Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 8
1.1. Тяжелые металлы - токсичные компоненты сточных вод промышленных предприятий 8
1.2. Методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (ИТМ) 11
1.2.1. Общий обзор методов очистки сточных- вод от ИТМ 12
1.2.1.1. Реагентные методы перевода ИТМ в дисперсную фазу 15
1.2.1.2. Электрохимические методы осаждения дисперсной фазы ИТМ 17
1.2.1.3. Методы отделения дисперсной фазы ИТМ 19
1.2.1.4. Сорбционные методы очистки<сточных вод от ИТМ 24
1:2.1.5. Мембранные методы очистки сточных вод от ИТМ 26
1.2.1.6. Сравнение различных методов очистки сточных вод от ИТМІ 29
1.2.2. Применение флотации для очистки сточных>вод от ИТМ 30
1.2.3. Применение электрофлотациидля очистки сточных вод от ИТМ 36-
1.2.4. Применение нанофильтрации и обратного осмоса для очистки сточных вод от ИТМ 42
1.3. Выводы из литературного обзора 51
2. Методы исследования 53*
2.1. Методика проведения эксперимента электрофлотации и фильтрации в проточном режиме 53
2.2. Методика проведения эксперимента электрофлотации и мембранной флотации в комбинированном аппарате проточного типа 57
2.3. Методика определения размера пузырьков, образующихся в процессе диспергирования воздуха через микрофильтрационные мембраны 60
2.4. Методика проведения эксперимента с нанофильтрационными и обратноосмотическими мембранами 62
2.5. Методика анализа концентрации ИТМ и измерения рН 64
2.6. Методика приготовления рабочих растворов 66
3. Экспериментальная часть 67
3.1.Интенсификация и повышение эффективности электрофлотационного процесса извлечения дисперсно фазы на основе Ni2+, Fe3+, Са2+, Zn2+, Cu2+ 67
3.1.1. Повышение эффективности электрофлотационного процесса извлечения ионов Ni2+ 67
3.1.2. Повышение эффективности электрофлотационного процесса извлечения ионов Fe 72
3.1.3. Повышение эффективности электрофлотационного процесса извлечения ионов Са в присутствии ионов Fe 78
3.1.4. Повышение эффективности электрофлотационного процесса извлечения многокомпонентных систем Cu2+, Ni2+, Zn + 86
3.2. Интенсификация и повышение эффективности электрофлотомембранного процесса извлечения дисперсной фазы на основе Fe3+, Cu2+, Ni2+ 92
3.2.1. Исследование эффективности электрофлотомембранного' процесса извлечения ионов Fe3+ 92
3.2.2. Исследование эффективности флотомембранного процесса извлечения многокомпонентных систем Fe , Си , Ni 98
3.2.3. Сравнение эффективности флотационных процессов при совместном извлечении ионов Fe3+, Cu2+, Ni2+ 103
3.3. Извлечение ионов тяжелых металлов методами фильтрации и мембранного разделения 106
3.3.1. Фильтрационная доочистка сточных вод от ИТМ после электрофлотационной обработки 106
3.3.2. Извлечение ИТМ методом нанофильтрации и обратного осмоса. Влияние различных факторов 109
4. Разработка технологии очистки сточных вод от тяжелых металлов для ОАО «Октава» и промышленное внедрение разработанной технологии 116
4.1. Материальный баланс потоков 116
4.2. Очистка хромсодержащих сточных вод 120
4.3. Очистка кислотно-щелочных сточных вод 123
4.4. Очистка сточных вод в электрофлотаторе 130
4.5. Глубокая очистка сточных вод ионным обменом 138
4.6. Доочистка сточных вод на керамическом фильтре 142
4.7. Нормы образования твердых отходов 144
4.8. Технологическая схема очистки сточных вод ОАО «Октава» 147
4.9. Описание работы технологической схемы очистки сточных вод гальванического производства 148
Выводы 152
Литература 154
Приложение
- Методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (ИТМ)
- Методика проведения эксперимента электрофлотации и мембранной флотации в комбинированном аппарате проточного типа
- Интенсификация и повышение эффективности электрофлотомембранного процесса извлечения дисперсной фазы на основе Fe3+, Cu2+, Ni2+
- Очистка хромсодержащих сточных вод
Введение к работе
Актуальность работы. Проблема очистки промышленных сточных вод приобретает важное значение, поскольку большинство очистных сооружений производственных предприятий устарело и не в состоянии обеспечить качественную очистку сточных вод в соответствии с существующими нормативами. В настоящее время мембранные и электрофлотационные технологии получают все более широкое распространение.
Ионы тяжелых металлов (ИТМ) являются основными токсичными компонентами сточных вод гальванической, электронной и других отраслей промышленности. Удаление этих веществ из сточных вод позволит уменьшить нагрузку на окружающую среду и повторно использовать часть воды в основной технологии, обеспечив, таким образом, сокращение водопотребления.
Работа выполнена в рамках программы «Развитие научного потенциала высшей школы 2006-2008 годы» Наименование проекта: Теоретические основы флотомембранного концентрирования и извлечения дисперсных соединений и эмульсий из водных растворов.
Цель работы. Интенсификация и повышение эффективности электрофлотомембранного процесса очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов в установках проточного типа.
Научная новизна. Предложено для интенсификации и повышения эффективности процесса очистки сточных вод от ИТМ в проточном режиме проводить комбинированный процесс электрофлотационной и флотационной очистки с использованием мембранного модуля газонасыщения. Установлено влияние различных факторов: объемной плотности тока, газонасыщения, присутствия флокулянтов и поверхностно-активных веществ на степень извлечения и кинетику процесса в проточном режиме.
Установлены новые закономерности процесса очистки сточных вод от гидроксидов металлов в комбинированном электрофлотомембранном модуле проточного типа.
Практическая значимость работы. Продемонстрировано высокое качество очистки сточных вод от ИТМ комбинированным методом флотации с диспергированием воздуха через пористые материалы, электрофлотации и микрофильтрации.
Разработан и изготовлен опытный образец установки, сочетающей процессы флотации и электрофлотации. Данная установка помимо исследовательских целей используется и в учебном процессе на кафедре мембранной технологии.
Разработана и внедрена комбинированная технология электрофлотационной и микрофильтрационной очистки сточных вод гальванического производства от ИТМ, ПАВ, взвешенных веществ и нефтепродуктов до норм ПДК г. Тулы.
На защиту выносятся:
основные направления интенсификации и повышения эффективности электрофлотомембранного процесса очистки сточных вод от ИТМ;
технологические приемы, позволяющие снизить концентрацию ионов Си +, Ni +, Zn + в сточных водах до норм ПДК (0,05-0,01 мг/л);
технология комбинированной, электрофлотационной и фильтрационной, очистки сточных вод металлообрабатывающих предприятий от ИТМ до норм
пдк.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы изложены в докладах и выступлениях на семинарах и конференциях: Ш-м международном конгрессе «МКХТ-2007», 2007 (Москва, Россия); V Всероссийской научно-практической конференции ВК-44-7, 2007, (Пенза, Россия); I Окружной выставке «Инновационный бизнес центрального округа» (Москва, Россия).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 статей в журналах «Химическая промышленность сегодня» №11/2007 г; «Оборонный Комплекс - научно-техническому прогрессу России» №1/2008 г.; Ежеквартальном специализированном информационном бюллетене «Экология производства: «Металлургия и Машиностроение» № 3(12)/2008 г, 3 тезиса докладов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок, 41 таблицу и состоит из введения, литературного обзора, методики эксперимента, раздела экспериментальных результатов и их обсуждения, раздела разработки технологии и оборудования, выводов и списка литературы из 106 библиографических наименований.
Методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (ИТМ)
В настоящее время в промышленности используется множество методов очистки сточных вод и технологических жидкостей от тяжелых металлов. Все эти методы могут быть разделены на 2 большие группы [12-14]: 1. Методы отделения тяжелых металлов в растворенной форме; 2. Методы отделения тяжелых металлов в форме дисперсной фазы. Из-за того, что чаще всего тяжелые металлы содержатся в стоках в растворенном виде, то для перевода их в дисперсную фазу используются различные реагентные и безреагентные методы. Выбор оптимальной технологии водоочистки должен проводиться исходя из анализа всех примесей методом последовательного удаления сначала самых грубодисперсных загрязнений, затем микровзвесей и коллоидов и, наконец, растворенных веществ [15-17]. Метод химического осаждение основан на способности ИТМ образовывать нерастворимые химические соединения с анионами некоторых неорганических кислот (сульфидами, фосфатами и др.), а также с гидроксиданионы (гидроксидами и др.). Основными реагентами, использующимися для химического осаждения являются следующие щелочные соединения: известковое молоко (Са(ОН)2), едкий натр (NaOH), сода (Na2C03), а также комбинирование и Са(ОН)2 и Na2C03 (известково-содовый метод). Особенно хорошие результаты метод химического осаждения дает в сочетании с отстаиванием и фильтрованием при высоких исходных концентрациях тяжелых металлов в сточных водах. Так в работе [18] приводятся данные по эффективной очистке модельных сточных вод от цинка, кадмия и марганца (исходные концентрации 450, 150, 1085 мг/л соответственно). При дозировке извести 10 г/л (рН=11) степень очистки от тяжелых металлов составила 99,3 - 99,77 %. К недостаткам реагентного осаждения относится высокий расход реагентов, приводящей к ухудшению экономических и экологических показателей водоочистки за счет высоких расходов на закупку реагентов и утилизацию большого количества шлама. Анализ диаграмм Пурбе показывает, что для тяжелых металлов, таких как Си, Ni, Zn, Cd, Fe и др., в зависимости от рН среды ионы металла существуют в виде растворимых комплексов или свободных ионов [19]: Me , Ме(ОН)\ Ме(ОН) , Ме02 , а также в виде нерастворимых гидроксидов Ме(ОН)2 или гидратированных оксидов МеО пН20. В качестве примера можно привести зависимости относительного содержания различных соединений меди от рН раствора, представленные на Рис. 1.1. Данные показывают, что при рН 7 в растворе присутствуют в основном ионы Си . Максимальное содержание соединений Cu(OH) , Си(ОН)2 и Си(ОН)3 наблюдается при рН 8,5; 9,9 и 11,3, соответственно. При рН 12,5 в растворе присутствуют в основном ионы Си(ОН)42 При условии постоянного значения произведения растворимости (ПР) концентрация ионов Си2+ в свободном виде уменьшается при увеличении рН. Теоретический расчет показывает, что зависимость растворимости соединений меди проходит через минимум при рН=9,9. Именно это значение рН будет оптимальным при использовании методов разделения гетерофазных смесей для очистки от меди. Такие же зависимости имеются и для других тяжелых металлов [19], в частности, для цинка - рН=9,9; для никеля - рН=10,8; для кадмия - рН=11; для железа (III) -рН=5-11.
КоагуляцияКоагуляция — процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Мелкие (первичные) частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия. Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных — гетерокоагуляцией [8,10,20]. Коагуляция может происходить самопроизвольно или под влиянием физических и химических факторов. Диспергированные, коллоидные и взвешенные частички примесей в большинстве случаев имеют одинаковые заряды, что обуславливает возникновение межмолекулярных сил отталкивания и агрегативную устойчивость. Поскольку в технологии очистки воды предусматривается частичное или полное удаление примесей, агрегативную устойчивость частичек стремятся нарушить, а заряд их устранить или снизить до очень малых значений. Этого достигают добавлением к воде: Fe2(SO)3, FeCl3, FeS04, A12(SC 4)3, A1C13 и др. веществ, являясь коагулянтами, либо нарушают агрегативную устойчивость системы, либо образуют вследствие гидролиза коллоиды, сорбирующие примеси из воды [21]. При растворении данные соли гидролизуются. Взаимодействуя с гидроксильными ионами, содержащимися в воде в результате электролитической диссоциации последней, эти соли образуют нерастворимые фазы. В воде накапливаются катионы водорода, в результате чего раствор приобретает, кислую реакцию [20]. Твердая фаза в сточных водах представлена коллоидными частицами размером 0,001-0,1 мкм, мелкодисперсными частицами размером 0,1-10 мкм, а также частицами, размер которых превышает 10 мкм. При очистке сточных вод основное применение нашёл процесс гетерокоагуляции, который можно определить как взаимодействие присутствующих в сточных водах загрязнений с агрегатами, образующимися при введении в воду коагулянтов. Основными факторами, влияющими на процесс коагуляции примесей воды в объеме (конвективная коагуляция), являются: температура и рН раствора; концентрация ионов ЕҐ" и анионный состав воды; правильный выбор концентрации коагулянта и быстрота его смешения и равномерность распределения в воде; содержание в воде естественных взвесей; условия протекания процесса хлопьеобразования [21] і Наглядное представление о влиянии концентрации коагулянта -на процессы осветления воды дает коагуляционная кривая Рис. 1.2.
Методика проведения эксперимента электрофлотации и мембранной флотации в комбинированном аппарате проточного типа
Данная методика предназначена для исследования закономерностей электрофлотомембранного извлечения ионов Ni , Fe , Zn , Си из сточных вод; изучения влияния физико-химических параметров, коагулянтов, флокулянтов и поверхностно-активных веществ на эффективность электрофлотомембранной очистки сточных вод от ионов Ж\ FeJ+, Znz+, Си \
Для проведения экспериментальных исследований комбинированного процесса был сконструирован и изготовлен аппарат (флотатор), сочетающий в себе прямоточную мембранно-флотационную камеру, с использованием мембран для диспергирования воздуха, объемом 5,7 л и противоточную электрофлотационную камеру объемом 11 л. Схема данного аппарата представлена на Рис. 2.3.
Насыщение исходной сточной воды воздухом на первой мембранно-флотационной стадии в данном флотаторе происходит в трубчатом керамическом мембранном элементе с внутренним селективным слоем со средним диаметром пор 1 мкм. Исходная вода подается внутрь элемента, в то время как воздух под давлением подается с внешней стороны и, преодолевая сопротивление мембраны и поверхностного натяжения жидкости, барботирует в струю жидкости, движущуюся внутри мембранного элемента. Благодаря турбулентному движению жидкости внутри керамического элемента происходит «срезание» пузырьков воздуха во время их роста, задолго до времени их свободного отрыва в покоящейся жидкости. Таким образом, в первую камеру флотатора попадает двухфазный поток, который должен обеспечить газосодержание 15-25%.
Предполагалось, что данная конструкция аппарата позволит удалить большее количество крупнодисперсных загрязнений на первой, мембранно-флотационной, стадии за счет интенсивного барботажа и высокого газосодержания.
В электрофлотационную камеру аппарата, таким образом, должна поступать уже предочищенная жидкость, в которую противотоком подаются электрофлотационные пузырьки, генерирующиеся на электродах, расположенных в нижней части второй камеры. Электроды представляют собой горизонтально расположенные пластины с просечкой. В качестве материала катодов и анодов используется нержавеющая сталь и титан с оксидным покрытием соответственно.
Отвод очищенной воды производится из верхней части аппарата через гидрозатвор. Отвод флотошлама производится с противоположной стороны верхней части аппарата. Внешний вид флотатора представлен на Рис. 2.5.
В качестве конструкционного материала для изготовления флотатора было выбрано прозрачное оргстекло толщиной 10 мм. Этот материал является достаточно прочным и легким и, вместе с тем, позволяет наблюдать за
процессом, как невооруженным глазом, так и с помощью увеличительной фототехники.
Основными элементами схемы являются накопительная емкость 1, флотатор 8, источник постоянного тока 13. Очищаемая жидкость подается во флотатор 8 из емкости 1 насосом 2, ее расход регулируется с помощью вентилей 3 и 4, измеряется ротаметром 7. Воздух подается в камеру мембранной флотации компрессором 16, расход воздуха регулируется вентилем 6. Давление в воздушной линии измеряется с помощью манометра 15.
Электрофлотация осуществляется с помощью электродов и источника постоянного тока 13 модели Б5. Флотошлам утилизируется.
Как показано в литературном обзоре, эффективность процесса флотации зависит, в том числе и от геометрических размеров пузырьков газа, поэтому необходимо было использовать методику их определения. Для этих целей применялось фотографирование пузырьков, образующихся в результате диспергирования через мембрану сжатого воздуха, производилось на цифровую видеокамеру Panasonic NV-DS30EN. После этого проводилась раскадровка полученных записей, и при каждом газосодержании был измерен диаметртридцати пузырьков в сравнении с диаметром проволоки (2 мм) - см. Рис. 2.6. Осреднение позволяет найти средний диаметр пузырька.
При этом, согласно литературным данным [19], средний диаметр пузырьков водорода, образующегося в процессе электрофлотации и выполняющих основную роль в данном процесс, составляет от 20 до 120 мкм в зависимости от различных факторов (материал катода, плотность тока, рН среды, электропроводность, поверхностное натяжение на границе раздела фаз электрод-раствор и пр.)
Для исследования влияния рН сточной воды и концентрации ИТМ на селективность и удельную производительность серийно выпускаемых нанофильтрационных и обратноосмотических (далее по тексту НФ и ОО, соответственно) мембранных модулей при очистке сточных вод от ИТМ была собрана лабораторная установка, схема которой представлена на Рис. 2.7.
Исходная сточная вода подается из накопительной ёмкости-реактора 1 насосом высокого давления 4, ее расход и давление регулируются вентилями 3 и 5. Для защиты полимерных рулонных мембранных элементов от взвешенных частиц и окислителей (активного хлора, содержащегося в водопроводной воде) на линии исходной сточной воды установлен патронный фильтр 6 тонкой очистки: тонкость фильтрации 5 мкм. Разность показаний манометров Р1 и Р2 позволяет судить о «загрязненности» фильтра 6. При достижении перепада давления на фильтре равного 0,4-0,6 бар требуется произвести замену механического патронного элемента.Сточная вода
Интенсификация и повышение эффективности электрофлотомембранного процесса извлечения дисперсной фазы на основе Fe3+, Cu2+, Ni2+
Как уже было замечено выше, флотационные методы традиционно классифицируются по методу генерации пузырьков газа [77, 92-94]. Микропористые мембраны все чаще используются для диспергирования воздуха [95, 96], что дает ряд преимуществ по сравнению с традиционными пористыми материалами, т.к. позволяет получать пузырьки меньших размеров и, соответственно, более высокую межфазную поверхность газ-жидкость. Эти процессы имеют много общего с хорошо известными процессами мембранной эмульсификации, в которых микропористые мембраны используются для диспергирования несмешивающихся жидкостей для получения стабильных эмульсий [97-96].
Следуя традиционной логике классификации флотационных процессов и определению мембранной эмульсификации, для флотации с использованием мембран для диспергирования воздуха предложен термин - мембранная флотация [101-103].
Флотация основана на способности пузырьков газа, введенных в обрабатываемую воду, взаимодействовать с взвешенными в ней частицами и подниматься вместе с ними на поверхность осветляемой жидкости. Эффект осветления воды при флотации определяется в основном адгезионно-поверхностными свойствами пузырьков воздуха и взвеси, что дает возможность удалять из воды как твердую, так и жидкую тонкодисперсную взвесь. В сочетании с процессами коагуляции и флокуляции флотация обеспечивает высокоэффективную очистку сточных вод - до 98-99%.
Дисперсные примеси из воды можно выделить, используя явление избирательного смачивания, лежащее в основе процесса флотации. Сущность этого процесса заключается в специфическом действии молекулярных сил, способствующих слипанию взвешенных частиц с пузырьками тонко диспергированного в воде воздуха, с образованием на поверхности воды пенного слоя, насыщенного извлекаемым веществом. Элементарный акт флотации состоит в том, что при сближении в воде газового пузырька с гидрофобной поверхностью частицы, разделяющий их тонкий слой жидкости становится неустойчивым и разрывается при достижении некоторого критического значения. Более подробно процесс флотации и влияющие на него факторы описаны в Разделе 1.2.2.
Для исследования возможности повышения производительности была создана новая установка с мембранным модулем, в котором происходит перемешивание жидкости с воздухом, расположенным перед электрофлотатором, приведенная в Разделе 2.2. на Рис. 2.3. и Рис 2.5.
Для исследования влияния расхода раствора на степень извлечения загрязняющего компонента был использован модельный раствор, содержащийионы Fe в различной исходной концентрации, рН данного раствора было доведено до 6. Концентрация вводимого флокулянта - Суперфлок А-100 составляла 2 мг/л. Газосодержание Q = 20%.
В экспериментальных исследованиях по флотации с диспергировании воздуха через мембрану (диаметр пор 1 мкм) на установке непроточного типа с изменением газосодержания от 5,5% до 29%, проведенных ранее [103], была определена зависимость газосодержания от скорости барботажа и давления. Было установлено, что существуют 2 области процесса - при низком газосодержании (5-17 %) и при более высоком газосодержании (17—29 %). Эксперименты проводились на системе воздух - раствор ПАВ DDS (додецилсульфат натрия) с концентрацией 10 мг/л. Такая концентрация была выбрана исходя из литературных данных о «заторможенности» поверхности пузырьков при таких концентрациях ПАВ [36]. Газосодержанию Q — 20% соответствует давление воздуха 0,6 ат.
Таким образом, максимальная степень извлечения ионов Fe достигается при исходной концентрации ионов Fe3+ 100 мг/дм3 и можно перейти к изучению влияния объемной плотности тока. Данные представлены в Табл. 3.13.
Вывод: при концентрации Fe 100 мг/дм , расходе жидкости 60 л/ч и газосодержании 20% максимальная степень извлечения достигается при объёмной плотности тока 0,15 А/дм3.
Таким образом: 1. Установлено, что метод комбинированной флотации позволяет очищать воду в проточном режиме от ионов Fe3+ с исходной концентрацией 100 мг/л до остаточных концентраций 1-2 мг/л.2. Определены оптимальные условия достижения максимальной степениизвлечения при проведении процесса комбинированной флотации: W = 60 л/ч иU = 0,125 А/дм3.3. Метод комбинированной флотации позволяет достичь степениизвлечения ионов Fe а = 98% при более высокой производительности W = 60л/ч, по сравнению с электрофлотацией (W = 20 л/ч).
Исследование в периодическом режиме проводилось для определения оптимальных концентраций флокулянта и ПАВ (ПАА - полиакриламид и DDS - додецилсульфат натрия) и проверки адекватности оптимальных значений рН, полученных для электрофлотации, применительно к процессу мембранной флотации. Эти значения рН для электрофлотации по данным [8] для Fe , Си и Ni2+ составляют, соответственно, 6, 9,5 и 10,5, что коррелирует с рН полного осаждения данных катионов в виде гидроксидов [19].
Была найдена зависимость, степени флотационной очистки модельного раствора, содержащего смесь ионов тяжелых металлов в равном соотношении (по 15 мг/л каждого). Зависимость степени очистки от рН раствора приведена на Рис 3.14.
Очистка хромсодержащих сточных вод
Область применения. Обезвреживание хромсодержащих сточных, вод в широком диапазоне концентраций. Основные процессы. Сульфитными реагентами-восстановителями являются Na2SC 3 и NaHSCb. 1-й этап. Восстановление Сг6+ в Сг3+ происходит по следующим реакциям: восстановление сульфитом натрия Сг2072" + восстановление гипосульфитом натрия Сг2072" + 3HS03 + 5ЬҐ -+ 2Сг3+ + 3S042" + 4Н20. Реакции восстановления протекают в кислой среде, для чего сточные воды подкисляют 10 - 15 % раствором H2S04. Наибольшая скорость и полнота реакций восстановления имеет место при оптимальном рН 2 - 2,5 с интенсивным перемешиванием реагентов. Для сокращения времени реакции до 5 — 7 мин используются сточные воды с концентрациями Сг6+ 100 мг/л, что может быть достигнуто применением противоточной (каскадной) системы промывки деталей. 2-й этап. Осаждение Сг3+ происходит в щелочной среде. Для нейтрализации используют NaOH, в некоторых случаях соду и известковое молоко. Образование Сг(ОН)3 происходит по реакции Сг(ОН)3 значения рН 8,5-9,0; при выходе за эти пределы растворимость Сг(ОН)3 увеличивается и, как следствие, ухудшается полнота ее извлечения из сточных вод. При рН 12 амфотерная гидроокись Сг3+ в избытке щелочи образует растворимые хроматы: строгую дозировку реагентов и их интенсивное перемешивание. Оборудование. Применяются два вида технологического оборудования -установки периодического и непрерывного действия. На установках периодического действия на 1-м этапе хромсодержащие сточные воды поступают в усреднитель-накопитель Поз.29, а затем в реактор Поз.ЗЗ, куда после доведения рН до 2,5 - 3,0 подается 10 % раствор реагента-восстановителя. Рекомендуется применять схему двухреакторной установки. После обезвреживания стоки подают на общую установку нейтрализации Поз.5 для осаждения Сг(ОН)3 (2-й этап). После обезвреживания шестивалентного хрома, отработанный раствор травления сливается в накопительную емкость для отработанных концентрированных растворов Поз.31, а затем дозируется в реактор Поз.ЗЗ. Объемный расход хромсодержащих промывных вод достигает 400л/ч. Поступление шестивалентного хрома в сточные воды составляет 160,02 г/ч (Сг6+). Концентрация шестивалентного хрома в сточных водах составляет 160,02/400 = 0,4 г/л. Расход гипосульфита натрия с 10 % избытком составляет 198,1 г/ч (при рН=3) Объемный расход 10 % раствора гипосульфита натрия составляет: Vp-pa= 198,1 100/10= 1981 мл/ч = 1,981 л/ч. Расход серной кислоты для реакции восстановления хрома (VI): 181,5 г/ч.
Для эффективного протекания процесса, необходимо перемешивание механической мешалкой либо насосом (байпасом). Необходим постоянный или периодический контроль хим. состава обработанной сточной воды на отсутствие шестивалентного хрома. После обработки хромсодержащие восстановленные воды поступают в реактор Поз.ЗЗ. Производственные сточные воды содержат щелочи, кислоты, а также соли тяжелых металлов. Очистка общего потока сточных вод состоит в нейтрализации содержащихся в них кислот, щелочей и переводе ионов металлов в труднорастворимые в воде соединения. Для нейтрализации сточных вод в процессе физико-химической очистки используется реагентная обработка. Для нейтрализации кислых компонентов и осаждения металлов используется гидроксид натрия (едкий натр) NaOH. Расход реагентов определяем из условия полной нейтрализации содержащихся в сточной воде кислот и вьщеления в осадок ионов металлов: хрома (+Ш), железа (+11), цинка (+П),.меди (+11), никеля (+П), олова (+11),. Реакции химической нейтрализации и осаждения металла протекают по нижеприведенным уравнениям: Таким образом, при наличии в сточных водах кислотных и щелочных компонентов в первую очередь протекают реакции взаимной нейтрализации, приводящие к потере характерных свойств соединений и к образованию новых химических веществ. Как правило, сточные воды после усреднения имеют кислую реакцию, поэтому для удаления ионов металлов сточные воды необходимо нейтрализовать щелочным реагентом. Для интенсификации процессов удаления из стоков растворенных компонентов в процессе физико-химической очистки используется реагентная обработка. Для осаждения ионов металлов применяются следующие щелочные реагенты - известь, карбонат натрия (сода), едкий натр и др. Как показывает опыт эксплуатации очистных сооружений, применение извести, связано с определенными трудностями. Так, при нейтрализации известью сточных вод, содержащих свободную серную кислоту и ее соли образуется сульфат кальция, который при достижении определенной концентрации выпадает в осадок в виде сульфата кальция, что приводит к образованию прочного осадка на стенках труб и аппаратах. Для возможности дозирования реагента в таком виде с необходимой точностью большое значение имеет качество приготовляемого раствора. Сложность приготовления известкового молока заключается в том, что известь содержит большое количество недожженного и пережженного известняка и пустой породы, образующих крупнодисперсный шлам, который может засорять проходные отверстия дозирующих устройств и транспортных линий. Даже самые совершенные дозаторы не могут работать на известковом молоке, не освобожденном от тяжелого шлама хотя бы простым отстаиванием. Поэтому известь целесообразно использовать только для очистки стоков, содержащих фториды, а также концентрированных технологических растворов, содержащих сульфат-ионы. На основании уравнений нейтрализации можно подсчитать теоретически необходимое количество щелочных реагентов для осаждения ионов металлов и нейтрализации кислот. Эти данные представлены в Табл. 4.3. и 4.4. Как видно из них теоретический расход соды на осаждение ионов
