Загрязнение природных вод. Технология очистки и экономическая эффективность ее внедрения.

ify">      

        2Cl^- - 2e^- = 2Cl; 2Cl = Cl₂;

        CN^- + 2Cl + 2OH^- = CNO^- + 2Cl^- + H₂O;

        2CNO^- +6Cl + 4OH^- = 2CO₂ + N₂ + 6Cl^- + 2H₂O;

        2[Cu(CN)₃]^2- + 14Cl + 12OH^- = 2Cu²⁺ + 6CNO^- + 14Cl^- + 6H₂O. 

      Введение  хлоридных ионов  в реакционную  среду  приводит  к значительному ускорению окисления цианидов с одновременным повышением выхода по току процесса больше чем на 100 %  (в среднем с 35 до 80 %) при одновременном снижении расхода электроэнергии на 30 %.

      Это приписывают  повышению  проводимости электролита  и активному участию в реакции окисления цианидов атомарного хлора, образующего в процессе разложения хлоридного иона на аноде.

      Установлено также,  что лучшие результаты получаются  при электрохимическом окислении  очень концентрированных растворов цианидов, а не их разбавленных растворов.     Процесс электрохимического  окисления  цианидов протекает при следующих условиях:  рН>11;концентрация хлоридов не должна превышать концентрацию  цианидов  больше чем в 5 раз;принимают на 1г СN - 10г NaCl;аноды должны быть сделаны  из  графита,  а катоды из кислотоупорной стали,  анодная плотность тока должна быть 0,001 А/см² (ток постоянный);сточные воды должны  перемешиваться сжатым  воздухом.В этих условиях достигается выход по току 80 %, а расход электроэнергии на окисление  1г  CN  -  от 0,007 до 0,01 кВт в час.

      Сравнительный анализ стоимости  очистки цианистых  сточных вод химическим и электрохимическим методом отдает предпочтение электрохимическому методу, т.к. он прост в применении, а также не требует строительства сложных устройств, типичных для химического метода.

      Кроме того, для электрохимических  способов характерны существенное сокращение  расхода химикатов и меньшая потребность в производственных площадях.В результате низкого  солесодержания очищенного  стока  снижаются и последующие затраты на доочистку стока с целью повторного использования воды.

3. . Ионообменный метод

 

      Гетерогенный  ионный обмен или  ионообменная сорбция -  это процесс обмена между ионами,  находящимися в растворе, и ионами, присутствующими  на  поверхности  твердой  фазы  -   ионита. Очистка сточных вод методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси  (для  нашего  случая  это медь и цинк), очищать воду до ПДК с последующим ее использованием в технологических процессах или в системах оборотного водоснабжения.

      Принципиальная  схема установки  для очистки сточных  вод  гальванического  производства показана на рис.5.1

      Цианистые стоки из емкости 1 для усреднения состава  и частичного отделения механических примесей направляются в  усреднитель 8.Из аппарата 8 стоки насосом подаются в песчано - гравийный фильтр 2 для очистки от механических  примесей.Скорость движения жидкости,  отнесенная  к поперечному сечению фильтра, 5-7 м/ч.Следующая ступень - очистка активированным углем в аппарате 3 от маслопродуктов, ПАВ, биологических примесей и т.д.Отфильтрованная вода направляется в катионообменник 4,  заполненный смолой  КУ-2, КУ-8  или КУ-23 в водородной форме. Линейная скорость движения жидкости в  этом  аппарате  достигает  10-20 м/ч. По  достижении  на  выходе концентрации сорбируемых ионов 0,02-0,03 мг^.экв/л катионит подвергается  регенерации.Освобожденная от катионов вода поступает в анионообменники 5 и 6, заполненные смолами АВ-17-8, АН-221 и др. При содержании сорбируемых анионов на выходе из аппарата 0,05-0,1 мг/л анионит регенерируют.

      Сточные воды направляются на производство (в систему  оборотного водоснабжения), а  промывные - в сборники концентратов для химического обезвреживания и, в нашем случаи,  для извлечения меди и цинка. 
 

                     2              3            4               5              6

      

      

              1

                            8

                                      7               7                 7

      

      

      4 - катионообменник

      5,6 - анионообменники

      7 - сборник чистой  воды для промывки  колонн

      8 - усреднитель 

      Рис.5.1 Схема ионообменной установки для  очистки  цианистых

              сточных вод 

      Главный недостаток технологии ионного  обмена  состоит  в том, что  для выделения  из воды элементов или солей необходимы регенерирующие кислоты или щелочи, которые  впоследствии в виде солей поступают в окружающую среду,  вызывая вторичное загрязнение последней.

4. . Другие методы  очистки

 

      К числу таких методов  можно отнести  следующие 2 метода - термическое  обезвреживание  и  мембранная  технология, которые позволяют получить высококачественную воду и несомненно  получат более широкое распространение в будущем.

      Термическое обезвреживание сточных  вод гальванических цехов включает 2 стадии:  предварительное концентрирование и огневое обезвреживание концентрата (шлама).

      Целью 1  стадии  является возврат части  воды в производство.Применяемые  в основном процессы упаривания и сушки  лимитируются необходимостью  учета возможности  образования отложений на поверхности теплообмена,  коррозии оборудования и загрязнения атмосферы вредными газообразными выбросами.

      Огневое обезвреживание концентрата  осуществляется в  высокотемпературных печах,  топках котлоагрегатов.Так, цианосодержащие стоки и шламы сжигают в трубчатых, вращающихся и циклонных печах,  в кипящем слое, либо в печах с загрузкой катализатора.При этом цианиды полностью окисляются,  а связанные с ним металлы, выделяются в виде окислов или чистых металлов.Каталитическое окисление снижает  рабочую  температуру  процесса  и, следовательно, расход топлива.

      Мембранная  же технология основана на применении  мембран, которые способны  задерживать  практически  все многовалентные катионы, задерживая 50-70 % примесей.Поэтому их применение для очистки промывных   сточных  вод  и  регенерации  электролитов представляется наиболее перспективным.

5. . Выбор вариантов  очистки и системы  водоснабжения

 

      За  основу расчетов примем 2 варианта.При первом варианте, принимая во внимание то, что  объем сточных  вод невелик, а  концентрация вредных веществ мала, все сточные воды без их очистки будем  сбрасывать  в  горводоканал. Возможно это будет более выгодным, чем строительство очистных сооружений, т.к. создание последних для  такого маленького предприятия,  как наше равносильно созданию самого гальванического производства.

      По  второму варианту будем очищать  сточные воды ионообменным методом,  т.к. он позволяет  утилизировать цветные  металлы, содержащиеся  в наших сточных  водах (Cu),  и повторно использовать до 95 %  сточных вод, а также исходя из характеристик  наших сточных вод и условий эффективного функционирования вышеописанных методов.Таким образом  при  втором  варианте  мы параллельно  с использованием ионообменного метода будем создавать оборотный цикл водоснабжения. 
 

 

9.   РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

1. . РЕЖИМ РАБОТЫ УЧАСТКА  СТОЧНЫХ ВОД

 
 
 
 

      В связи с тем, что  мы выбрали за основу для расчета ионообменный метод, участок очистки  сточных вод у  нас будет работать непрерывно, т.е. 3 смены  в сутки. Это также  обусловлено тем, что согласно опытным данным при малой интенсивности протекания сточных вод (до 5 м³/ч) и без повторного их использования экономичнее переодический способ очистки. При большем же объеме сточных вод (у нас стекает в сутки более 10 метров в кубе) более эффективны устройства непрерывного действия.

      Все рабочее время  в соответствии с 3-мя сменами делится  на з вида:

      1. Ночное с 23 до 7 часов.

      2. Дневное с 7 до 15 часов.

      3. Вечернее с 15 до 23 часов.

      Здесь также надо учесть, что продолжительность  рабочего времени  в год для рабочих  составляет 1780часов, а для РСС - 1740 часов. Основные и часть вспомогательных рабочих работают в 3 смены без перерыва на обед. По ст. 57 КЗоТ рабочим, работающим без обеда, предоставляется возможность принимать пищу на рабочем месте. За неимением данных подробный график сменности приводится в разделе 6.5. “Состав обслуживающего персонала и фонд оплаты труда”. 

2. . ФОНДЫ ВРЕМЕНИ  РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

1. . Календарный фонд  времени (Фк)

 

       Фк = 365 дней

      Фк = 365 дней * 24 ч = 8760 ч

2. . Номинальный фонд  времени (Фн)

 

      Т.к. режим работы участка  непрерывный, то:

       Фн = Фк = 8760 ч

3. . Эффективный фонд  времени (Фэф)

 

      Фэф = Фк - Трем - Трег, где 

      Трем - время на ремонт в год. Возьмем 4% от Фн.

      Трег - время на регенерацию  в год. Трег = 1/3*Фн, т.к. установка подвергается регенерации примерно через каждые 30 часов работы, а регенерация длятся 15 часов.

      

      Фэф = 8760ч - 0,04*8760ч - 1/3*8760ч = 5489,6 ч 

3. . Производственная  мощность (ПМ) участка  и ее использование

 

      

      ПМ = q * Фэф, где 

      q - пропускная способность  установки в метрах в кубе в час.

      q нам пока не  известна, но ясно, что пропускная  способность не  равна 250 метрам  в кубе в сутки  (10,4 метра в кубе  в час), т.к. мы  еще должны учесть  время на ремонт  и регенерацию.  Значит, простаивая  определенное время  без работы, затем  установка должна очищать большие объемы сточных вод в ед. времени (скопившиеся за время простоя + вновь поступившие).

      Для определения q нам  надо знать объем  сточных вод в  год (Vcт.год) и Фэф  для установки. И  если мы поделим первое на второе и умножим  на коэффициент (Кн), учитывающий непредвиденные обстоятельства, то и получим q. 

       q = Vст.год/Фэф  * Кн,  где Кн = 1,11

      Vст.год  = Vст.сут. * Nсут.

      Nсут. = Фк - Дпр - Дв,   где 

      Vст.сут. - поступающий объем  сточных вод в  сутки на очистку  (250 метров в                 кубе).

      Nсут. - кол-во суток  работы гальванического  цеха в год.