Лекция14 Выделение диссоциирующих в воде

электролитов с частицами (размер ионов ~10^-9м).

Объект переработки:

- сточные воды, содержащие переходные металлы (Ca, Mg);

- природные воды, содержащие металлы (Ca, Mg);

- травильные растворы, содержащие электролиты (H2SO4, HNO3);

- сточные воды гальванических производств (NiSO4, CdSO4).

Для выделения растворенных примесей могут быть использованы следующие методы:

1. Реагентные методы с использованием химических реагентов (сода, известковое молоко);

2. Нейтрализация – щелочью, известковым молоком;

3. Альтернативный метод: ионный обмен;

4. Метод опреснения- осуществляют сепарацию при изменении фазового состава воды с переходом в газообразное состояние - дистилляция, или в твердую фазу-вымораживание, гидратообразование.

Установки для осуществления этих процессов можно дополнить дополнительными очистными сооружениями (рис. 11.1).

Очистка сточных вод от растворенных примесей реагентным методом. Физико-химические основы метода.

Сущность метода заключается в том, что растворенные примеси переходят в нерастворенное состояние в результате протекания обменной химический реакции:

• CaSO4+ Na2CO3=Na2SO4 + CaCO3 (14.1)

• MgSO4 +2NaOH=Mg(OH)2 + Na2SO4 (14.2)

• Na2SiF6 + CaCO3=CaSiF6 + Na2CO3 (14.3)

• HF + CaCO3 =CaF2 + CO2 + H2O (14.4)

Во всех приведенных реакциях в правой части образуются малорастворимые соединения, выпадающие в осадок (оно содержит загрязняющее вещество).

СаSO4, МgSO4 – эти соединения характеризуют жесткость воды.

{ Ж}общ =7ммоль/л-жесткость горячей воды после станции водоочистки

Жобщ.= Ж врем. + Жconst

Временная жесткость определяется содержанием ионов CO3^-, HCO3^-. Жесткость приводит к образованию осадков солей на поверхности теплообменников, что ухудшает теплопередачу.

(14.1-14.2)- освобождение от солей жесткости;

(14.3-14.4)- производство фосфорных удобрений.

Компонент Si (SiF6) используется как полуфабрикат в электрохимической промышленности, НF- сильное токсичное вещество, легколетучее, загрязняет атмосферу.

Достоинства реагентных методов:

1. простота;

2. универсальность по отношению к физико-химическому составу перерабатываемых сточных вод (селективное выделение).

Недостатки реагентных методов:

1. требуется дополнительная стадия разделения твердых и жидких фаз (сепарация);

2. высокие требования к дозированию химических реагентов.

Условия образования осадков определяется неравенством с ПР (3.2).

Пример: Растворимости (рис. 3.1) при 20С: С_CaSO4~1,8 г/л, С_CaCO3~(150-200)мг/л. Почти в 10раз растворимость CaCO3 ниже растворимости СaSO4 , следовательно CaCO3 выпадет в осадок.

Лимитирующая стадия процесса образования нерастворимых соединений.

В результате протекания обменных реакций (14.1) образуются предварительные молекулы нерастворенных соединений, которые объединяются в агломераты постепенно с образованием критических зародышей.

Размер устойчивого критического зародыша r ~G/_xn; где:

• G – удельная поверхностная энергия образования кристалла. ( G _CaSO4 = 10^-2 Дж/м²);

• _xn - разность химических потенциалов;

 _xn = _{кристалла}-  _{растворителя.}

Чем ниже G, тем труднее образуется зародыш; после образования Tкр. начинается его рост (рис. 3.2). Для описания роста кристалла используется модель с фронтальным перемещением зоны химической реакции.

Стадии гетерогенного процесса:

1. Внешняя диффузия (реакция 3.4);

2. Химическая поверхностная реакция (реакция 4.1).

Расчетная схема (рис. 14.1).

Особенности статического реактора - отсутствие вращательных перемешивающих устройств.

Достоинства:

1. наличие рассекателя стационарного устройства понижает энергетические затраты на перемешивание (используются внутренние резервы кинетических потоков сточных вод)  поэтому статические смесители в случае осадкообразования имеют преимущество над динамическими.

Рис 14.2. Распределение поля концентраций в реакторе- смесителе.

I- зона мгновенного смешивания (идеальное) сточных вод и химических реагентов.

• Время коагуляции – 2сек;

• V_св/V _{хим.р-ции} =10³-10^4.

II- зона роста кристаллов и флокулообразования.

Скоростной градиент:

• dU/dz – должен плавно убывать, чтобы не разрушались флокулы;

• U – линейная скорость потока сточных вод, м/с.

В объеме реакционного пространства /V/ необходимо поддерживать определенную концентрацию затравочных кристаллов (CaCO3), т.е. необходимо создавать циркуляционные схемы с возвратом части очищенного потока в голову процесса

Основное уравнение массопередачи: dM/dt= k*CС*F

Затравочные кристаллы увеличивают удельную поверхность – f (м²/м³).

С(z) – изменение профиля по длине z.