2. Нейтрализация
а) смещением сточных вод и фильтрование через нейтрализующие материалы.
Режимы сброса СВ, содержащих кислоту и отработанную щелочь, как правило, различны. Кислые воды обычно сбрасываются в канализацию равномерно в течении суток и имеют постоянную концентрацию: щелочные воды сбрасываются периодически, по мере того, кем сбрасываются щелочной раствор. В связи с этим для щелочных вод часто необходимо учитывать регулирующий резервуар объем которого должен быть достаточным, чтобы принять суточное количество щелочных сточных вод. Из резервуара эти воды равномерно выпускают в камеру реакции, где в результате смешения их с кислыми сточными водами происходит взаимная нейтрализация.
Баланс кислых и щелочных сточных вод составляют на период, в течение которого производится выпуск этих вод от всех цепов и агрегатов, в том числе таких, от которых СВ спускаются периодически.
Метод взаимной нейтрализации кислых и щелочных СВ широко используют на предприятиях химической промышленности.
Нейтрализация азотнокислых, а также сернокислых СВ при концентрации Н2SO4 не более 1,5 г/л происходит на непрерывно действующих фильтрах. В качестве загрузки применяют такие нейтрализирующие материалы как доломит, известняк, магнезит, мел, мрамор и др. крупность фракций материала загрузки 3-8 см: расчетная скорость фильтрования зависит от вида загрузочного материала, но не более 5 мг/г, продолжительность контакта не менее 10 мин.
Применение таких фильтров возможно при условии отсутствия в кислых сточных водах растворенных солей металлов, поскольку при рН >7 они будут выпадать в осадок в виде труднорасстворимых соединений, которые полностью заливают поры фильтра. Ограничивается применение нейтрализующих фильтров при подаче в них сернокислых СВ с концентрацией серной кислоты > 1,5 г/л. В этом случае количество образующегося сульфата кальция превышает его растворимость (2 г/л и он начинает выпадать в осадок, который покрывая поверхность нейтрализующей загрузки, затрудняет доступ к ней кислоты, в результате чего нейтрализация прекращается. Если загрузка выполняется из карбоната магния, это ограничение снимается, поскольку растворимость сульфата магния достаточно высока (335 г/л по сульфата магния).
Конструктивно фильтры выполняются с вертикальным движением нейтрализуемого кислых сточных вод.
Рис. Вертикальный доломитовый фильтр – нейтрализатор.
1 – подача теплых СВ
2 – приемный камеры
3 – доломитовые фильтры
4 – правый
5 – дренаж
6 – выпуск нейтрализованных сточных вод
Для определения высоты слоя, суточного расхода и соотношения между высотой и шириной фильтра пользуются специальными формулами.
б) Нейтрализация СВ добавлением реагентов.
Если на предприятиях имеются только кислые или только щелочные СВ и если невозможно обеспечить их взаимную нейтрализацию, применяют реагентный метод нейтрализации. Чаще всего нейтрализуют кислые СВ.
Выбор реагента для нейтрализации СВ зависит от вида кислот и их концентрации, а также от растворимости солей, образующихся в результате химической реакции. Для нейтрализации минеральных кислот применяют любой щелочной реагент, но чаще всего известь в виде пушинки или известкового молока и карбоната кальция или магния в виде суспензии. Эти реагенты сравнительно дешевы и общедоступны, но имеют ряд недостатков: обязательно устройство усреднителей перед нейтрализационной установкой, затруднительно регулирование дозы реагента по рН нейтрализованной воды. Скорость реакции между раствором кислоты и твердыми частицами суспензии относительно невелика, и зависит от размеров частиц и растворимости образующегося в результате реакции соединения. Поэтому окончательная активная реакция в жидкой фазе устанавливается не сразу, а по истечении некоторого времени (10 – 15 мин). Это относится к СВ, содержащим сильные кислоты (серная), кальциевые соли которых труднорастворимы в воде.
При нейтрализации производственных СВ, содержащих серную кислоту, реакция в зависимости от применяемого реагенте протекает по уравнениям:
H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 + 2H2O
H2SO4 + CaCO3 = CaSO4 + H2O + CO2
Образующийся гипс кристаллизуется из разбавленных растворов в виде CaSO4 * 2H2O. Растворимость этой соли при температуре 0 – 400С колеблется от 1,76 до 2,11 г/л.
При более высокой концентрации сульфат кальция выпадает в осадок, поэтому при нейтрализации сильных кислот, кальциевые соли которых труднорастворимы в виде, необходимо устраивать отстойники шламонакопители. Существенным недостатком метода нейтрализации серной кислоты известью является также образование пересыщенного раствора гипса, выделение которого из СВ может продолжаться несколько суток, что приводит к зарастанию трубопроводов и аппаратуры. Присутствие в СВ высокомолекулярных органических соединений усиливает устойчивость пересыщенных растворов гипса, поскольку эти соединения сорбируются на гранях кристаллов CaSO4 и препятствуют их дальнейшему росту.
Для уменьшения коэффициент пересыщения используется метод рециркуляции образующиеся в результате нейтрализации осадка сульфата кальция. Концентрация ионов Са в СВ уменьшается при увеличении дозы рециркулирующего осадка: продолжительность перемешивания этой воды должна быть больше 20-30 минут. Для уменьшения зарастания трубопроводов, по которым транспортируются нейтрализованные известью сернокислотные остатки, применяют методы промывки, увеличивают трубопроводы на пластмассовые.
Для нейтрализации органических жирных кислот применяют известь, содержащую больше 25-30% активного СаО, или смесь извести с 25% - ной технической аммиачной водой.
Доза реагента для отработки СВ определяют из условий полной нейтрализации содержащихся в них кислот или щелочей и принимается на 10% больше расчетной, имеющихся в справочной литературе или инструкции. Если в щелочных и кислых ПСВ присутствуют ионы металлов, то дозу реагента следует определять с учетом выделения в осадок солей тяжелых металлов.
Количество реагентов для нейтрализации СВ определяется по формуле:
где к – коэффициент запаса расхода реагента по сравнению с теоретическим (для известкового молока 4,5 для известкового теста и сухой извести 1,5)
В – количество активной части в товарном продукте, %
Q- количество СВ, подлежащих нейтрализации, м3
a – расход реагента для нейтрализации кг/кг
А – концентрации кислот или щелочей, кг/м3
Процессы реагентной нейтрализации ПСВ осуществляются на нейтрализационных установках или станциях, Рис.
Песколовки предусмотрены для задержания минеральных частиц размером больше 0,2 – 0,25 мм. Они бывают горизонтальные с круговым движением СВ, с прямолинейным движением СВ, тангенциальные.
Они предусматриваются при наличии в СВ тяжелых механических примесей. Резервуары усреднители для кислых и щелочных СВ выполняются из материалов с антикоррозийной защитой. Усреднители предназначаются для регулирования состава и поступления СВ на очистные сооружения, позволяют выравнивать пиковые расходы и концентрации СВ, т.е. они представляют собой системы с резервуары СВ перемешивание поступающей сточной воды с тем, чтобы конечные концентрации загрязняющих веществ или рН были приблизительно одинаковыми все время.
Поступающие в резервуары СВ перемешиваются воздухом. При наличии одновременно кислых и щелочных СВ учитывается их взаимная нейтрализация. Для нейтрализации гашенная известь применяется в основном в виде известкового молока 5%-ной концентрации по активному оксиду кальция. Для превращения комовой извести – кипелки в форму, удобную для дозирования, ее следует погасить:
CaO + H2O = Ca(OH)2 + 67 кДж
Схема 1. Принципиальная схема станции реагентной нейтрализации.
3
_
1
2
_______ _____ ______ ________
6
_
6
1
2
4
_____ _____
7
8
9
10
11
12
I, II - подача соответственно кислых и щелочных сточных вод
III, IV- выпуск соответственно нейтрализованных сточных вод и осадка
1 – песколовка, 2 – усреднители, 3 – склад реагентов, 4 – растворные баки, 5 – дозатор, 6 – смеситель, 7 – нейтрализатор, 8 – отстойник, 9 – осадкоуплотнитель, 10 – вакуум – фильтр, 11 – накопитель обезвоженных осадков, 12 – шалашовые площадки.
Для этого применяют специальные известегасительные аппараты – термомеханические и барабанные. Известковые молоко из аппаратов гашения извести сливают в банки с пропеллерными или лопастными мешалками с вертикальной осью вращения, с частотой 40 мин-1.
Рабочий раствор подается в нейтрализационную сточную воду с помощью насосов или дозаторов. Реагенты можно дозировать в виде порошка, суспензии, растворов и газа.
Дозаторы сухих реагентов направляют их в открытый поток или в смеситель, где сухой реагент быстро растворяется. От суспензии растворы или газы подаются в открытый поток или напорные трубопроводы.
Для перемешивания реагента со сточной водой применяют гидравлические и механические системы. В гидравлических системах смесителях смешение реагентов с водой за счет энергии потока воды, расходуемой на повышении его турбулентности. В механических системах турбулентность потока усиливается мешалками различных типов.
Из смесителей СВ поступают в камеры реакции. Они бывают периодического и непрерывного действия. Продолжительность пребывания кислых или щелочных СВ и реагента в камерах реакции принимается равной 5 мин, а при нейтрализации кислых СВ содержащих ионы тяжелых металлов – 30 мин. Для ускорения хода реакции нейтрализации и осаждения тяжелых металлов в камерах реакции производится непрерывное перемешивание мешалками. Для отстаивания получающихся осадков применяют горизонтальные, радикальные или вертикальные отстойники, рассчитанные на пребывание в них СВ не менее 2 ч. при доведении рН до 7,5 – 8,5. иногда вместо отстойников возможно применение флотаторов, из которых выделенный осадок удаляется сверху.
После отстойников (флотаторов) осадок направляется для обезвоживания на шламовые площадки с дренажем.
Если станция нейтрализации не имеет отстойников, то нейтрализованная сточная вода направляется непосредственно из камер реакции в накопители, предназначенные для осветления воды и складирования осадка.
Если осадок, выделенный из нейтрализованной сточной воды в отстойниках, в дальнейшем подлежит механическому обезвоживанию на вакуум – фильтрах, или на центрифугах, то его из отстойников перекачивают в осадкоуплотнители, рассчитываемые на продолжительность пребывания в них не менее 6 часов.