книги из ГПНТБ / Смирнов, Д. Н. Автоматическое регулирование процессов очистки сточных и природных вод

В качестве регулирующих используют односедельные клапаны 25ч70п1 завода «Ригахпммаш». Корпус клапа­ на изнутри футерован пластмассами, стойкими практи­ чески ко всем агрессивным средам. Питание пневмоав­ томатики осуществляется очищенным воздухом с давле­ нием 1,4+0,14 кгс/см2.

Как уже указывалось, установки института Гипроприбор рассчитаны на применение реагентов в виде чис­ тых растворов. Сделана попытка перевести эти установ­ ки на применение хлорной и кальциевой извести, упо­ требляемой в виде грубых суспензий. С этой целью одно­ седельные клапаны, регулирующие подачу реагентов, заменены дозировочным устройством специального изго­ товления. Известковое молоко или хлорная пульпа по­ дается из напорного ресивера в дырчатую трубу, уло­ женную на дно реактора. В этой же трубе, как в чехле, уложена другая дырчатая труба, в которую подается сжатый воздух. Подача реагента регулируется давлени­ ем сжатого воздуха с помощью клапана.

Установки института Гипроприбор, работающие на реагентах в виде чистых растворов, прошли длительную эксплуатационную проверку. В том или ином варианте они имеются более чем на 15 заводах. На их основе разработаны типовые проекты установок, различных по назначению, типоразмерам и пропускной способности.

1. Автоматизированные агрегаты пропускной способ­ ностью 1,48 м3/ч для обезвреживания хромсодержащих сточных вод, оборудованные пневмоэлектрической и электрической системами автоматики: АСО-1х и АСО-1х(Э); АСО-4х и АСО-4х(Э); АСО-8хи АСО-8х(Э).

2. Автоматизированные агрегаты пропускной способ­ ностью 2,8 и 16 м3/ч для нейтрализации кислотных сточ­ ных вод, оборудованные пневмоэлектрической и элек­ трической системами автоматики: АСО-2 и АСО-2(Э); АСО-8 и АСО-8(Э); АСО-16И и АСО-16ЩЭ).

Очистка сточных вод от цианидов может произво­ диться на установках для хромсодержащих сточных вод с соответствующей заменой реагентов и аппаратуры.

Как уже указывалось, цианиды можно обезврежи­ вать газообразным хлором. Установки, использующие газообразный хлор, привлекают тем, что не требуют гро­ моздкого оборудования для приготовления и хранения реагентов в растворах или в суспензиях, поскольку хлор-газ поставляют в удобно транспортируемых балло-

110

нах. Однако применение газообразного хлора возможно только при надежной автоматизации. При контакте газо- ^ образного хлора с цианидами в воде, имеющей кислую реакцию, может образоваться ядовитый газ, что недопус­ тимо по правилам техники безопасности. Поэтому необ­ ходимо очень строго контролировать процесс хлорирова­ ния и четко регулировать подачу хлора и щелочного реа­ гента, обеспечивающую строго оптимальную дозу хлора и величину р Н ^ 8 . Установки подобного типа получили распространение в некоторых зарубежных странах (Ан­ глия, США, ФРГ) .

Очистка сточных вод от цианидов озоном заключает­ ся в насыщении обрабатываемой воды озоном, который получают обычным путем на озонаторных установках. Задача автоматизации состоит в контроле и регулирова­ нии озонаторной установки и процесса озонирования сточной воды. Автоматизация этих установок осущест­ вляется заводом-изготовителем и здесь не рассматрива­ ется. Процесс озонирования воды может контролиро­ ваться и управляться датчиком на цианиды СЦ-1. При отклонении потенциала, соответствующего заданной кон­ центрации цианидов, открывается или закрывается кла­ пан, регулирующий подачу озона. Представляет интерес применение для этой цели амперметрических анализато­ ров свободного хлора в воде. Как будет показано далее (в главе IX), подобные датчики могут быть использова­ ны и для контроля за содержанием озона.

6. Установки, работающие по методу

электрохимической очистки

Во ВНИИ ВОДГЕО В. Е. Генкиным и Ю. Ю. Лурье [41] разработан электрохимический метод, который мо­ жет быть использован для очистки как промывных вод, так и отработавших электролитов. Метод интересен простотой устройства аппаратуры (электролизеров) и возможностью возврата некоторых продуктов, поскольку

III

воду, пригодную для дальнейшего использования. Кроме того, ионообменный способ позволяет извлечь для ути­ лизации ряд полезных продуктов. Немаловажным об­ стоятельством является и то, что ионообменные установ­ ки требуют меньших затрат на автоматизацию по срав­ нению с реагентными. Система контроля и управления проще как по устройству, так и по обслуживанию. Эти преимущества превалируют над трудностями, связан­ ными с регенерацией ионообменных смол и обработкой элюатов.

Ионообменные установки находят широкое примене­ ние в ряде зарубежных стран. Их поставляют гальвано­ технические фирмы Англии, Японии, ФРГ, США.

В качестве примера автоматизированной крупномас­ штабной ионообменной очистной станции можно при­ вести очистной комплекс цеха металлопокрытий Волж­ ского автомобильного завода в г. Тольятти, поставлен­ ный фирмой «Блазберг» (ФРГ).

Установка предназначена для очистки кислотно-ще­ лочных, циан- и хромсодержащих сточных вод, вклю­ чающих все примеси, характерные для сточных вод гальванического производства (тяжелые металлы, мас­ ла, поверхностно-активные и взвешенные вещества). От­ работавшие растворы из гальванических ванн и элюаты, получающиеся после регенерации ионообменных филь­ тров, очищаются реагентным способом.

Ионообменная установка оборудована весьма не­ сложной системой контроля. За основной критерий, оце­ нивающий качество обработки воды и ионообменную способность фильтров, взята электропроводность воды, пороговая величина которой устанавливается по иссле­ довательским и опытным данным.

Например, электропроводность воды после катионообменника должна быть менее 240, после слабоосновно­ го аниопообменника —50—220 и после сильноосновного

ку, контролируется ее электропроводность, температура, величина рН и расход. Система контроля и регулирова-

т

ния процесса обработки реагентами отработавших рас­ творов электролитов и элюатов в принципе не отличает­ ся от рекомендованной выше. Для поддержания величи­ ны рН используются импульсные САР, где датчиками служат рН-метры. САР обезвреживающих реагентов по­ строены на базе потенциометрических датчиков на ци­ аниды и хром. В качестве хлорреагента для окисления цианидов применяют жидкий хлор в баллонах, в качест­ ве восстановителя хрома — бисульфит натрия.

Управление ионообменными фильтрами, которое сво­ дится к выводу их на регенерацию, регенерации и вводу в работу, производится обычно с помощью дистанцион­ ной системы дежурным персоналом, действующим в со­ ответствии с сигнализацией, подаваемой кондуктометра­ ми ирН-метрами. Возможно и автоматическое управле­ ние установкой. Наиболее необходима при эксплуатации ионообменных установок автоматизация операций, свя­ занных с приготовлением регенерационных растворов и их дозировкой. Системы автоматизации этих операций аналогичны системам, предусматриваемым для узлов регенерации ионообменных водоподготовительных уста­ новок.

АППАРАТУРА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ БИОХИМИЧЕСКОЙ о ч и с т к и СТОЧНЫХ ВОД

1. Автоматические приборы для непрерывного измерения содержания растворенного кислорода

Как уже указывалось, важнейшей характеристикой сточной воды является содержание растворенного кис­ лорода. Лабораторные методы (метод Викклера и др.) определения количества кислорода в воде, несмотря на сравнительно медленное изменение во времени этого па­ раметра, уже недостаточны. Необходимы не только экс­ прессные методы анализа воды на кислород, но и непре­ рывное измерение его концентрации автоматически дей­ ствующими приборами. Решению этой проблемы, несом­ ненно, способствовали достижения приборостроения в области биологии, медицины и освоения космоса, по-

скольку появилась необходимость в новых методах конт­ роля содержания кислорода в различных биологических средах, в крови человека и животных, а также в атмос­ фере космических кораблей.

В основу современных инструментальных методов определения концентрации растворенного кислорода в воде положен весьма распространенный в электрохимии метод измерения предельного диффузионного тока, т. е. тока, при котором кислород восстанавливается на отри­ цательно заряженном металлическом электроде. В каче­ стве электродов можно применять как ртутный капель­ ный, так и открытые твердые электроды из благородных металлов. Однако ртутный и твердые металлические электроды с открытой поверхностью крайне неудобны в

ные тонкой полимерной пленкой. Именно такие приборы рекомендованы для применения странами-участницами СЭВ.

Полимерная пленка (фторопласт-4, полиэтилен, по­ липропилен) толщиной 10—80 мк непроницаема для мо­ лекул воды и большинства растворенных веществ, но обеспечивает диффузию кислорода и других газов при разности их концентрации по обе стороны пленки и, что весьма важно в данном случае, стабилизирует толщину диффузионного слоя в приэлектродном пространстве. Полимерная пленка исключает непосредственный кон­ такт электродов с контролируемой жидкостью, защища­ ет поверхность электродов от отложений нерастворимых продуктов побочных электрохимических реакций, пре­ пятствует прониканию веществ, электровосстановление которых происходит при том же потенциале, что и кис­ лорода. Наконец, она позволяет держать электроды в электролите постоянного состава и тем самым исклю­ чает влияние на результаты измерений колебаний элект­ ропроводности, которые неизбежны в природных и сточ­ ных водах. Совокупность всех этих ценных свойств де­ лает полимерные пленки незаменимой деталью совре­ менных датчиков-анализаторов воды на кислород.

В электродных системах электрохимических анали­ заторов воды на кислород применяются следующие ме­ таллические пары: Pt—Ag, Ag—Рв, Ag—Cd, Au—Zn (первым указан катод, вторым — анод). Электролитами служат растворы КС1, КОН и др.

116

В зависимости от источника напряжения, необходи­ мого для получения предельного диффузионного тока данного вещества, полярографические системы, исполь­ зуемые в анализаторах на кислород, делят на системы с внешним источником тока и на системы с внутренним источником тока. Принцип действия этих двух систем один и тот же. Полярографические системы с внутрен­ ним источником тока работают так же, как гальваниче­ ский элемент; они, очевидно, более удобны для приборов переносного типа, полевых и лабораторных.

Рассмотрим несколько подробнее принцип действия датчика-анализатора на кислород с внешним источни­ ком напряжения. Датчик состоит из анода — электрода сравнения с большой площадью контакта с электроли­ том, имеющего постоянный потенциал, и катода — изме­ рительного электрода сравнительно небольших разме­ ров. Между электродами прикладывается разность по­ тенциалов от внешнего источника напряжения, распре­ деляемая следующим образом:

личину приложенного напряжения. При определенном потенциале на катоде протекает реакция восстановления кислорода, растворенного в электролите: •

0 2 - f 4е + 4Н-> 2Н2 0 .

Это приводит к деполяризации катода. Величина воз­ никающего тока пропорциональна концентрации кисло­ рода в лриэлектродном пространстве. Поскольку кон­ центрация кислорода непосредственно на электроде рав­ на нулю, то

117

Рис. 42. Подпрограмма восстановления Ог на катоде

Рис. 43. Датчик на кис­ лород прибора ИПД К

/ — катод (Pt); 2—анод (Ag);

8 — головка; 9 — корпус

Полярограмма датчика (рис. 42) имеет отчетливо выраженное плато при величине поляризационных на­ пряжений от 0,5 до 0,9 в. Потенциал восстановления кислорода в целях постоянства показаний датчика вы­ бирается в середине этого диапазона напряжений.

Многочисленными исследованиями установлено, что зависимость (46) является практически строго линейной и, таким образом, величина / зависит только от концент­

(СКВ БП) и применяется при биологических исследова­

локи, покрытой электролитически хлоридом серебра и намотанной спиралью на цилиндрический стержень кор­ пуса. Полиэтиленовая мембрана толщиной 30—50 мк

118