Розробка вторинного відстійника стічних вод на стадії фізико-хімічної очистки другої черги цеху

     

- Величину знаходимо по формулі з урахуванням того, що L=500 кг:

    

- Коефіцієнт змішення  розраховується по формулі:

Кратність основного розбавлення  розраховуємо по формулі:

Кратність розбавлення СВ розраховуємо по формулі:

          

Максимально допустиму розрахункову концентрацію забруднення по кожному  компоненту знаходимо по формулі:

а) зважені речовини:

            міліграм/л

Оскільки З більше ГДК, то для розрахунку ПДС приймаємо З*= ГДК=0,25 міліграм/л.

б) азот амонійний :

           міліграм/л

Оскільки Збільше  ГДК, то для розрахунку ПДС приймаємо  З=ГДК=0,5 міліграм/л.

в) нітрати:

           міліграм/л

Оскільки З більше З , то для розрахунку ПДС приймаємо З=З=32,1 міліграмом/л.

Гранично допустиме  скидання по кожному компоненту:

а) зважені речовини:

ПДС=0,25*0,17361= 0,0434 г/з

б) азот амонійний :

ПДС=0,5*0,17361= 0,0806 г/з

в) нітрати:

ПДС=32,1*0,17361= 5,57288 г/з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Аналітичний огляд 

4.1 Фізико-хімічні методи очищенні  стічних вод

4.1.1 Коагуляція і коагулянти

Промислові стічні води багатьох виробництв є низкоконцентрированные емульсіями або суспензіями,  які містять мелкодисперсные частини  розміром від 0,1 до 10 мкм і більше, а також колоїдними частинами (0,001-0,1 мкм). Вживані типові механічні методи очищення дозволяють зазвичай виділяти частини більше 50 мкм. Для очищення ж від тонких дисперсій і колоїдів використовують коагуляцію і флокуляцию,  що обумовлюють злипання частин з утворенням великих агрегатів,  які вже потім легко віддаляються механічними методами.

Найбільше практичне  значення для очищення води має коагуляція,  коли  зниження (зникнення)  енергетичного бар'єру, який перешкоджає злипанню частин, відбувається за рахунок підвищення концентрації електролітів. З  будови  подвійного  електричного шару міцел ліофобних колоїдів ясно, що дію, що коагулює, мають тільки ті іони, заряд яких протилежний до заряду частин, - так звані іони, які коагулюють. Для золів з негативно зарядженою поверхнею частин коагулюють є катіони,  для  золів  з  позитивно  зарядженими  частинами - аніони.

Щоб викликати коагуляцію зола,  необхідно  перевищити  деяку максимальну концентрацію іонів коагулянтів - поріг коагуляції. Згідно з правилом Шульца-Гарди, обгрунтованим теоретично Б.В. Дерягиным, сила іона, який коагулює, тим більше,  чим вище величина його заряду. За експериментальними даними, зібраним Овербеком, співвідношення середніх порогових концентрацій одно-,  двух-,  трьох-  і  чотирьохзарядних  аніонів  для  зола Al складає 1:0, 012:0, 0015:0, 0010. Сила іонів однакової зарядности, що коагулює, залежить від їх радіусу і енергії гідратації.

Коагуляція настає зазвичай не в ізоелектричній точці,  а  після зниження заряду частин до деякої критичної величини. Причому адсорбція  іонів, які коагулюють, не перевищує  до цього моменту половину граничної  величини адсорбції.

У практиці очищення питних і стічних вод як коагулянтів зазвичай використовують солі, які містять багатозарядні катіони,  в основному солі алюмінію, залоза або їх  суміші  в різних пропорціях.  У окремих випадках знаходять застосування солі магнію, кальцію, цинку і титану. Вибір як коагулянти вказаних солей обумовлений тією обставиною, що частини суспензій в стічних водах несуть на своїй поверхні в більшості випадків негативний заряд. У тих же випадках, коли частини заряджені позитивно,  використовують солі,  які містять багатозарядні аніони,: сульфат натрію або полифосфаты,  фероціанід або фероціанід калію.

При введенні у воду солей  алюмінію і заліза в результаті реакції  гідролізу утворюються малорозчинні у воді гідроксиди алюмінію і заліза.

Дані досліджень показують, що при обробці води солями алюмінію або заліза окрім їх гідроксидів утворюються різні продукти -  гидроксокомплексы (оксигидраты)  і  малорозчинні основні солі. При значеннях рН, менших оптимальних  значень рН коагуляції, ці з'єднання відносяться, як правило, до катіонного типу, а при рН > рН оптимальних - до  аніонного. При  значеннях  рН, близьких  до оптимальних,  у воді є присутній в основному Al і FeЗначение рН за оптимальних умов коагуляції для Alсоставляет 5,6,  а для Fe - 8,0. На думку  інших  авторів  оптимальне значення рН залежить від складу і кількості домішок у воді і коливається в широких межах (наприклад,  для Alот 4,0 до 8,0).

В процесі гідролізу  солей алюмінію і заліза відбувається зниження агрегативной стійкості системи  під дією електроліту (введеній  солі),  сорбція іонів на поверхні частин і освіту в результаті хімічної реакції нового з'єднання, яке має гідрофобні властивості.

Виділення  твердої  фази коагулянта з пересиченого розчину (кристалізація) протікає в три стадії:

а) інкубаційний період (освіта зародків);

б) зростання частин твердої  фази;

в) старіння твердої фази.

Найбільш повільним  і складним процесом, терміном, який характеризується, "старіння", являється  освіта і розвиток коагуляційних  структур з частин твердої фази.

Розвиток коагуляційних процесів призводить до утворення колоїдних структур надміцел (вторинних). Виникнення цих структур викликане тим, що агрегати частин золів гідроокисів заліза і алюмінію мають неправильну форму, внаслідок чого на окремих ділянках їх поверхні понижений термодинамічний потенціал і мала концентрація потенциалопределяющих іонів. При зіткненні цих ділянок відбувається злипання агрегатів. З іншого боку, ділянки з підвищеним потенціалом, які належать різним частинам, відштовхуються один від одного, розсовуючи агрегат. Рівновага між силами зчеплення частин і відштовхування призводить до формування структур,  які складаються  з  просторових осередків,  усередині  яких  укладена  вода. При достатній концентрації дисперсної фази такі вторинні структури охоплюють увесь об'єм розчину.

На другому етапі  процесів старіння відбувається розрив просторової сітки. Це викликано  збільшенням міцності зв'язку на окремих  ділянках коагуляційних структур, внаслідок  чого з'являється механічна напруга,  і  структури  розпадаються  на окремі пластівці. Взаємодія таких структур з частинами ліофобних і ліофільних колоїдів не може бути представлена з позицій єдиного механізму. Роль їх в процесах коагуляції надзвичайно різноманітна.

На першому  етапі  формування  коагуляційних структур переважають адсорбційні процеси,  які полягають  в закріпленні і концентрації колоїдних частин домішок на розвиненій поверхні просторових сіток. При цьому найефективніше відбувається очищення стічних вод від органічних ліофільних колоїдів (у тому числі ЛІГШИ  і  ВМВ),  гідроокисів заліза і алюмінію, що активно  адсорбуються на свіжій поверхні.

Крім того, можливе  захоплення колоїдних частин домішок  в порожнини сіток і загальне осадження з колоїдними утвореннями  заліза і алюмінію. На другому етапі  відбувається взаємна коагуляція різних за природою частин - коагулянта і колоїдних домішок, які знаходяться у воді. Увесь цей комплекс явищ, який включає адсорбційні і коагуляційні процеси,  дістав  назву  гетерокоагуляции. Принципи гетерокоагуляции зводяться до принципів коагуляції однакових за природою частин і описуються одними і тими ж закономірностями.

Старіння гелів гідроксидів  заліза і алюмінію розглядається  в загальному сенсі як перехід  системи з нерівноважного в рівноважний  стан. Старіння гелів супроводжується  виділенням частини капілярній рідині і поступовою втратою первинних поверхневих властивостей. Підвищення  температури, концентрації електролітів,  збільшення рН  середовища прискорюють  старіння.

Важлива властивість  коагуляційних структур - тиксотропна  оборотність або тиксотропія,  під  якою  розуміють  здатність структур поновлюватися після них механічного руйнування.

Як вже вказувалося, при неповній стабілізації частин в  місцях їх контакту зберігаються водні  прошарки невеликої товщини. Прошарки знижують міцність структури, але, маючи "мастильну" здатність,  надають їй пластичність.  Чим  тонше  прошарок, тим менш міцна структура,  але  тим  повніше  відбувається  її  відновлення після руйнування. На швидкість відновлення впливають рН середовища і розмір первинних частин. Підвищення температури і повільне перемішування сприяють тиксотропному відновленню. Свіжообложені коагулянти солей алюмінію і заліза можуть бути без збитку піддані перемішуванню з досить високим швидкісним градієнтом.  Проте у міру старіння  тиксотропні властивості гелів погіршуються.

Коагуляційна структура  може руйнуватися під дією іонів,  здатних адсорбуватися на поверхні частин.  Цей процес, зворотний  коагуляції, носить назву пептизації. Пептизація відбувається у тому випадку, коли  величина  заряду частин збільшена до значення, яке перевищує критичне, або поверхня частин гідрофілязує.  Свіжі  опади,  в  яких процес кристалізації ще не отримав розвитку,  пептизуються краще, ніж що постаріли. Перемішування, струшування підвищення температури прискорюють пептизацію. Хорошими пептизаторами гідроксидів алюмінію і заліза є кислоти, луги, ЛІГШИ. Згідно з правилом Оствальда,  із  збільшенням  кількості  осаду  його кількість, яка пептизується, спочатку росте,  а потім падає  до нуля.

Це пояснюється тим, що у міру зростання маси осаду при постійній кількості пептизатора доля останнього,  адсорбована одиницею поверхні осаду, зменшуватиметься. З правила витікає важливе слідство про те, що шляхом додавання до зола надлишку осаду, з якого він отриманий пептизацією, можна знову скоагулировать цей зол.

Як вказувалося вище,  при  додаванні  до  дисперсної  системи досить великих кількостей ВМВ і ЛІГШИ останні утворюють  на поверхні частин адсорбційні шари,  які підвищують   стійкість  зола.  Оскільки такі органічні речовини проявляють властивості ліофільних колоїдів,  то вони як би  повідомляють поверх-ности частин золів ліофільні властивості,  іншими словами пептизують зол. Це  явище  носить  назву  колоїдного  захисту. За сучасними уявленнями колоїдний захист є наслідком виникнення або посилення різних чинників стабілізації :  гідратації поверхні частин,  взаємного відштовхування гнучких макромолекул, адсорбованих на частинах золів. Адсорбція захисної речовини на поверхні частин може супроводжуватися хімічною взаємодією з освітою в поверхневих шарах гідрофільних комплексів.

Додавання до зола невеликих  кількостей ВМВ  і ЛІГШИ, які не забезпечують повне покриття частин зола,  викликає  явище, протилежне до захисту -сенсибилизацию, тобто підвищення чутливості зола до дії електролітів. Явищем сенсибілізації пояснюється, зокрема, швидка коагуляція суспензій вугілля і глин при додаванні крохмалю і винищити,  збільшення  сорбції Fe на зернах графіту у присутності желатину та ін.

Підводячи підсумки розглянутим  вище закономірностям коагуляції за допомогою солей алюмінію і заліза необхідно відмітити наступне:

1) механізм коагуляційної  дії цих солей надзвичайно  складний і різноманітний;

2) роль іонів, які  коагулюють, виконують, в основному,  катіони заліза і алюмінію  в початковий момент внесення солей в стічних води;

3)  основне значення  в процесі коагуляції негативно  заряджених частин стічних вод  мають оксигидратные коагуляційні  просторові структури;

4) очищення стічних  вод від ліофобних колоїдів  відбувається на основі гетерокоагуляции  колоїдних частин з частинами продуктів гідролізу солей алюмінію і заліза;

5) очищення стічних   вод від ліофільних колоїдів  відбувається на основі адсорбційної  взаємодії органічних іонів і  їх ассоциатов з поверхнею  частин продуктів гідролізу солей  алюмінію і заліза.

Види і склад коагулянтів  на основі солей алюмінію і заліза досить великі. Найбільшого поширення  набули  сірчанокислий алюміній і хлорне залізо, а також хлориди  і  гидроксохлориды алюмінію. Окрім  цих коагулянтів для обробки  стічних вод запропоновані різні глини,  алюминий-  і залізовмісні відходи виробництв,  пасти  і  суміші; шламові відходи виробництва, кремнекислоту, що містять ;  коагулянти, отримані шляхом взаємодії основних хлоридів алюмінію з лужними реагентами; суміш сульфату алюмінію з алюмінатом натрію і добавкою гідрофільних речовин типу крохмалю; суміш алюмінату натрію з тонкодисперсними залишками від вилуговування лугом бокситів;  травильні розчини; суміш, яка утворюється при вилуговуванні сірчаною  кислотою і нейтралізації надмірної кислотності обпаленою глиною;  паста,  отримана  осадженням солей алюмінію із стічних вод аміаком; основні  солі алюмінію,  активовані багатовалентними аніонами кислот; залізний  купорос;  хлорне залізо,  отримане обробкою хлором залізної ломи (іноді безпосередньо на станціях водоочистки); сірчанокисле окислювальне залізо, отримане з нітритних (колчеданних)  огарків - відходів  сернокислотного виробництва; сірчанокисле залізо,  отримане  з  відходів  сернокислотного виробництва двоокису титану.  Існують  способи виробництва змішаних коагулянтів кислотною обробкою шлаків,  золи і глин,  які містять  помітні  кількості заліза і  алюмінію. Ефективність і економічність різних видів коагулянтів визначається, в основному, концентрацією в них активної частини - солей алюмінію і заліза.[15]