Gизв=A(0.57H2SO4
+ 0.37FeSO4)W/C кг
При травлении металла соляной кислотой
Gизв=A(0.77HCI
+ 0.44FeCI2)W/C кг
При травлении металла азотной кислотой
Gизв=A[0.44HNO3
+ 0.35Fe(NO3)3]W/C кг
Где А - коэффициент запаса расхода извести по сравнению с теоретическим (для известкового молока -1,1, для сухой извести и известкового теста-1,5 );
С-содержание СаО в продажной извести;
W-количество нейтрализуемого раствора м3.
Эту дозу уточняют в процессе эксплуатации, руководствуясь данными контрольных анализов. По приведенным формулам можно определять также расход известковой пыли (пыленки), общее содержание СаО в которой составляет до 40%.
Необходимо иметь в виду, что нейтрализация известковым молоком без дополнительных мероприятий по обработке стоков с целью предотвращения отложения гипса возможна лишь при невысокой концентрации сульфата кальция (гипса) в исходных стоках, не превышающей 1,4-1,5 г/л, то есть предела его растворимости. Такой случай может наблюдаться лишь при очистке одних промывных вод без приема в них отработавших растворов из травильных ванн.
Если концентрация образующегося при нейтрализации стоков сульфата кальция превышает предел его растворимости (2 г/л), то во избежание интенсивного выпадения осадка и возможного загипсовывания системы может быть рекомендовано: введение раствора извести в воду при выходе ее непосредственно в отстойник или в начало зоны взвешенного фильтра осветлителя. В этом случае устраняется зарастание трубопровода от места ввода известкового молока до отстойника или до отстойника осветлителя. Загипсовывание самого отстойника или осветлителя не происходит, так как в нем образуется преимущественно рыхлый осадок;
введение раствора извести в воду в два этапа -
для частичной нейтрализации на нейтрализационной установке до рН = 6-6,5 и
дополнительная нейтрализация воды при выходе ее в отстойник. Такое решение
может применяться в схемах с осветлением (отстаиванием) нейтрализованной воды в
шламонокопителе.[2]
3.
Технология процесса очистки
Известковая нейтрализация с получением уплотненного осадка и оборотным водоснабжением[1]
После того как выбраны способ нейтрализации и реагент, определяют схему и режим нейтрализации, осветления нейтрализованных стоков и обработки осадка. Может быть принята одна из следующих схем:
Одноступенчатая, когда нейтрализованные сточные воды вместе с продуктами нейтрализации (осадком) направляют в пруд-осветлитель;
Двухступенчатая, когда нейтрализованные сточные воды очищают от продуктов нейтрализации в отстойниках или осветлителях, а осадок направляют в шламонакопитель или на шламовые площадки;
Трехступенчатая, когда нейтрализованные сточные воды очищают, отстаивают в осветлителях, а шлам обезвоживают и вывозят в отвал.[2]
Технология ферритизации шлама
Недостатки, присущие известковой нейтрализации по этим трем схемам, вытекают из самой природы коллоидно-дисперсного осадка и могут быть существенно уменьшены или устранены при ферритизации шлама.
Получение магнетита осуществляется в зависимости от состава стоков, концентрации и производительности линии различными методами. Наиболее просто осуществляется периодический процесс. В этом случае магнетит можно получить в том же реакторе, где происходит нейтрализация, по достижении рН=8-9. Для этого необходимо оборудовать реактор устройством для подвода пара и воздуха (возможен и другой способ нагрева: газом, с помощью паровой рубашки и т. д.). Расход тепла зависит от скорости процесса, определяемой объемом емкости и расходом стоков; скорость рассчитывается с учетом достижения суспензией температуры 50-700 С. Расход воздуха составляет при стехиометрическом соотношении 212л на 1кг FeSO4 и зависит от концентрации железа, совершенства распределительного устройства, температуры и рН. На практике он в два три раза превышает стехиометрический. В связи со сложностью контроля степени окисления (требуется измерение окислительно-восстановительного потенциала системы или аналитический контроль) целесообразно при наладке отрегулировать расход воздуха так, чтобы скорость окисления не опережала скорости образования магнетита.[1]
Опыт эксплуатации промышленной установки с оборотным водоснабжением. На Магнитогорском метизно-металлургическом заводе функционирует головная промышленная установка, на которой выполнены комплексные исследования и проверена эффективность различных вариантов технологических схем(на рисунке).
Реакционные камеры представляют собой полые цилиндрические аппараты с отношением высоты к диаметру 5:8. Ввод воды осуществляется снизу, перемешивание-лопастными мешалками. Объем реактора выбран таким, чтобы суспензия пребывала в нем в течение времени, необходимого для снижения гипсового пересыщения. Исследования показали, что наиболее крупные частицы гипса создают частично взвешенный слой: концентрация в средней части реактора оказалась выше, чем в нижней и верхней, примерно на 30%, хотя концентрация более легкой фракции (гидрооксида железа и магнетита) оказалась везде одинаковой.
Узел получения магнетита включает в себя реакторы-аэраторы, оборудованные распределительными устройствами для подачи пара и сжатого воздуха, и сгустители- дозреватели, предназначенные для завершения реакции образования магнетита и сгущения шлама. Получение магнетита из ОТР осуществляется периодически, а из шлама ПВ непрерывно. Из дозревателей магнетит непрерывно подают в камеру нейтрализации в качестве затравки и флокулянта-осадителя. Предусмотрена возможность его подачи на обезвоживание.[1]
Наиболее сложным в очистке травильных сточных вод является решение вопроса удаления, накопления и использования осадка. В практике этот вопрос решается несколькими способами: гидравлическим удалением в шламонакопитель; обезвоживанием на дренажных площадках с перевозкой осадка в отвал; обезвоживанием на вакуумных фильтрах с перевозкой осадка в отвал.
Шламонакопитель является наиболее простым и экономически целесообразным приемником осадка, удаляемого от станции нейтрализации гидравлическим способом.
Если на заводе есть общий шламонакопитель или система гидроудаления с золонакопителем, то шлам, получающийся при нейтрализации, целесообразно удалять в шламонакопитель или золонакопитель гидравлическим способом совместно с другими шламами или с золой . Можно устраивать и самостоятельный шламонакопитель при наличии вблизи подходящей площадки. В последнем случае воду из пруда-осветлителя можно возвращать в замкнутый цикл промывки металла после травления.
Шламообезвоживающие площадки устраиваются тогда, когда по местным условиям невозможно устройство шламонакопителя емкостью, обеспечивающей его заполнение не менее через десять лет.[2]
Для осветления воды и уплотнения шлама используется радиальные отстойники.
При исходной концентрации стоков 800-1000 миллиграмм на литр по железу в период исследований при скоростях восходящего потока от 0, 9 до 0,22 мм в секунду мутность (по водоанализатору) не превышала 15-40 на миллион, или 50-100 миллиграмм на литр по взвешенным веществам и зависела в большей мере от рН, чем от скорости потока.
Наибольший интерес представляло изучение характера сгущения шлама в конической части отстойника и определение на основании этого оптимальных режимов выгрузки шлама. Результаты исследований (пробы отбирали батометром)приведены на рисунке. На основании полученных данных рекомендован полунепрерывный режим, т.е. непрерывное поступление нейтрализованной воды и отвод осветленной при удалении шлама один раз в сутки. При скорости движения скребка 0,1 мин-1осаждение шлама не нарушается и обеспечивается равномерная влажность осадка в объеме выводимого шлама (в течение 1 часа выпускают 130 м3 шлама, при выходе воды 250м3 в час). Средняя влажность смешанного шлама 94-96%, обычного 97-98%.
Структура осадка, влияющая на его влажность, объем, скорость седиментации и другие свойства, может широко регулироваться с помощью различных приемов, обеспечивающих укрупнение частиц и улучшение агрегации.
В работе приведены данные промышленных исследований о влиянии различных приемов подготовки шлама к обезвоживанию на его водоотдачу. Оказалось, что при получении магнетита снижение влажности кека ( с 60-70 до 30-40% ) происходит параллельно с повышением производительности, что характерно для кристаллических осадков. Производительность до 40 кг/(м2·ч) получена при переработке шлама вместе с травильными растворами при его вторичном уплотнении.
При исследованиях наблюдали почти линейное возрастание производительности фильтрпресса с увеличением содержания твердого в пульпе. Влажность кека снижается с увеличением его толщины. Помимо подготовки пульпы, большое значение при выборе оптимальных условий имеют режимы фильтрования. Условия максимальной производительности были найдены на основании анализа данных о скорости истечения фильтрата из патрубка на фильтратопроводе (на рисунке, точка А ). Такой анализ позволил построить кривые зависимости объема фильтрата от времени фильтрования и на основании их рассчитать удельное сопротивление шлама и удельную поверхность частиц. Они оказались соответственно равны 1-2·1011 м/кг и 20-30 м2/г. По этим же данным определяли режимы, обеспечивающие максимальную производительность оборудования, однако с целью уменьшения его износа в дальнейшем пришлось снизить производительность и работать в более экономичном режиме.
В связи с недостатком мощностей для обезвоживания всех шламов травильных отделений завода часть из них направляется в шламонакопитель. За счет увеличения плотности шлама в накопителе срок его службы увеличивается в 4-5 раз.
Опыт проектирования и наладки установок нейтрализации с получением уплотнительного осадка. Выбор технологической схемы зависит от состава сточных вод и других условий. Наиболее простой является технологическая схема совместной переработки концентрированных и разбавленных стоков. Метод целесообразно применять, когда концентрация сульфата железа в стоках выше 10-20 г/л (при осуществлении каскадной промывки ) и осветлении нейтрализованных сточных вод в отстойниках практически не происходит, а общий расход невелик.
При больших объемах осветленной воды целесообразна технологическая схема, предусматривающая совместную переработку ОТР и осадка нейтрализованных промывных вод. Возможна переработка ОТР с получением смеси магнетита с гипсом и использованием этого осадка для интенсификации осветления ПВ. Эта схема целесообразна в тех случаях, когда содержание примесей мешающих получению магнетита из осадка нейтрализованных ПВ, велико.
Если ОТР нейтрализации не подлежит, например при его переработке другими способами, то для этой цели может использоваться магнетит, получаемый из осадка промывных вод. Такая схема с рециркуляцией осадка осуществима, если содержание мешающих примесей невелико.
При температуре осадка, не превышающей 300С (при недостаточном нагреве или его отсутствии ), образование магнетита происходит медленно, осадок уплотняется с трудом, и его рециркуляция в этих условиях может оказаться нецелесообразной. Для предотвращения излишнего окисления железа при аэрации осадка может применяться разделение сточных вод на два потока с аэрацией и окислением железа в одном из них и последующим смешиванием обоих потоков для ферритизации. Это интенсифицирует процесс разделения, но не так значительно, как при других вариантах. Возможны и другие варианты технологии, основанной на ферритизации нейтрализованного осадка.
Работоспособность выбранной схемы во многом зависит от достоверности принятых при проектировании исходных данных, поэтому перед проектированием исходных данных, поэтому перед проектированием их необходимо уточнять, а в ряде случаев и проводить лабораторные исследования.
Немаловажное значение имеет выбор оборудования. В основном при нейтрализации с ферритизацией осадка используется стандартное оборудование, хорошо описанное в литературе. Устройство для аэрации суспензии может быть выполнено в виде простейших трубопроводов, снабженных отверстиями для равномерного распределения пара и воздуха в реакторе. Операции нейтрализации нагрева и аэрации можно совмещать в одном аппарате. При необходимости интенсивного ведения процесса на установках большой производительности следует эти операции разделять и применять в отдельных случаях непрерывный процесс. В этих случаях можно использовать реактор, изображенный выше, что уменьшает образование пены.
Необходимо также учитывать, что низкая температура, чрезмерно высокое рН суспензии и высокая скорость аэрации ведут к переокислению суспензии и плохому качеству затравки, низкий рН-к увеличению времени получения затравки, неполному снятию пересыщений и т. д. . Необходимо исключить возможность попадания в реакторы для ферритизации обезжиривающих растворов, а также других растворов, мешающих реакции образования магнетита.
Контроль процесса образования магнетита в период постоянной эксплуатации практически не требуется, так как магнетит образуется автоматически при соблюдении режимов нейтрализации, нагрева и аэрации. На случай отклонения исходных данных и режимов обработки, особенно на период освоения метода, рекомендуется вести контроль рН, температуры (непрерывно или периодически ), а также контроль степени окисления железа (до 50-70% ) с помощью химического анализа по обычным методикам (титрованием или электро-химически).
При наладке и контроле работы очистных сооружений возможно применение обычных методов, но благодаря магнитным свойствам осадка здесь могут быть применены и некоторые упрощения, например магнитные щупы для оценки глубины залегания осадка в отстойниках. Контроль эффективности работы камеры-аэратора и завершения реакции ферритизации можно вести по скорости осаждения магнетита в магнитном поле, что значительно проще химического анализа и др.
Как правило, очистные сооружения, запроектированные для обычной нейтрализации, могут быть реконструированы и для осуществления технологической схемы нейтрализации с получением уплотненного осадка без значительных затрат. При достаточно высокой производительности эти затраты сравнительно быстро компенсируются повышением производительности установок обезвоживания и увеличением степени очистки осветленной воды, а также возможностью утилизации осадка.
Утилизация шлама при известковой нейтрализации. Несмотря на содержание в нейтрализованном шламе до 30-50% соединений железа, утилизация его в металлургии затрудняется из-за вредного влияния серы, а разделение на компоненты связано с большими трудностями. Изучалась возможность утилизации шлама в сельском хозяйстве. Несмотря на положительные результаты экспериментов, внедрение метода связано с трудностями (хранение шлама, гранулирование и др.).
Многолетние исследования показали возможность использования шлама в качестве гипсосодержащего продукта, в частности, в качестве добавок к природному сырью, а также в производстве вяжущих в качестве пигмента для строительных растворов, при приготовлении силикатного кирпича, в качестве активизатора твердения доменных шлаков, для изготовления гипсоцементпуццоланового вяжущего и легких бетонов на его основе и др.
Иногда можно утилизировать ОТР без предварительной нейтрализации, например в качестве реагента для обезвреживания щелочных отходов (в частности, для очистки газов), в качестве коагулянта и т. д. Такие возможности зависят главным образом от местных условий.