Очистка сточных вод предприятия морского флота, цех травления

[Cr⁶⁺]=(1-0,999)150=0,15 мг/л;   

[Cr³⁺]=150-0,15=149,85 мг/л.

После этого хромсодержащие (3500 м³/сут) и кислотно-щелочные (7000 м³/сут) СВ направляются в прямоугольный усреднитель (для обеспечения бесперебойной работы очистных сооружений). После усреднителя концентрации веществ следующие:

[Cr⁶⁺]=0,15 мг/л;

[Cr³⁺]=149,85 мг/л;

[Cu²⁺]=4 мг/л;

[Ni²⁺]=12 мг/л;

[Al³⁺]=12 мг/л;

[Pb²⁺]=6 мг/л;

[H₂SO₄]=1000 мг/л;

pH=3.

Затем СВ подаются в вертикальный (вихревой) смеситель, где происходит эффективное перемешивание. Одновременно с этим в смеситель подается реагент – известковое молоко: .

Происходит подщелачивание среды  до pH=7, в которой ионы тяжелых металлов образуют нерастворимые взвеси Cr(OH)₃, Al(OH)₃, Pb(OH)₂, Ni(OH)₂, Cu(OH)₂:

[Cr⁶⁺]=0,15 мг/л;

[Cr³⁺]=149,85 мг/л;

[Cu²⁺]=4 мг/л;

[Ni²⁺]=12 мг/л;

[Al³⁺]=12 мг/л;

[Pb²⁺]=6 мг/л;

[H₂SO₄]=0 мг/л;

pH=7.

Затем на очистных сооружениях  ставится вертикальный отстойник. Эффективность очистки в вертикальном отстойнике составляет 60% [4]. Таким образом, остаточная концентрация после вертикального отстойника составляет:

[Cr⁶⁺]=0,15 мг/л;

[Cr³⁺]=(1-0,6)149,85 мг/л=59,94 мг/л;

[Cu²⁺]=(1-0,6)4 мг/л=1,6 мг/л;

[Ni²⁺]=(1-0,6)12 мг/л=4,8 мг/л;

[Al³⁺]=(1-0,6)12 мг/л=4,8 мг/л;

[Pb²⁺]=(1-0,6)6 мг/л=2,4 мг/л;

[H₂SO₄]=0 мг/л;

pH=7.

Содержание взвеси не соответствует допустимым нормам, поэтому  дальше вода под напором поступает  на напорный угольный фильтр, способный  очистить воду до необходимых концентраций. Эффективность этого фильтра 80% [4]. Остаточные концентрации в этом случае составят:

[Cr⁶⁺]=0,15 мг/л;

[Cr³⁺]=(1-0,8)59,94 мг/л=11,988 мг/л;

[Cu²⁺]=(1-0,8)1,6 мг/л=0,32 мг/л;

[Ni²⁺]=(1-0,8)4,8 мг/л=0,96 мг/л;

[Al³⁺]=(1-0,8)4,8 мг/л=0,96 мг/л;

[Pb²⁺]=(1-0,8)2,4 мг/л=0,48 мг/л;

[H₂SO₄]=0 мг/л;

pH=7.

Для окончательной очистки вода направляется на установку ионного обмена. Эффективность очистки такого сооружения 99,8% [6]:

[Cr⁶⁺]=(1-0,998)0,15 мг/л=0,0003 мг/л;                                                         

[Cr³⁺]=(1-0,998)11,988 мг/л=0,02398 мг/л;                   

[Cu²⁺]=(1-0,998)0,32 мг/л=0,00064 мг/л;                          

[Ni²⁺]=(1-0,998)0,96 мг/л=0,00192 мг/л;              

[Al³⁺]=(1-0,998)0,96 мг/л=0,00192 мг/л;              

[Pb²⁺]=(1-0,998)0,48 мг/л=0,00096 мг/л;      

[H₂SO₄]=0 мг/л;

pH=7.

Получившиеся концентрации соответствуют требованиям к воде для гальванических производств согласно ГОСТу 9.314 – 90 (вторая категория). Следовательно, на данном этапе происходит полное осветление воды. Для сбора осветленной воды используется сборник очищенной воды. Из него вода подается в оборот в цех гальванопокрытий.

Осадок из отстойника поступает на барабанный вакуум-фильтр. Вода на промывку фильтров (напорного  угольного и вакуум-фильтра) и  установки ионного обмена подается из сборника очищенной воды.

Обобщенные данные эффективности очистки СВ по данной схеме и ПДК для гальванопроизводства представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Сводная таблица эффективности очистки и ПДК для цеха гальванопокрытий

 

Показатель	Исходные значения	После электрокоагулятора	После усреднителя	После вертикального  смесителя
[Cr6+]	150 мг/л	0,15 мг/л	0,15 мг/л	0,15 мг/л
[Cr3+]	0 мг/л	149,85 мг/л	149,85 мг/л	149,85 мг/л
[Cu2+]	4 мг/л	-	4 мг/л	4 мг/л
[Ni2+]	12 мг/л	-	12 мг/л	12 мг/л
[Al3+]	12 мг/л	-	12 мг/л	12 мг/л
[Pb2+]	6 мг/л	-	6 мг/л	6 мг/л
[H2SO4]	1000 мг/л	-	1000 мг/л	0 мг/л
pH	3	-	3	7
Показатель	После вертикального  отстойника	После угольного фильтра	После установки ионного  обмена	ПДК для цеха гальванопокрытий
[Cr6+]	0,15 мг/л	0,15 мг/л	0,0003 мг/л	0,05 мг/л
[Cr3+]	59,94 мг/л	11,988 мг/л	0,02398 мг/л	0,5 мг/л
[Cu2+]	1,6 мг/л	0,32 мг/л	0,00064 мг/л	0,3 мг/л
[Ni2+]	4,8 мг/л	0,96 мг/л	0,00192 мг/л	1 мг/л
[Al3+]	4,8 мг/л	0,96 мг/л	0,00192 мг/л	0,25 мг/л
[Pb2+]	2,4 мг/л	0,48 мг/л	0,00096 мг/л	0,1 мг/л
[H2SO4]	0 мг/л	0 мг/л	0 мг/л	-
pH	7	7	7	6,5 - 8,5

 

Блок-схема очистки  СВ цеха травления предприятия морского флота представлена на рисунке 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Блок-схема очистки сточных вод

 

 

 

3 Разработка технологической схемы очистки сточных вод и обработки осадка

 

3.1 Удаление хрома шестивалентного

 

Для удаления хрома (VI) традиционно применяют реагентный метод. В качестве реагента применяют гидросульфат натрия. Реакция сначала идет в кислой среде, а затем в щелочной среде трехвалентный хром выпадает в осадок в виде гидроксида хрома. Осаждение его происходит в отстойнике, а остаточная концентрация шестивалентного хрома не превышает ПДК.

Существует более эффективный  способ очистки СВ от шестивалентного  хрома – электрохимический метод. Преимуществами этого метода являются возможность извлечения ценных продуктов, упрощение технологической схемы, упрощение эксплуатации сооружений, легкость автоматизации сооружений, уменьшение производственных площадей, возможность обрабатывания стоков без предварительного их разбавления, кроме того, не увеличивается солевой состав очищенной воды. А недостатком этого метода является большое потребление электроэнергии и металла.

Для очистки СВ от шестивалентного  хрома применяют электрокоагуляцию. Механизм электрокоагуляции последовательно включает в себя следующие операции:

1. электрофоретической концентрирование, то есть направленное движение заряженных частиц примесей и концентрирование их у поверхности электродов;
2. растворение электрода и образование гидроокисей металлов;
3. поляризационная коагуляция дисперсных частиц;
4. упаковка первичных агрегатов по мере накопления частиц гидроокисей и флокуляционная коагуляция;
5. флотация образовавшихся агрегатов пузырьками газов.

Эффективность электрокоагуляции  зависит от материала электродов, анодной плотности, движения обрабатываемой жидкости в межэлектродном пространстве. Серьезной помехой электрокоагуляции является образование на электродах окисных пленок – анодная пассивация.

Электрокоагуляционная очистка воды производится в основном с вертикальным расположением электродов, выполняемых чаще всего в виде блока прямоугольных пластин. Соединение электродов осуществляют по многополярной схеме. При отсутствии источника постоянного тока питание осуществляется выпрямленным током, для чего в составе установки предусматриваются выпрямители [7].

По характеру потоков воды в  электролизерах они могут быть однопоточные, многопоточные и смешанные с  горизонтальным или вертикальным направлением движения жидкости (в соответствии с рисунком 3).

Рисунок 3 – Электролизер для электрохимической коагуляции:

1 – подача и отвод  воды; 2 – электроды

 

3.2 Усреднение стока

 

Для усреднения расхода  и концентрации СВ применяют специальные  сооружения – усреднители.

Усреднение достигается  за счет смешения струй сточной жидкости разной концентрации, поступивших в усреднитель в разное время. Это в свою очередь объясняется протеканием разделенной на струи воды в коридорах разной длины.

В усреднителе для  получения необходимого эффекта  усреднения достаточно разделить каждую половину по ширине на пять-шесть коридоров, поскольку при этом практически исчерпываются динамические возможности сооружения.

Для обеспечения необходимого усреднения СВ по концентрации вода в  усреднителях любой конструкции  должна перемешиваться. Перемешивание может быть создано любыми устройствами: механическими мешалками, насосами; но наиболее удобными в эксплуатации являются перфорированные трубчатые барботеры, особенно из некорродирующих материалов (например, из полиэтилена).

При наличии в сточной воде взвешенных веществ барботеры должны не только перемешивать воду, но и препятствовать выпадению этих веществ.

Пристенные барботеры  следует укладывать параллельно  стенке на расстоянии от нее, равном глубине  воды в усреднителе. Барботеры укладывают строго горизонтально вдоль усреднителя на подставках высотой 7 – 10 см от дна. В усреднителе (в соответствии с рисунком 4) сточная вода подводится к внешним торцовым концам коридоров с помощью распределительного лотка [8].

Рисунок 4 – Схема прямоугольного усреднителя концентрации сточных вод:

1 – водоподающий канал; 2 – распределительный лоток;

3 – глухая диагональная  перегородка; 4 – продольные вертикальные  перегородки;

5 – сборные лотки; 6 – водоотводящий канал

 

 

3.3 Смешение сточных вод с реагентами

 

 

Для смешения сточных вод и реагентов  применяют смесители. После усреднителя  СВ поступают в вертикальный вихревой смеситель (в соответствии с рисунком 5). Смесители на очистных сооружениях применяются для смешивания сточных вод с реагентами различных видов перед последующей обработкой. Смешение происходит быстро и осуществляется в течение 1 – 2 минут.

Для очистных сооружений предприятия морского флота более  пригодны вертикальные смесители, так  как процесс растворения извести  происходит в них значительно  полнее. Это объясняется тем, что  крупные частицы находятся в  нижней части вертикального смесителя, где под воздействием повышенных скоростей они быстрее растворяются. Уменьшаясь в размерах, эти частицы выносятся водой в верхнюю часть смесителя и остаются в нем практически до своего окончательного растворения в водной среде [9].

Рисунок 5 – Вертикальный смеситель:

1 – корпус смесителя; 2 – сборные дырчатые трубы; 3 –  патрубки для ввода реагентов; 4 – патрубки для опорожнения  смесителя

 

 

 

 

 

 

3.4 Нейтрализация

 

 

Основными методами химической очистки производственных СВ являются нейтрализация, окисление и восстановление.

Химическая очистка может применяться  как самостоятельный метод перед  подачей производственных СВ в систему  оборотного водоснабжения, а также  перед спуском в водоем или  в городскую канализационную  сеть. Применение химической очистки  в ряде случаев целесообразно перед биологической или физико-химической очисткой. Химическая обработка находит применение и как метод глубокой очистки производственных СВ с целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных компонентов. При локальной очистке производственных СВ в большинстве случаев предпочтение отдается химическим методам очистки.

Нейтрализация – это  реакция между ионами водорода и  гидроксила, приводящая к образованию  недиссоциированных молекул воды.

Производственные воды от технологических процессов многих отраслей промышленности содержат щелочи и кислоты. В большинстве случаев кислые СВ содержат еще и соли тяжелых металлов, которые необходимо выделять из этих вод.

С целью предупреждения коррозии материалов канализационных  очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах, а так же осаждения из СВ солеи тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергаются нейтрализации.

Реакция нейтрализации  – это химическая реакция между  веществами, имеющими свойства кислоты и основания, которая приводит к потери характерных свойств обеих соединений.  Наиболее типичная реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися соответственно  в сильных кислотах и основаниях: .

В результате концентрация каждого  из этих ионов становится равной той, которая свойственна самой воде (около 10^-7), то есть активная реакция водной среды приближается к рН = 7.