Домашнее задание №5 химическая очистка производственных сточных вод

1 Нейтрализация производственных сточных вод

Производственные сточные воды многих отраслей промышленности содержат кислоты и щелочи. Для предупреждения коррозии материалов канализационных сооружений кислые и щелочные ПСВ подвергаются нейтрализации. Нейтрализация нередко производится также в целях осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов.

Во всех случаях учитывают возможность взаимной нейтрализации кислот и щелочей, сбрасываемых со сточными водами, а также щелочной резерв бытовых сточных вод и нейтрализующую способность воды водоемов. Практически нейтраль-ной принято считать ПСВ с величиной рН в пределах 6,5 – 8,5, поэтому сточные воды, рН которых ниже 6,5 или выше 8,5, перед отведением в городскую канализацию или в водоем подлежат нейтрализации.

Процесс нейтрализации осуществляется в нейтрализаторах проточного или контактного типа, которые могут конструктивно объединяться с отстойниками. При благоприятных местных условиях осветление нейтрализованной сточной воды может производиться в накопителях, рассчитываемых на хранение в них осадка в течение 10 15 лет.

Объем выпадающего осадка зависит от концентрации в нейтрализуемой сточной воде кислоты и ионов тяжелых металлов, а также от вида и дозы реагента. Наибольшее количество осадка выпадает при нейтрализации сточной воды известковым молоком, приготовленным из товарной извести, которая содержит 50% активного вещества оксида кальция.

Взаимная нейтрализация кислых и щелочных ПСВ. Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоту и отработавшую щелочь, на заводах, как правило, различны. Кислые воды обычно сбрасываются в канализацию равномерно в течение суток и имеют постоянную концентрацию; щелочные воды сбрасываются периодически один или два раза за смену по мере того, как отрабатывается щелочной раствор. В связи с этим для щелочных вод необходимо устраивать регулирующий резервуар, объем которого должен быть достаточным, чтобы принять суточное количество щелочных вод. Из резервуара щелочные воды должны равномерно выпускаться в камеру смешения, где происходит их нейтрализация кислыми сточными водами.

Нейтрализация стоков путем добавления реагентов. Если сточные воды содержат больше кислоты или щелочи, чем может быть нейтрализовано при взаимо-действии стоков, то добавляют соответствующие реагенты. Этим методом наиболее часто пользуются для нейтрализации кислот. Обычно реагентом служат отходы местного производства. Для обезвреживания сточных вод, содержащих серную кислоту, и образующихся при травлении металлических изделий, используются отходы металлургической промышленности: шлаки сталеплавильного, феррохромового и доменного производства. Основными компонентами этих шлаков являются соединения, содержащие соединения кальция – 30 – 59% (в пересчете на СаО), до 17% оксида магния и до 39% соединений кремния (в пересчете на SiO₂). Высокая дисперсность шлаков позволяет использовать их в естественном состоянии, минуя измельчение. Значительно меньшая стоимость шлаков по сравнению с известью обусловливает экономическую целесообразность их использования.

Для нейтрализации минеральных кислот применяют любой щелочной реагент. Чаще всего применяют растворы щелочей, карбонатов и гидрокарбонатов щелочных и щелочноземельных металлов. Наиболее дешевыми реагентами являются Са(ОН)₂ (в виде пушонки или известкового молока), а также карбонаты кальция и магния (в виде дробленого мела, известняка и доломита). Гидроксид натрия и соду применяют только в тех случаях, когда эти реагенты являются отходами местного производства.

В качестве реагентов для нейтрализации карбоновых кислот применяют известь, содержащую не менее 25—30% активного оксида кальция, или смесь извести с 25%-ной технической аммиачной водой (NH₄OH). Добавление аммиака способствует последующей биологической очистке этих вод.

Доза реагента для обработки ПСВ определяется из условия полной нейтрализации содержащихся в них кислот или щелочей и принимается на 10% больше расчетной. Удельный расход реагента – количество реагента, необходимого для нейтрализации 1л (или 1м³) определяется по формуле:

G_уд = k_з (aС₀ + b₁C₁ + b₂C₂ + + b_nC_n),

где k_з – коэффициент запаса расхода реагента ( для суспензии Ca(OH)₂ коэффициент запаса принимается равным 1,1, для сухой негашеной извести – 1,5);

В – массовая доля активной части в товарном продукте, %;

а – стехиометрический расходный коэффициент реагента на нейтрализацию кислоты, кг · кг^-1;

b₁,b₂, b_n– стехиометрические расходные коэффициенты реагента на осаждение ионов тяжелых металлов, кг · кг^-1;

С₀ – массовая концентрация кислоты (или щелочи), г · л^-1 (или кг · м^-3);

C₁,C₂, C_n – массовые концентрации тяжелых металлов ПСВ, г · л^-1 (или кг · м^-3).

Расход реагента на весь объем нейтрализуемой ПСВ G = G_уд · Q,

Q – объем ПСВ, подлежащих нейтрализации, л (или м³)

Масса осадка, образующегося при нейтрализации 1л (или 1м³) ПСВ определяется по формуле:

G_{ос уд} = (х₀ + х₁ + x₂ + x_n) + у₁ + у₂ + + у_n + (z₀ + z₁ + z₂ + + z_n– 2)

x₀ – масса СаО, небходимого для нейтрализации кислоты, содержащейся в 1л (или 1м³) в ПСВ

х₁, х_2, x_n – массы СаО, небходимого для осаждения тяжелых металлов, содержа-щихся в 1л (или 1м³) ПСВ;

(х₀ + х₁ + x₂ + x_n) – масса нерастворимых примесей в СаО, выпада-ющих в осадок при нейтрализаци1л (или 1м³) ПСВ;

у₁, у₂, у_n – массы гидроксидов тяжелых металлов, образующихся при нейтра-лизации 1л (или 1м³) ПСВ,

z₀ – масса СaSO₄, образующегося при нейтрализации 1л (или 1м³) ПСВ,

z₁, z₂, z_n – массы СaSO₄, образующегося при осаждении тяжелых металлов из 1л (или 1м³) ПСВ,

2 – растворимость СaSO₄, г · л^-1 (или кг · м^-3).

М асса осадка, образующегося при нейтрализации всего объема ПСВ, G_ос равна

G_ос = G_{ос уд} · Q

Нейтрализация кислых сточных вод путем фильтрования через нейтрализующие материалы. Нейтрализация соляно-, азотно- и сернокислых сточных вод при содержании серной кислоты не более 1,5 г/л происходит на непрерывно действующих фильтрах. В качестве загрузки применяют такие нейтрализующие 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 м/ч; продолжительность контакта не менее 10 мин. Высоту загрузки для сточных вод, содержащих HCI и HNO₃ принимают равной 1 – 1,5 м, а содержащих H₂SO₄  равной 1,5 – 2 м. Применение таких фильтров возможно при отсутствии в кислых сточных водах растворенных солей металлов, поскольку при рН > 7 они будут осаждаться в виде гидроксидов, которые полностью забивают поры фильтра. Применение нейтрализующих фильтров не рекомендуется при подаче на них сточных вод с концентрацией серной кислоты более 1,5 г/л из-за образования осадка сульфата кальция.

Нейтрализация дымовыми газами. Применение для нейтрализации щелочных сточных вод отходящих газов, содержащих CО₂ , SО₂ , NO₂ и другие кислые газы, позволяет не только нейтрализовать кислые сточные воды, но и одновременно осуществлять высокоэффективную очистку самих газов от вредных компонентов. Нейтрализация производится в колонной абсорбционной аппаратуре.