Разработка проекта установки электрофлотационной очистки сточных вод гальванического производства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Основные технологические решения

 

 

Материальный поток	Технологическая операция	Характеристика операции
Сточная вода	Реагентное осаждение	5 м3/час, добавление к стоку карбоната натрия; корректировка рН серной кислотой; образование дисперсной фазы, процесс периодический
Сточная вода	Электрофлотация	5 м3/час, процесс периодический, степень очистки от ионов цинка и никеля соответственно 90% и 60%

 

 

 

3.1 Вспомогательные технологические решения

3.	Мытье полов и оборудования	Периодический процесс; раз в смену, вручную
4.	Приготовление  раствора карбоната натрия	Расход реагента 3,789т/год

 

 

 

 

 

2.  Программа производственного экологического контроля

Наименование потока и операции	Определяемый показатель	Метод анализа	Периодичность измерений
Поток сточной воды на очистку	Ni2+ Zn2+	ААС	1 раз/сутки 1 раз/сутки

 

 

Кодировка наименований методов анализа:

ААС- атомно-абсорбционная спектрофотометрия

 

 

4. Разработка и описания принципиальной технологической блок-схемы

Сточная вода Серпуховского завода « Металлист» с расходом 5 м3/час поступает в реактор с мешалкой 1, где осуществляется реагентное осаждение за счет добавления карбоната натрия. Затем после образования дисперсной фазы в виде карбонатов никеля и цинка, сточная вода подается в электрофлотатор 2, где идет образование флотошлама, который утилизируют. Ниже показана принципиальная технологическая схема. Режим работы предприятия:24 часа в сутки  183 дня в году ( с учетом праздничных и выходных дней).

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1 Принципиальная  технологическая блок-схема

                    Сточная вода

 

 

 

                                                               

                                                              

                  Na2CO3(0,05г/л)

                          1,86 т/г 2м3/ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Материальный баланс по входным и выходным потокам для основных технологических стадий

Масса веществ, вошедших в систему, всегда равны массе всех веществ (компонентов), выходящих из нее:

∑Gi,вх=∑Gk,вых,

где Gi,вх, Gk,вых – массы соответственно входных и выходных потоков.

 

Реагентное осаждение
Вход		Выход
Наименование потока	Кол-во, кг/час	Наименование потока	Кол-во, кг/час
Ст. вода (5 м3/ч) Ni2+ Zn2+ Na2CO3	0,125 0,125 0,425	Ст. вода (5 м3/ч) NiCO3(ТВ) ZnCO3(ТВ) Na+	0,25 0,24 0,194
Итого:	0,68	Итого:	0,68

 

1.Ni2+=25мг/л·5м3/ч=0,125кг/ч

2.Zn2+=25мг/л·5м3/ч=0,125кг/ч

3.Количество карбоната натрия, необходимое для реагентного осаждения:

Zn2++Na2CO3= ZnCO3+2Na+

Ni2++ Na2CO3= NiCO3 +2Na+

Зная молярные массы металлов, можно посчитать для каждой реакции расход данного реагента:

По Zn2+: 5 м3/ч ·25мг/л  · 106г/моль = 0,2кг/ч

                 65г/моль

По Ni2+: 5 м3/ч   ·25мг/л · 106г/моль = 0,22кг/час

                  59г/моль

Помимо данных реакций, протекает реакция гидролиза:

Na2CO3+H2O=NaOH+NaHCO3

Исходная рН=7, следовательно 10-7·5000л/ч=5·10-4моль/ч

Конечная рН=9, следовательно 10-9·5000л/ч=5·10-6моль/ч

Зная, что рН+рОН=14, таким образом:

Исходная рОН=14-7=7, следовательно 10-7·5000л/ч=5·10-4моль/ч

Конечная рОН=14-9=5, следовательно 10-5·5000л/ч=0,05моль/ч

Тогда nNa2CO3=0,05 моль/ч-5·10-4моль/ч=0,0495моль/ч. Умножая на молярную массу карбоната натрия получаем расход, необходимый на реакцию гидролиза: М Na2CO3=0,0495моль/ч ·106г/моль=0,005кг/ч

4.Рассчитаем количество  образовавшихся карбонатов металлов.

По Zn2+: 5 м3/ч ·25мг/л  · 125г/моль = 0,24кг/ч

                 65г/моль

По Ni2+: 5 м3/ч   ·25мг/л · 119г/моль = 0,25кг/час

                  59г/моль

5.Рассчитаем количество  остаточного натрия по двух  аналогичным реакциям:

По Zn2+:5 м3/ч ·25мг/л  · 2 ·24г/моль = 0,092кг/ч

                 65г/моль

По Ni2+: 5 м3/ч   ·25мг/л · 2 ·24г/моль = 0,102кг/час

                  59г/моль

Таким образом, суммарное количество остаточного натрия составляет 0,194кг/ч

 

 

 

 

 

 

                                                                      

Электрофлотация
Вход		Выход
Наименование потока	Кол-во, кг/ч	Наименование потока	Кол-во, кг/ч
Ст.вода ( 5м3/ч) NiCO3 ZnCO3	0,25 0,24	Флотошлам NiCO3 ZnCO3 Верхний слив NiCO3 ZnCO3	0,2025 0,144   0,0475 0,096
Итог:	0,49	Итог:	0,49

 

После электрофлотации состав флотошлама (с учетом эффективности очистки от Ni2+=81% и Zn2+ =60%)

 NiCO3=0,25 кг/ч·0,81=0,2025кг/ч

ZnCO3=0,24фкг/ч·0,6=0,144кг/ч

После электрофлотации состав очищенной воды (верхнего слива) ( с учетом эффективности очистки от Ni2+=81% и Zn2+ =60%)

NiCO3=0,25кг/ч·0,19=0,0475кг/ч

ZnCO3=0,24кг/ч·0,4=0,096кг/ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основное оборудование процесса очистки сточных вод

№ операции	Технологическая операция	Исходные данные для проведения расчетов	Результаты расчетов по подбору оборудования
1	Реагентное осаждение	Расход СВ 5м3/ч Время пребывания t=10 минут	Вертикальный смеситель непрерывного действия. V=1м3 5 ·(10/60) = 0,83 м3 (с запасом 1 м3) из стали 12ХI8ОТ
2	Электрофлотация	Расход СВ 5м3/ч Время электрофлотации – 30 минут	Горизонтальный электрофлотатор непрерывного действия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчёт и подбор основного и вспомогательного оборудования

Параметры работы электрофлотаторов

Параметры электрофлотации: продолжительность пребывания воды в электрофлотаторе - 10 минут (1я камера – 3 минуты, 2я – 7 минут); объемная плотность тока в камерах – 0,05 А/л;  плотность тока – 25 А/м2; сила тока – 100 А; плотность газовых пузырьков 0,08 кг/м3; электропроводность сточной воды при 20 °С – 0,008 Ом-1·см-1; удельное сопротивление сточной воды – 110 Ом·см; плотность сточной воды – 1020 кг/м3. [11]

 

Расчет габаритных размеров электрофлотатора двухкамерного

Электрофлотатор двухкамерный предназначен для очистки производственных сточных вод от дисперсной фазы малорастворимых соединений тяжелых и цветных металлов, органических веществ и эмульгированных нефтепродуктов. Схема установки приведена на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 – Схема установки к расчёту электрофлотатора двухкамерного

 

Рабочий объём электрофлотатора равен (м3):

 

,	(1)
,

 

 

где Q – часовая производительность электрофлотатора, м3/ч;

tэф– продолжительность пребывания воды в электрофлотаторе, ч.

в том числе для каждой флотокамеры:

 

;	(2)
;

 

Площадь зеркала воды во флотокамерах равна (м2):

 

;	(3)
;  ,

 

 

где – рабочая высота очищаемого слоя воды, принимаемая равной 0,55 м.

 

Габаритная высота электрофлотатора (м):

 

+ +	(4)

 

 

где – высота от верхнего уровня воды до борта установки, принимается 0,08 м;

 – высота устройства  для удаления пены (0,4 м);

 – расстояние от  нижней кромки электродов до  дна (0,05 м);

 – высота электродов (0,02 м);

– толщина дна (0,01 м).

 

Длина флотокамер (м):

 

;	(5)
; ,

 

 

где – внутренняя ширина электрофлотатора принимается 0,5 м при расходе сточных вод до 1 м3/ч включительно; 0,75 м свыше 1 до 3 м3/ч; 1 м свыше 3 до 5 м3/ч; 1,25 м свыше 5 до 10 м3/ч, 1,5 м свыше 10 до 15 м3/ч. 2 м от 15 до 20 м3/ч, 2,5 м от 20 до 30 м3/ч,

Габаритная длина электрофлотатора (м):