Курсовая работа (т): Нейтрализация сточных вод

Нейтрализация сточных вод

Содержание

Введение

. Физико-химические основы процесса

.1 Нейтрализация железосодержащих сточных вод от обработки метала кислотами

.2 Способы нейтрализации кислых стоков

.2.1 Полусухая нейтрализация отработавших растворов

.2.2 Нейтрализация кислых стоков фильтрованием через щелочные металлы

.2.3 Нейтрализация кислых стоков реагентами

. Кинетика и механизм процесса очистки

. Технология процесса очистки

. Описание основного аппарата

. Технико-экономический анализ выбранного метода

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Большое внимание в нашей стране уделяется охране окружающей среды. В документах правительства подчеркивается необходимость повышения эффективности мер по охране природы, создания производств и процессов, обеспечивающих полное и комплексное использование природных ресурсов, сырья и материалов, исключающих или значительно снижающих вредное воздействие на окружающую среду. В Украине и за рубежом выполнен ряд работ по созданию мало-отходных процессов, цехов и предприятий в целом. Планами дальнейшего развития черной металлургии предусмотрены совершенствование и внедрение методов защиты водоемов от загрязнений сточными водами, в том числе и тех, которые содержат соли железа.

Водные растворы солей железа подвергают переработке при получении ферритов, железооксидных пигментов, электродной массы, железного порошка, коагулянтов, при травлении сталей, очистке природных и сточных вод. Одной из важнейших задач в любом из указанных производств является максимально полное выделение тех или иных компонентов из раствора.

Трудности получения осадков с заданными свойствами и структурой связаны со сложностью и недостаточной изученностью процессов, протекающих при формировании твердой фазы вообще и оксидов и гидрооксидов железа в особенности. Слабо изучены вопросы формирования высокодисперсных суспензий, их структурно-реологические характеристики, закономерности разделения.

Большое место уделено очистке и использованию растворов солей железа, образующихся при кислотной обработке стали в металлургии. Помимо совершенствования технологии переработки таких растворов путем управления свойствами осадков и достижения требуемой степени разделения компонентов, рассматриваются еще два направления, способствующие созданию безотходной технологии. Первое- снижение уровня образования отходов в основной технологии. Рассматриваются условия образования растворов солей железа и возможные пути их устранения или сокращения. Объем сточных вод, образующихся при промывке изделий после химической обработки в металлургии, как правило, в десятки раз превышает объем отработанных рабочих растворов. Это характерно для химической и других отраслей промышленности при промывке твердой фазы. Поэтому совершенствование методов промывки является важной экономической и экологической задачей

Другое направление по созданию безотходной и малоотходной технологии - выбор методов переработки отходов, позволяющих превратить их в полезные продукты или сырье для других производств (сельского хозяйства, строительства, химической промышленности и т. д.). Существуют так же термические и электрохимические способы переработки растворов, их нейтрализация различными химическими реагентами.[1]

Предельно допустимые концентрации веществ в воде:

Азотная кислота HNO₃ ПДК_в=40 мг/л; ПДК_в.р = 0,08 мг/л

Серная кислота H₂SO₄ ПДК_в=500(SO₄^2-); pH=6.5 ÷ 8.5

Хлороводород HCl ПДК_в=300(С1‾)

ПДК_в - предельно допустимая концентрация химического вещества в воде водоема, мг/л. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течении всей его жизни и на здоровье последующих поколений и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.

ПДК_в.р - предельно допустимая концентрация химического вещества в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей, мг/л. [3]

1. Физико-химические основы процесса

1.1 Нейтрализация железосодержащих сточных вод от обработки металла кислотами

нейтрализация сточный фильтрование очистка

Если отработавшие травильные растворы не подвергают переработке на купоросной или другой регенерационной установке, то они как сточные воды, подлежат обезвреживанию путем нейтрализации содержащейся в них кислоты (свободной и связанной с железом) и выделения из нейтрализованных стоков железа и прочих нерастворимых примесей (окалины и др.). Нейтрализуют и осветляют также воды от промывки металла. Процесс лучше всего происходит при совместной нейтрализации отработавших растворов с промывными сточными водами.

При полной нейтрализации, предусматривающей связывание ионов железа и основной массы кислоты, расчет количества щелочи всегда ведут на общее содержание кислоты.

Решение задачи по нейтрализации и очистке сточных вод от обработки металла кислотами зависит от характера и состава этих сточных вод и включает последовательное рассмотрение следующих вопросов:

а) выбор метода нейтрализации и реагента; б) определение схемы и режима нейтрализации, осветления и повторного использования очищенной воды, а также переработки (удаление, обезвоживание и складирование) продуктов нейтрализации (осадка); в) установление состава и конструкции необходимых сооружений и оборудования; г) назначения режима проведения нейтрализации, осветления и подготовки воды к повторному использованию (если это целесообразно), а также методов и пунктов контроля процессов.

1.2 Способы нейтрализации кислых стоков

Выбор способа нейтрализации и реагента зависит главным образом от режима сброса, состава и количества сточных вод, а также наличия тех или иных реагентов. Можно считать количество отработавших травильных растворов равным 5-7 кубических метров на одну тонну расходуемой кислоты, количество воды от промывки отработанного в кислоте металла обычно в 20 раз больше количества отработавших растворов, или от 100 до 150 куб. метров на одну тонну расходуемой кислоты.

На заводах черной металлургии металлы травят преимущественно серной кислотой и реже другими кислотами (например, на заводах, изготовляющих оцинкованную сталь, белую жесть или обрабатывающих специальные сорта металла, кроме серной кислоты, применяют соляную, азотную и фосфорную к-ты).

При контакте сточных вод, поступающих после травления черных металлов, загрязненных кислотой ( серной, соляной и др.), с реагентами (известью) кислота нейтрализуется с выделением солей железа и шлама (механических примесей- нерастворимых солей кислоты, окалины и пр.) в осадок.

Различают три способа нейтрализации кислых сточных вод:

Реагентный, когда в отработавший раствор, промывную воду или смесь добавляют реагент в виде раствора или сухого вещества (известь, соду или шлак); при этом в качестве реагентного раствора может быть использована также какая-либо другая сточная вода, содержащая щелочи. Этот способ получил наибольшее распространение;

Полусухой, когда отработавший раствор смешивают с сухим реагентом (известью или шлаком), в результате жидкая фаза полностью устраняется и образуется тестообразная масса. Способ применим для малых количеств стоков;

Фильтрационный, при котором сточную воду, содержащую азотную и соляную кислоты, фильтруют через кусковый или зернистый нейтрализующий материал.

При выборе способа нейтрализации железосодержащих кислых стоков следует руководствоваться следующими требованиями:

выбранный способ нейтрализации должен обеспечить достаточную стабильность очищенных стоков, чтобы при повторном использовании их не было отложений в системе оборотного водоснабжения;

реагентный способ должен обеспечивать формирование продуктов нейтрализации (осадка), способных по возможности хорошо выделяться в отстойниках или осветлителях и на фильтрах, а также уплотняться при его хранении;

принятый способ должен быть наиболее экономичным для условий данного предприятия. [2]

1.2.1 Полусухая нейтрализация отработавших растворов

При нейтрализации отработавших травильных растворов известковым тестом или молотой известью, во-первых, полностью устраняется жидкая фаза; во-вторых, объем продуктов нейтрализации сокращается в 2,5-3 раза ( по сравнению с нейтрализацией известковым молоком); в-третьих, влажность получаемых продуктов нейтрализации (осадка) через двое суток составляет только 60-65% вместо 87-99% в случае применения известкового молока и, наконец, полученная масса не растекается и удобна для транспортирования навалом. Однако при нейтрализации тестом расход извести больше, чем в случае применения известкового молока,- в среднем на 26%, а при нейтрализации молотой известью-на 36% .

Полусухая нейтрализация осуществляется следующим образом. В барабан бетономешалки С-159 со смесительным барабаном емкостью 425 литров (или другой) и скоростью вращения 18,2 оборотов в минуту загружают некоторое количество извести и чистой воды, после чего барабан бетономешалки вращают в течение 5-7 минут. При этом образуется известковое тесто, которое обволакивает внутреннюю поверхность барабана. Затем в барабан заливают небольшое количество отработавшего травильного раствора, который, реагируя с известковым тестом, образует корочку гипса, защищающего металл от разрушения кислотой. После этого загружают известь, заливают отработавший раствор и 20-30 минут вращают барабан; в результате образуется тесто из нейтрализованной массы. Можно поступать и наоборот-заливать раствор, затем засыпать известь. Емкость бетономешалки используется на 85-90%.

Полусухую нейтрализацию можно с успехом применять для обработки небольших количеств травильных растворов (например, при расходе кислоты до 200 тонн в год). Масса после двух-трехсуточного пребывания в помещении хорошо захватывается грейфером, что позволяет легко доставлять ее автотранспортом на общезаводскую свалку.

1.2.2 Нейтрализация кислых стоков фильтрованием через щелочные материалы

Для нейтрализации солянокислых, азотнокислых сточных вод, а также сернокислотных сточных вод, содержащих не более 5 г/л H₂SO₄ и не содержащих солей тяжелых металлов, можно применять непрерывно действующие фильтры. Установка для нейтрализации кислот фильтрованием через щелочные материалы состоит из усреднительного резервуара и фильтров, загруженных кусковым мелом, известняком, магнетитом, доломитом, мрамором или другим материалом.

Начальная крупность загрузочного материала 3-8 сантиметров; с течением времени крупность уменьшается ввиду растворения материала в фильтруемой воде. Фильтрующий материал загружают в фильтр слоем: при нейтрализации сточных вод, содержащих азотную и соляную кислоту, 1-1,5 м ; при нейтрализации сточных вод, содержащих серную кислоту, 1,5-2 м.

Фильтрование воды может быть сверху вниз или снизу вверх. Скорость фильтрования допускается не более 5м/ч, длительность контакта воды с фильтрующей массой - не менее 10 минут. Фильтр промывают всегда потоком воды снизу вверх.

Скорость фильтрования через доломит средней крупности частиц 4-6 сантиметров (пределы крупности 0,2-13,6 см) рекомендуется 0,6-0,9 м/ч. Чем больше концентрация кислоты в сточной воде, тем меньше должна быть скорость фильтрования. При концентрации кислоты до 2% скорость фильтрования должна быть уменьшена до 0,35 м/ч. При нейтрализации сточных вод, содержащих азотную и соляную кислоты, через известняк скорость фильтрования можно принимать в зависимости от концентрации кислоты в нейтрализуемой воде от 0,5 до 1 м/ч. Меньшая скорость соответствует большей концентрации.

.2.3 Нейтрализация кислых стоков реагентами

Основной задачей добавки к кислым железосодержащим стокам реагентов (обычно извести) является обеспечение полной нейтрализации стоков и выделение растворенных в них железа и других металлов, что достигается повышением рН стоков до 8-9.

При нейтрализации сточных вод, поступающих после травления черных металлов, известью происходят следующие реакции:

Нейтрализация кислот известью заключается в заготовке, дозировании и смешивании извести с водой и последующем выделении продуктов нейтрализации (осадка) в отстойнике или осветлителе, а иногда дополнительно в фильтре. Расчет процесса нейтрализации сводится к определению количества реагентов, необходимых для нейтрализации. В результате нейтрализации кислот щелочами образуются соли, часть которых растворяется в воде. Нерастворившиеся соли, выпадают в осадок.

Режим поступления травильных сточных вод на станцию нейтрализации определяется технологическим процессом производства.

Для расчета станции нейтрализации можно принимать следующие концентрации стоков: в отработавших травильных растворах содержание серной кислоты 70 г/л и железного купороса 300 г/л; в промывных водах содержание серной кислоты 5 г/л, железного купороса 5 г/л; практически содержание указанных веществ бывает намного больше; в водах от щелочных ванн содержание извести ( по СаО) 30 г/л.

Образующаяся после нейтрализации известью железистых сернокислотных сточных вод взвесь состоит в основном из сернокислого кальция СaSO₄, гидрата окиси и закиси железа Fe(OH)₂ и Fe(OH)₃, углекислого кальция СаСО₃ и других нерастворимых веществ, содержащихся в извести. Эта взвесь весьма подвижна, легко взмучивается, а выпавшая в осадок очень медленно уплотняется и плохо отдает воду. В малоконцентрированных промывных водах (с количеством образующейся взвеси М=1-5 кг/м³) образуется более влажный гидратный осадок, который занимает объем, больший в три раза, считая на сухой осадок, по сравнению с концентрированными отработанными травильными растворами (М=40-50 кг/м³). Даже после длительного отстаивания влажность осадка в малоконцентрированных сточных водах остается значительно выше. Поэтому рекомендуется совместная нейтрализация отработавших травильных растворов и промывных вод; при нейтрализации только промывных вод разбавление их другими водами или нейтрализация известковым молоком с очень малым содержанием СаО значительно ухудшают условия по уплотнению и обезвоживанию гидратного осадка, и поэтому разбавление кислых сточных вод в производственных условиях вообще допускать не следует, особенно при использовании этих вод в обороте.

Щелочные воды должны быть присоединены к промывным водам. Из приведенных реакций (V-7) - (V-11) видно, что на нейтрализацию 1 вес. ч. расходуется кальция в следующих количествах, вес. ч. :

Серной кислоты …………………56 : 98= 0,56

Железного купороса……………..56 : 152= 0,37

Соляной кислоты…………………56 : 73 = 0,77

Азотной кислоты…………………56 : 126 = 0,44 [2]

Предложен метод очистки от примесей водного р-ра FeSO₄ образующегося в ходе травления стальных изделий раствором серной кислоты. Метод основан на соосаждении примесей вместе с CaSO₄. На первой стадии процент в обрабатываемом растворе создается определенной концентрации Fe³⁺ путем добавления соответствующей соли или частичного окисления Fe(II) при аэрировании раствора. Затем раствор переводят в реактор, в который добавляют кальциевую щелочь, доводя рН до 2-5. После отделения образующегося в реакторе гипса, раствор подвергают дополнительной фильтрации. При необходимости из очищенного раствора FeSO₄ может быть получен оксид железа высокой чистоты.[4]

2. Кинетика и механизм процесса очистки

На практике к количеству окиси кальция, полученному по расчету, нужно прибавить 20-50% на неполноту реакции и для лучшего осаждения железа. Так, зная содержание свободной кислоты и связанного железа в отработавших травильных растворах или промывных водах, можно определить расход извести на нейтрализацию сточных вод по следующим формулам: