Очистка сточных вод предприятия морского флота, цех травления

При спуске производственных СВ в водоем или на городские очистные сооружения практически нейтральными следует считать СВ с рН = 6,5 – 8,5. Следовательно, подвергать нейтрализации следует СВ с рН менее 6,5 и более 8,5, при этом необходимо учитывать нейтрализующую способность водоема, а также щелочной резерв городских СВ. Из условий сброса производственных СВ в водоем или городскую канализацию следует, что большую опасность представляют кислые стоки, которые встречаются к тому же значительно чаще, чем щелочные (количество производственных СВ с рН > 8,5 невелико).

Если отработанные производственные СВ подаются в систему оборотного водоснабжения, то требования к величине активной реакции зависят от специфики  технологических процессов. Значения pH для вод, поступающих в цех гальванопокрытий также должно быть в пределах 6,5 – 8,5.

Наиболее часто встречаются  СВ загрязненные минеральными кислотами: серной, азотной, соляной, а также  их смесями. Значительно реже в СВ встречаются азотистая, фосфорная, сернистая, сероводородная, плавиковая, хромовая кислоты, а также органические кислоты: уксусная, пикриновая, угольная, салициловая и другие.

Концентрация кислот в сточных водах обычно не превышает 3 %, но иногда достигает большой величины [9].

При химической очистке  применяют следующие способы  нейтрализации: взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод; нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь, гашеная известь, кальцинированная соль, каустическая сода, аммиак); фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит, магнезит, обожженный магнезит, мел).

Выбор способа нейтрализации  зависит от многих факторов: вида и  концентрации кислот, загрязняющих производственные сточные воды; расхода и режима поступления отработанных сточных вод на нейтрализацию; наличия реагентов; местных условий и так далее

 

 

3.5 Отстаивание

 

 

Отстаивание применяют  для осаждения из СВ грубодисперсных  примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести.

Выбор типа отстойника зависит  от состава и концентрации производственных СВ, поступающих на очистку, характеристик  образующегося осадка. Существует три  типа отстойников: вертикальный, горизонтальный и радиальный.

В данной технологической схеме СВ после смесителя поступает в вертикальный отстойник (в соответствии с рисунком 6). Там происходит отстаивание взвешенных  частиц, образовавшихся при нейтрализации.

Это круглый в плане  резервуар  с конусным днищем. СВ поступает в вертикальную трубу с раструбом в нижней части. Под вертикальной трубой располагается отражательный щит, который изменяет направление движения воды с вертикального нисходящего на горизонтальное, а затем на вертикальное восходящее, при котором происходит осаждение нерастворенных веществ в отстойной части. Осветленная вода переливается через круговой водослив в сборный лоток и отводится из отстойника. Выпавшая взвесь, накапливающаяся в отстойной части периодически выпускается.

Всплывающие вещества удерживаются кольцевой полупогруженной перегородкой и удаляются по трубе для выпуска всплывающих веществ.

Вертикальные отстойники проще по  конструкции и в  эксплуатации, чем горизонтальные, но эффект осветления в них на 25 – 30 % ниже [10].

 

Рисунок 6 –  Вертикальный отстойник:

1 – цилиндрическая  часть; 2 – центральная труба; 

3 – желоб; 4 – коническая  часть

 

 

3.6 Фильтрование

 

 

Фильтры применяют для  глубокой очистки СВ от суспендированных частиц после механической, химической, физико-химической или после биологической  очистки. СВ промышленных предприятий, даже после биологической очистки, содержат загрязняющие вещества, характерные для этих производств, поэтому результат работы фильтров на стоках одних производств нельзя механически переносить на работу фильтров других производств.

К конструкциям фильтров, применяемых  для очистки СВ, предъявляются  следующие основные требования:

1. фильтрация должна идти в направлении убывающей крупности загрузки с целью предотвращения образования малопроницаемых и трудноразрушаемых при промывке пленок осадка на поверхности загрузки;
2. необходима интенсивная промывка загрузки, обеспечивающая максимальное удаление загрязняющих веществ из загрузки;
3. фильтры должны обладать малой чувствительностью к колебаниям качества воды и расхода;
4. фильтрующий материал, используемый для загрузки, должен обладать высокой прочностью и химической стойкостью;
5. целесообразно использование дешевых фильтрующих материалов.

В данной технологической  схеме применим напорный угольный фильтр (в соответствии с рисунком 7) Напорные грубозернистые фильтры применяют при частичном осветлении воды, используемой для  технических целей.

Напорный фильтр представляет собой закрытый стальной резервуар (вертикальный или горизонтальный), рассчитанный на внутреннее давление до 6 атм. В ряде случаев это позволяет подавать профильтрованную воду в разводящую сеть труб  с достаточным напором.

Напорные фильтры применяют  без гравийных подстилающих слоёв, с трубчатым дренажем. Кроме дренажной  системы для отвода фильтрованной  воды и распределения воды при промывке устраивается распределительная система, по которой подаётся сжатый воздух. Если конструкция дренажа обеспечивает равномерное распределение сжатого воздуха, отдельную воздушную распределительную систему можно не предусматривать. Дренаж представляет собой коллектор, проходящий по оси поперечного сечения фильтра, с ответвлениями через 250 – 300 мм [11].

В напорных фильтрах применяется  специальные дренажные системы  – колпачки, через щели которых  проходит вода, но не пропускаются зерна  загрузки. Подача воды на напорный фильтр и отвод промывной воды осуществляется либо через воронку, обращенную широким концом  кверху, либо по кольцевой дырчатой трубе.

 

 

Рисунок 7 –  Напорный угольный фильтр

 

 

 

3.7 Установка ионного обмена

 

 

Ионообменные установки предназначены для  обессоливания  и очистки СВ от ионов металлов, а так же других загрязнений до заданных концентраций.

Очистку производят с  применением ионитов – синтетических  ионообменных смол, выпускаемых в  виде гранул размером 0,2 – 2мм. Иониты представляют собой практически нерастворимые в воде полимерные  вещества, имеющие подвижный ион (катион или анион), способный в определенных условиях вступать в реакцию обмена с ионами того же знака, находящимися в растворе.

При контакте с водой иониты набухают и увеличиваются в объёме. Большинство ионитов хранят во влажном состоянии или под слоём воды.

Различают сильно- и слабокислотные катиониты ( в H⁺ или Na⁺ форме) и сильно- и слабоосновные аниониты ( в ОН^–  или солевой форме), а также иониты смешанного типа.

Ионообменную очистку  производят последовательным фильтрованием  через катиониты (в водородной форме) и аниониты (в гидроксильной форме). При контакте воды с Н-катионитом происходит обмен катионов растворенных в воде солей на Н⁺-ионы катионита по уравнению:

n [K] H + Meⁿ⁺ «[K]_n Me + n H⁺,

где [K] – радикал, или «скелет» катионита; Ме – извлекаемый катион металла;

n – валентность металла.

В результате Н-катионирования  повышается кислотность воды. При  фильтровании её через ОН-анионит  происходит обмен анионов кислот на

ОН^–-ионы анионита по уравнению:

m [An] OH + A^m « [An]_m A + m  OH^–,

где [An] – каркас, или «скелет» анионита; A – извлекаемый анион; m – валентность аниона.

При наличии в воде анионов сильных и слабых кислот анионирование производят в две ступени. В начале производят анионирование сильных кислот на слабоосновных анионитах, а затем анионирование слабых кислот на сильноосновных анионитах.

Обменная емкость сильнокислотных  катионитов и сильноосновных анионитов  по отношению к различным ионам остается постоянной в широком интервале значений рН. Обменная емкость слабокислотных катионитов и слабоосновных анионитов в большей степени зависит от величины рН и максимальна для слабокислотных катионитов в щелочной среде (рН > 7), а для слабоосновных анионитов в кислой среде (рН < 7). Иониты смешанного типа проявляют свойства смеси сильной и слабой кислот или сильного и слабого основания.

Различают полную обменную емкость (ПОЕ) – емкость ионита до полного насыщения; статическую (или  равновесную) обменную емкость (СОЕ), динамическую обменную емкость (ДОЕ) и рабочую обменную емкость (РОЕ) – емкость ионита в динамических условиях до проскока в фильтрат ионов в заданных концентрациях.

В процессе очистки иониты уплотняются. По мере насыщения ионитов  их регенерируют. Перед регенерацией иониты взрыхляют очищенной водой с интенсивностью  3 – 5 л/с×м². Регенерацию катионита осуществляют 2 – 8 % растворами кислот, анионитов – 2 – 6% растворами щелочей. После регенерации производят отмывку ионитов.

Продуктами регенерации  являются элюаты – растворы кислот и щелочей, содержащие извлекаемые из ионитов компоненты. Первые порции элюатов являются наиболее концентрированными. Их  нейтрализуют или обрабатывают с целью утилизации ценных продуктов. Нейтрализацию осуществляют смешением кислых и щелочных элюатов, а также введением дополнительных щелочей и кислот.

Содержание взвешенных веществ в очищаемой воде и  её ХПК не должны превышать 8 мг/л. В  противном случае в состав установки  включают сооружения предварительной  очистки с кварцевыми и сорбционными фильтрами.

Ионы меди, цинка, свинца, никеля в сточных водах содержатся  раздельно или в смесях в различных  комбинациях и соотношениях. Эффективность  извлечения указанных ионов зависит  от их концентрации в воде, величины рН, общей минерализации воды. При наличие в сточных водах сложных смесей катионов большое значение имеет селективность их поглощения катионитами. При обмене на сильнокислотном катионите КУ-2 установлен следующий ряд катионов  по энергии их вытеснения друг другом:

Н⁺<Na⁺< NH₄⁺<Mg²⁺<Zn²⁺<Co²⁺<Cu²⁺<Cd²⁺<Ni²⁺<Ca²⁺<Sr²⁺<Pb²⁺<Ba²⁺.

При наличии в воде нескольких катионов система рассчитывается как однокомпонентная  по наименее сорбируемому иону. Расчетная концентрация принимается равной  сумме концентраций всех удаляемых катионов, а емкость катионита – равной емкости его по наименее сорбируемому иону при сорбции его из индивидуального раствора. Регенерируют катионит обычно раствором серной кислоты или сульфата натрия.

Хром в сточных водах  различных отраслей промышленности присутствует в основном в шестивалентном состоянии (хромат-ионы CrO₄^2– и бихромат-ионы Cr₂O₇^2–), а также в виде катионов трёхвалентного хрома Cr³⁺. В зависимости от состояния хрома в сточных водах выбирают схему его извлечения. Установки, как правило, состоят из Н-катионитовых фильтров для извлечения трехвалентного хрома и анионитовых фильтров для удаления хроматов. При очистке сточных вод от трехвалентного хрома  на катионитах одновременно извлекают катиониты других металлов. Емкость слабо- и сильноосновных анионитов по хрому не зависит от величины рН в пределах от 1 до 6 и значительно снижается с увеличением значения рН > 6 [6].

 

 

3.8 Обработка осадка

 

 

После отстойника высококонцентрированный  осадок, состоящий из соединений тяжелых  металлов и гипса,  поступает на барабанный вакуум-фильтр.

Барабанный вакуум-фильтр применяют для обезвоживания  осадков сточных вод. Рабочий  цикл вакуум-фильтра включает следующие  операции: фильтрование, обезвоживание (просушку), удаление обезвоженного  осадка, регенерацию фильтровальной ткани [11].

Фильтрование и обезвоживание  осуществляют под действием вакуума. При этом на фильтровальной ткани  вначале образуется слой отфильтрованного осадка, который затем обезвоживается (просушивается) атмосферным воздухом. Удаление обезвоженного осадка с поверхности фильтровальной ткани производится с помощью различных механических устройств, либо отдувкой сжатым воздухом. Обезвоженный осадок сбрасывается в конвейер, откуда направляется на утилизацию [12].

После фильтрования вакуум-фильтр промывают водой, которая подается под напором из промежуточного резервуара. Концентрированная  вода после промывки фильтра направляется в вертикальный отстойник.

Элюаты, образующиеся после  ионного обмена, направляются на сушку, а после идут на утилизацию.

 

 

4 Расчеты сооружений

 

4.1 Расчет электрокоагуляционной установки

 

Полезный объем электролизера:

,              (2)                                                     

где Q = 3500 м³/сут – расход СВ;

t = 3 мин = 0,05 часа – продолжительность электрообработки.

Общая поверхность плоских  анодов:

,          (3)                                                       

где d = 0,005 – 0,01 м, примем 0,01 м – расстояние между электродами;

δ = 0,003 – 0,008 м, примем 0,008 м – толщина электрода.

Принимаем 4 электрокоагулятора, таким  образом, поверхность пластин каждого  будет равна:

Дальнейший расчет проводим для  одного электрокоагулятора.

Число пластин электродов:

,           (4)                                                                  

где В = 2000 мм – ширина секции (в соответствии с таблицей 2)

 

Таблица 2 – Ширина секции и скребка электрокоагуляционной установки

 

Производительность одной секции, м3/час	Ширина, мм
	скребка	секции
Менее 90	1975	2000
90 – 120	2475	2500
120 – 180	2975	3000