстойник с нисходяще-восходящим потоком1 - подающий трубопровод; 2 - кольцевая перегородка; 3 - зубчатый водослив; 4 - осадочная часть; 5 - периферийный сборный лоток; 6 - удаление осадкаЭффект 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 = 6м и рассчитываем количество отделений по формулегде - часовой расход сточных вод, м3/ч – коэффициент использования проточной части отстойника, по [2]Определяем диаметр и высоту кольцевой перегородкиВысота 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 отстойникаН = 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:гдеЭ - 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:гдеММе(ОН) - молярная масса гидроксида;ММе - молярная масса металла;СМе - концентрация металла.Определяем объем образующегося осадка:гдеγ1 - влажность осадка, 97%ρ1 - плотность осадка, ρ = 1,06 т/м33.5 Расчет механических фильтровДля более глубокой очистки сточных вод от мелкодиспергированных примесей используем фильтры с зернистой загрузкой с восходящим потоком воды, имеющие двухслойную загрузку.Фильтрование воды снизу вверху значительно улучшает условия работы фильтра вследствие реализации принципа убывающей крупности зерен вдоль потока. В результате увеличивается грязеемкость фильтра, продолжительность фильтроцикла, исключается заиливание мелкозернистых слоев.Фильтрующая загрузка состоит из речного песка крупностью 1,2-2 мм и высотой слоя 1,5-2 м, а также подстилающего слоя гравия толщиной до 0,95 м.Скорость фильтрования при нормальной работе фильтра составляет 9 м/ч.Площадь фильтраопределяем по формуле:Fф,где Q– производительность очистной станции, м3/сут; k–коэффициент неравномерности; Т– продолжительность работы станции в течение суток, ч; υф– скорость фильтрования, м/ч; n– количество промывок в сутки; W1– интенсивность, л/(с·м2), первоначального взрыхления верхнего слоя загрузки продолжительностью t1, ч; W2–интенсивность подачи воды, л/(с·м2), с продолжительностью водовоздушной промывки t2, ч; W3- интенсивность промывки, л/(с·м2),продолжительностью t3, ч;t4– продолжительность простоя фильтра из-за промывки, ч; m– коэффициент, учитывающий расход воды на промывку.Продолжительность простоя фильтров из-за промывки следует принимать равной t4=0,19 ч, а коэффициент m=0,003÷0,005.Расчетные параметры для фильтра подбираем по: для однослойного с восходящим потоком имеется интенсивность подачи воды W2=10 л/(с·м2), продолжительность промывки t2=6 мин=0,1 ч.Fф2.Число фильтров на станции следует определять по эмпирической формуле Д. М. Минца:N=0,5;N=0,5Таким образом, принимаем 2 фильтра,12 из которых рабочий и 1 резервный, с площадью фильтрования Fф=2,25 м2 каждый.Габаритные размеры фильтра тогда составят:ширина B=1,5 м и длина L=1,5 м. Высота загрузки фильтра в целом равна: 1,3+0,15+0,1+0,1+0,2=1,85 м; для предотвращения вакуума в толще загрузки и закупорки ее пузырьками воздуха высота столба воды над загрузкой принимается 2 м. Следовательно, с учетом вышеизложенного, высота фильтра равна 3,85 м.Количество промывной воды, необходимой для одного фильтраПосле фильтра очищаемые воды можно подавать на ионообменные фильтры. 3.6 Расчет ионообменных фильтровПроцессы ионообменной очистки производим в фильтрах с плотным слоем загрузки. Они наиболее распространены.Расчет ведем в соответствии со СНиП2.04.03-85.Состав воды до и после ионообменной очистки:КатионитКонцентрация, мг/лЭквивалентКонцентрация, мг-экв/лДо очисткиПосле очисткиZn+266,0532,72,020,1Cu+2104,231,83,280,50Fe+34,6318,670,250,50Итого5,541,1В качестве загрузки катионитовых фильтров выбираем ионит марки КУ-23 с полной ионообменной емкостью . Рабочая ионообменная емкость катионита составит:где − коэффициент, учитывающий неполноту регенерации;− коэффициент, учитывающий тип ионита;− удельный расход воды на отмывку катионита;− концентрация извлекаемых катионитов в воде (отмывку проводят обессоленной водой).Объем загрузки катионитовых фильтров:где− концентрация катионитов в исходной воде:Т – время работы фильтра, ч;− количество регенераций фильтра в сутки;− концентрация катионитов на выходе из аппарата.Подставим в исходную формулу. Получим:Площадь катионитовых фильтров рассчитаем по формуле:где − высота слоя катионита.Устанавливаем работающий и резервный фильтры с диаметром D = 1 м каждый.Примем скорость фильтрации(по СНиП 2.04.03-85). Определим продолжительность фильтрования:Регенерацию катионитовых фильтров проводим раствором . Расход реагента на регенерацию одного фильтра:где − удельный расход реагента на регенирацию;− эквивалентная масса ;В = 31% − содержание кислоты в товарном продукте.Расход воды на регенерацию:а) На взрыхление загрузки с интенсивностью в течение :б) На приготовление раствора :где − процентное содержание кислоты в регенерирующем растворе;− плотность воды.в) На отмывку загрузки после регенерации:где − удельный расход воды на отмывку.Суммарный расход:ЗаключениеДля утилизации стоков требуется их очистка, способ и метод которой полностью определяется перечнем содержащихся компонентов и их количеством. Возможна раздельная очистка стоков от гальванических ванн различного назначения, либо комплексная – в этом случае стоки смешиваются и далее подвергаются очистке. Чаще всего, смешивание стоков позволяет изменить рН среды, нейтрализацией кислот щелочами и наоборот и вывести из раствора вновь образующиеся нерастворимые соединения. Раздельная очистка стоков требует больших капиталовложений, большого количества реагентов и площадей под оборудование. Комплексная очистка приводит к необходимости работать с растворами сложного состава. В работе был принят реагентный способ очистки сточных вод гальванического производства, который включал в себя 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.Список используемой литературыОб 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.Водный кодекс Российской Федерации: Федеральный закон от3 июня 2006 г. № 74-ФЗ по состоянию на ноябрь 2015 г. // Гарант Эксперт 2012 [Электронный ресурс]. – НПП «Гарант-Сервис», 2015.СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85. – М.: Минрегион России, 2012.СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. – М.: Минрегион России, 2012.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 Лукиных А.А. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. Н. Н. Павловского /А. А. Лукиных, Н. А. Лукиных.-5-е изд., доп. – М.: Стройиздат, 1987. – 152 с.Ласков Ю.М., Воронов Ю.В., Калицун В.И. Примеры расчетов канализационных сооружений: Учеб.пособие для вузов. – М.: Высш. Школа, 1981. – 232 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.