книги из ГПНТБ / Шабалин А.Ф. Очистка сточных вод предприятий черной металлургии учебное пособие для техникумов
.pdf134 |
Способы очистки травильных сточных вод |
При полной нейтрализации, предусматривающей связывание ионов железа и основной массы сульфат-иона, расчет количества щелочи ведется на общее содержание сульфат-иона. Аналогично и при нейтрализации травильных сточных вод, содержащих со ляную и азотную кислоты, предусматривается связывание ионов железа и основной массы хлор-иона и иона NO3.
При нейтрализации концентрированных сточных вод, со
держащих 5—6% кислоты, объем осадка в первые 24 часа от
стаивания настолько велик, что обрабатываемая вода превра щается в студенистую массу.
Способы нейтрализации кислых стоков
На заводах черной металлургии черные металлы травят
преимущественно серной кислотой и сравнительно редко, к тому же в малых количествах, другими кислотами (например, на заводах, изготовляющих оцинкованную сталь, белую жесть
или обрабатывающих специальные сорта металла, кроме сер
ной кислоты, применяют соляную и азотную кислоты).
Н е й т р а л и з а ц и я — - превращение кислых или щелочных
агрессивных сточных вод в нейтральные — основана на взаи модействии добавляемых реагентов с веществами, загрязня
ющими воду.
Так, при контакте сточных вод, поступающих после трав ления черных металлов, загрязненных кислотой (серной, соля ной и т. д.), с реагентами (известью или другими) кислота нейтрализуется с выделением солей железа и шлама (механи ческих примесей— нерастворимых солей кислоты, окалины и пр.) в осадок.
Различают два способа нейтрализации кислых сточных
вод:
1)реагентный, когда в сточную /воду добавляют реа гент в виде раствора или сухого вещества; при этом в качестве реагентного раствора может быть использована какая-либо другая сточная вода, содержащая щелочи;
2)фильтрационный, при котором сточную воду фильт
руют через нейтрализующий материал.
Реагентный способ нейтрализации сернокислотных сточных вод получил наибольшее распространение.
Для нейтрализации слабо концентрированных кислых сто ков травильных цехов применяют: известь в виде пушонки
Са(ОН)2 или известкового молока, известняк, мрамор, доло мит. Последнее время рекомендуют малые количества отрабо тавших травильных растворов нейрализовать сухой известью в тесто, т. е, «без жидкой фазы, о чем сказано ниже.
Нейтрализация травильных сточных вод |
135 |
||
Фильтрационный способ, |
как |
наиболее простой |
|
в эксплуатации, обычно применяют |
при |
нейтрализации |
азот |
ной и соляной кислот, кальциевые соли которых хорошо |
рас |
творимы в воде. Нейтрализация серной кислоты способом фильт
рования нежелательна, так как в ходе |
процесса на |
поверх |
ности кусков фильтрующего материала |
образуется |
гипсовая |
корка состава (CaSO4-2Н2О), тормозящая ход реакции. По этому устройство фильтров из известняка или доломита допу стимо лишь при небольшой концентрации серной кислоты в сточных водах (менее 0,6—0,8%).
Нейтрализация кислых стоков реагентами
При нейтрализации сточных вод, поступающих после трав ления черных металлов известью, происходят следующие реак
ции:
с серной кислотой
|
H2SO4 + СаО + Н2О = CaSO4 + 2Н2О; |
(III-10) |
|||||
|
98 |
56 |
18 |
136 |
36 |
|
|
|
с |
железным купоросом |
|
||||
Fe SO4 + СаО + Н2О = CaSO4 + Fe(OH)2; |
(Ш-11) |
||||||
152 |
56 |
|
18 |
|
136 |
90 |
|
|
|
с соляной |
кислотой |
|
|||
|
2HCI + СаО + Н2О = СаС12 + 2Н2О; |
(I II-12) |
|||||
|
73 |
56 |
18 |
|
111 |
36 |
|
|
с |
хлористым железом |
|
||||
FeCl24-CaO -4- Н2О = Fe (ОН)2 + СаС12; |
(Ш-13) |
||||||
127 |
56 |
|
18 |
|
90 |
111 |
|
|
|
с |
азотной |
кислотой |
|
|
|
2HNO3 + СаО + Н2О = Са (NO3)2 + 2Н2О; |
(Ш-14) |
||||||
126 |
56 |
|
18 |
|
164 |
36 |
|
|
с |
азотнокислым железом |
|
||||
2Fe (NO3)3 + ЗСаО + ЗН2О + 2Fe (ОН)3 + ЗСа (NO3)2. |
(Ш-15) |
||||||
484 |
168 |
54 |
|
214 |
492 |
|
|
Нейтрализация кислот известью заключается в заготовке, |
|||||||
дозировании |
и смешивании |
извести с |
водой и последующем |
осаждении осадка в отстойнике. Расчет процесса нейтрализа ции сводится, прежде всего, к определению количеств реаген та, необходимых для нейтрализации. В этом случае можно пользоваться данными табл. 15
136 Способы очистки травильных сточных вод
|
|
|
|
|
Таблица 15 |
||
Количество различных химических реагентов (щелочей), |
|
||||||
необходимое для нейтрализации разных кислот, |
|
|
|||||
|
содержащихся в воде |
|
|
|
|||
|
Расход весовых частей щелочи (100%) на нейтрализацию |
||||||
|
|
одной весовой части кислоты |
|
||||
дислота |
|
|
|
|
|
|
|
|
СаО |
Са(ОН)2 |
СаСО3 |
NaOH |
Na2CO3 (HCOS) |
Са(СО,)2 |
|
Серная H2SO4 .... |
0,56 |
0,755 |
1,02 |
0,816 |
1,08 |
1,25 |
0,94 |
Азотная HNO3 . . . |
0,445 |
0,59 |
0,795 |
0,635 |
0,84 |
0,96 |
0,732 |
Соляная НС1 .... |
0,77 |
1,01 |
1,37 |
1,10 |
1,45 |
1,69 |
1,29 |
Углекислота СО, . . |
1,27 |
1,68 |
— |
1,82 |
— |
_ |
—— |
Уксусная СН3СО Н . |
0,466 |
0,616 |
0,83 |
0,666 |
0,83 |
— |
— |
Пикриновая НОС5Н2 |
0,122 |
0,169 |
0,218 |
0,175 |
0,231 |
— |
— |
(NO2)3........................ |
В результате нейтрализации кислот |
щелочами |
образуются |
||||
соли, часть которых растворяется в воде. |
Степень |
растворимо |
||||
сти некоторых солей в воде при разной температуре |
приведена |
|||||
в табл. 16. |
Нерастворившиеся соли, т. е. |
образовавшиеся сверх |
||||
|
|
|
|
Таблица |
16 |
|
|
Растворимость некоторых солей в воде |
|
|
|||
|
|
|
Растворимость солей |
|||
|
|
|
|
при температуре, |
г/л |
|
|
Соль |
Формула |
|
|
|
|
|
|
|
0° |
10° |
20’ |
30’ |
Сернокислый натрий .... |
Na2SO4 • ЮН2О |
42 |
|
|
291 |
|
Азотнокислый натрий . . . |
NaNO3 |
422 |
|
176 |
|
|
Углекислый |
натрий .... |
Na2CO3 • ЮН2О |
66 |
358 |
363 |
|
Хлористый натрий .... |
NaCl |
357 |
360 |
|||
Сернокислый кальций (гипс) |
CaSO4•2H.0 |
1.74 |
1,9 |
2,03 |
2,10 |
|
Азотнокислый кальций . . |
Ca(NO3)? • 4H2O |
|
|
545 |
|
|
Углекислый кальций . . . |
CaCO3 |
Практичесюd нерас творим |
||||
У]лекислый |
магний .... |
MgCO3 |
Отв осител ЬНО ХО] зошо |
|||
|
|
|
|
растворим |
|
|
указанных |
в таблице |
переделов растворимости, выпадают в |
осадок. Количество солей, выделяющихся в осадок при реак ции нейтрализации, указаны в табл. 17.
Режим поступления травильных сточных вод на станцию нейтрализации определяется технологическим процессом про изводства.
Нейтрализация травильных Сточных вод |
137 |
Таблица 17
Количество солей, выделяющихся в осадок при реакции нейтрализации
Наименование |
Количество весовых частей солей, выделяющееся |
||
на |
одну весовую часть кислоты |
||
|
Кислот» Реагент
H2SO4 Са(ОН)2
Са СО3 NaOH HCO3 CaMg(CO3)2
HNOS Ca(OH),
CaCO3
HaOH
HCO3
CaMg(CO3)2
О |
<BN*OS |
£ |
О |
|
0 |
|
(/) |
|
со |
|
ъа |
те |
|
1,39
1,39
1,45
0,695 0,612
—
—
—
|
3), |
и |
|
|
|
ои |
СаС1, |
NaCl |
|
о |
Ca(NO |
£ |
||
|
Z |
|
|
|
Z |
|
ъо |
|
|
|
|
— |
— |
— |
— |
|
|
|
|
|
1,30 |
|
|
1 |
|
1,30 |
|
— |
1 |
1,25 |
|
1 |
||
|
|
|
||
|
|
|
1 1 |
|
|
0,65 0,588 |
|
||
|
|
|
MgCl, |
0 |
|
o’ |
0,45
0,90
—0,44
—0,35
0,70
0,35
НС1 |
Ca(OH)2 |
— |
|
CaCO3 |
— |
|
NaOH |
|
|
HCO3 |
|
|
CaMg(CO3)2 |
— |
1 1 1 I I
—
1 I I 1 1
1,53
1,53 0,61
1,61
0,775 |
1,23 |
0,662 0,62 |
Средний состав травильных сточных вод был указан в гл. I, однако он может изменяться, особенно при смешении сточных
вод. Для расчета станции нейтрализации можно принимать следующие концентрации стоков:
а) в отработавших травильных растворах содержание сер ной кислоты 70 г/л и железного купороса 300 г/л;
б) в промывных водах содержание серной кислоты 5 г/л, железного купороса 5 г/л;
в) в водах от щелочных ванн содержание извести (по СаО)
30г/л.
Там, где это возможно, целесообразна раздельная нейтра
лизация отработавших растворов травильных ванн и промыв ных вод из-за различной их концентрации и разного режима сто
ка. Щелочные воды (при их наличии) могут быть присоедине ны как к травильным стокам из ванн, так и к промывным во дам.
138 Способы очистки травильных сточных вод
Доза извести выражается в весовых единицах окиси каль ция (СаО), необходимой для нейтрализации 1 м3 травильных сточных вод.
Из приведенных реакций (Ш-10—Ш-15) видно, что окись
кальция расходуется в следующих весовых частях: |
|
кислоты |
|||||||||
56 |
а) на нейтрализацию |
одной |
весовой |
части серной |
|||||||
=0,57 |
весовых частей; |
б) |
на |
нейтрализацию |
одной |
весо- |
|||||
•— |
|||||||||||
98 |
|
|
|
|
|
56 |
|
|
|
|
|
вой |
части |
железного |
купороса |
|
|
частей; |
|||||
— =0,37 весовых |
|||||||||||
в) на нейтрализацию одной весовой части соляной |
кислоты |
||||||||||
|
=0,77 |
весовых частей; |
г) на |
нейтрализацию |
одной |
весо- |
|||||
вой части хлористого железа |
56 |
|
|
частей; д) на |
|||||||
— =0,44 весовых |
|||||||||||
нейтрализацию одной весовой |
части азотной кислоты |
56 |
|||||||||
— = |
|||||||||||
= 0,44 весовых частей и е) |
на нейтрализацию одной весовой ча- |
||||||||||
сти |
азотнокислого железа |
168 |
п |
весовых |
|
» |
и |
||||
— |
= 0,35 |
частей. |
На |
||||||||
|
|
|
|
484 |
|
|
|
|
|
практике к количеству окиси кальция, полученному по расче
ту, нужно прибавить 20—60% ее на неполноту реакции и для
лучшего осаждения железа.
Таким образом, зная содержание свободной кислоты и связанного железа в отработавших травильных растворах или промывных водах, можно определить расход извести на нейт рализацию сточных вод по следующим формулам:
при травлении металла серной кислотой
Д |
|
(Ш-16) |
|
GH3B = ~ (0,57Н2 SO4 + 0,37FeSO4)-Q кг; |
|
||
при травлении металла соляной кислотой |
|
|
|
Сизв^(0,77 НС1 +0,44 FeCl2)Q кг; |
|
(Ш-17) |
|
при травлении метала азотной кислотой |
|
|
|
бизв = 4 l°-44HN°3 + 0,35Fe (NO3)3J Q кг, |
(Ш-18) |
||
С, |
|
|
|
где Л—коэффициент запаса расхода извести по |
сравнению с |
||
теоретическим, который можно принимать |
(по |
дан |
|
ным УралНИИ АКХ РСФСР) для известкового |
мо |
||
лока 1,2; для сухой извести 1,6; для известкового теста |
|||
1,5; |
|
|
|
С — содержание СаО в продажной извести; |
м3. |
|
|
Q — количество нейтрализуемого раствора, |
|
|
Нейтрализация травильных сточных вод |
13 |
Эту дозу уточняют в процессе эксплуатации, руководству ясь данными контрольных анализов.
В число установок станции нейтрализации реагентным спо
собом входят: |
1) резервуар-усреднитель |
поступающих |
стоков; |
||
2) склад извести; 3) аппарат для гашения извести; |
4) |
баки |
|||
для раствора |
известкового молока; 5) дозатор; 6) смеситель; |
||||
7) контактные |
резервуары-нейтрализаторы; |
8) отстойники |
|||
нейтрализованных сточных вод (если эти стоки не |
могут |
быть |
|||
направлены в |
общий пруд-осветлитель); |
9) шламовая |
площад |
||
ка. |
на станции должны быть |
лаборатория |
и поме |
||
Кроме того, |
щение для персонала.
Для того чтобы в усреднителе не выпадал осадок, его обо рудуют пропеллерной мешалкой, с той же целью можно при менять и продувание воздухом.
Склад негашеной извести располагают при станции нейт рализации в отдельной неотапливаемой пристройке с деревян
ным или бетонным полом для предохранения |
извести от сыро |
||||||
сти. Площадь склада должна быть рассчитана |
|
на |
15—30-днев |
||||
ный запас извести; в складе она может храниться |
в |
штабелях |
|||||
высотой не более 2 м. |
|
|
|
при |
общем рас |
||
Известь можно гасить в ящиках (сцежах) |
|||||||
ходе ее до 4 т в сутки |
и доставлять к растворным |
бакам в |
|||||
виде теста; при большем |
расходе |
гашение |
следует |
осущест |
|||
влять в |
специальных |
гасильных |
аппаратах, |
установленных |
|||
в отдельном помещении. |
|
|
|
|
|
|
|
На Северском металлургическом заводе хороших результа |
|||||||
тов добились при гашении извести и приготовлении |
известково |
||||||
го молока |
в бетономешалке. В этом случае |
известь |
засыпают |
вбарабан бетономешалки, заливают водой, дают барабану
несколько оборотов, затем в процессе последующего враще ния барабана разбавляют раствор водой и сливают известко
вое молоко через желоб в растворный бак. Оставшиеся не ра створенными комья недожога и прочие примеси в пределах до
50% от веса загружаемой извести удаляются из бетономешалки при вращении наклоненного барабана. Все операции по гашению загруженной в бетономешалку извести и приготовлению извест кового молока занимают около 15 мин. Одна бетономешалка емкостью 300 л обеспечивает гашение 1,5—2 т извести в сме ну. Размеры гасильных ящиков и сцеж определяют без рас
чета.
Для перемещения извести и известкового теста из склада можно применять тельфер с бадьей, вагонетки или транспор
тер в зависимости от суточного расхода извести.
Для известкового молока должно быть не менее двух ба
ков, из которых один находится в работе, а в другом приготовля
140 |
Способы очистки травильных сточных вод |
|
|||
ют рабочий раствор. Второй бак |
включается в |
работу после |
|||
того, |
как содержимое |
первого |
бака |
будет |
израсходовано. |
В баках предусмотрены |
механические |
пропеллерные или лопа |
стные мешалки для непрерывного взмучивания известкового мо лока; иногда это делается за счет его рециркуляции. В рабо чем баке мешалки работают при подаче известкового молока на нейтрализацию, в другом — во время наполнения его изве стковым молоком и полчаса после наполнения. Мешалки вклю чают в работу не менее чем за полчаса до начала подачи мо
лока на нейтрализацию.
Иногда известковое молоко взмучивают сжатым воздухом
(барботирование). При этом часть извести переходит в угле
кислый кальций, что затрудняет дозирование, поэтому такой способ взмучивания применять не рекомендуется.
Размеры баков для известкового молока определяют, исхо дя из условия, что емкость одного бака должна соответство вать 4—8-часовому расходу известкового молока с концентра цией до 50 г/л.
Для дозирования раствора устанавливают дозировочный бачок, в котором поддерживается постоянный уровень при по
мощи рециркуляции известкового |
молока, |
как это |
показано |
||
на рис. 53. Здесь |
известковое |
молоко из |
затворного |
бака I |
|
(смотри схему а) |
поступает |
по |
трубопроводу в баки |
известко |
вого молока, представляющие собой также циркуляционные
мешалки II, откуда известковое |
молоко |
забирается |
насосами |
||||
III и по трубопроводу IV подается в дозатор V. Далее |
извест |
||||||
ковое молоко поступает по трубопроводу VI в |
очищаемую |
во |
|||||
ду (в смеситель IX). |
53) поддерживается |
постоянный |
уро |
||||
В дозаторе б (рис. |
|||||||
вень известкового молока благодаря наличию переливной |
тру |
||||||
бы VII и непрерывной |
подачи |
молока |
насосами III. |
Трубка |
|||
VIII служит для удаления воздуха из трубопровода, |
по |
кото |
рому известковое молоко поступает в очищаемую воду.
Дозатор представляет собой сварную металлическую кон
струкцию, состоящую из цилиндрического корпуса 1 с кониче
ским |
дном |
2, |
патрубка 3, |
через |
который |
осуществляется |
||||||
подача |
реагента |
и |
опорожнение |
дозатора; |
расходной |
тру |
||||||
бы 4 со |
сменной диафрагмой |
5, |
воздушной |
трубки |
6, |
пере |
||||||
ливной трубы 7 |
и опор из угловой стали |
8\ |
сверху |
у |
бачка |
|||||||
крышка |
9. |
Производительность |
дозатора — до 6—7 м3 |
моло |
||||||||
ка в час. |
|
|
|
|
состоит |
в |
том, |
что при постоян |
||||
Принцип работы дозатора |
||||||||||||
ном уровне реагента в нем через |
отверстие в диафрагме в по |
|||||||||||
трубе |
4 |
(рис. 53, б) |
и далее в смеситель вытекает постоянное |
количество раствора, расход которого может меняться только за счет изменения отверстия в диафрагме.
Нейтрализация травильных сточных вод |
141 |
||
Расход известкового молока через |
отверстие |
диафрагмы |
|
определяется по формуле: |
|
|
|
q = р. ад |
2g Н м3/сек, |
|
|
где ц — коэффициент расхода, |
равный |
0,62; |
|
а
Рис. 53. Дозатор известкового молока:
а) общая схема; б) дозатор; |
в) устройство дозирующей диафрагмы |
(о — площадь отверстия |
диафрагмы, .и2; |
Н—глубина погружения диафрагмы под уровень извест кового молока, равная 0,20 м (по рис. 53).
Известковое молоко смешивается с нейтрализуемой сточ ной водой в смесителе ершового типа, представляющем собой желоб с боковыми, косо поставленными перегородками.
142 Способы очистки травильных сточных вод
Окончательное смешение происходит в контактном резер вуаре-нейтрализаторе, представляющем собой камеру, где происходит реакция введенного реагента с находящимися в воде загрязнениями (кислотой и раствором железного купоро са). Устанавливают не менее двух нейтрализаторов емкостью'
не менее, чем на 20—30-минутный максимальный |
приток нейт |
|||||||||
|
|
|
рализуемых сточных |
вод |
||||||
|
|
|
каждый. Форма нейтрали |
|||||||
|
|
|
заторов круглая или пря |
|||||||
|
|
|
моугольная. |
|
|
сточ |
||||
|
|
|
Нейтрализуемая |
|||||||
|
|
|
ная вода в процессе ней |
|||||||
|
|
|
трализации |
должна |
все |
|||||
|
|
|
время |
перемешиваться |
||||||
|
|
|
мешалками |
или |
сжатым |
|||||
|
|
|
воздухом. |
|
54 показана |
|||||
|
|
|
На |
рис. |
||||||
|
|
|
кинетика выпадения осад |
|||||||
|
|
|
ка из сточных вод, посту |
|||||||
|
|
|
пающих от травления чер |
|||||||
|
|
|
ных |
металлов, |
нейтрали |
|||||
|
|
|
зованных |
|
известковым: |
|||||
|
|
|
молоком |
(по весу). |
Как |
|||||
бзвешенн.ом осадит-Восходящая скорость) |
видно, |
обычное |
отстаива |
|||||||
ние |
протекает |
довольно' |
||||||||
Рис. 54. |
Кинетика выпадения осадка из |
|||||||||
плохо; осветление во взве |
||||||||||
сточных вод от травления черных ме |
шенном осадке |
оказыва |
||||||||
таллов, нейтрализованных известью: |
ется |
более |
эффективным. |
|||||||
/— при |
отстаивании, по данным ВНИИ |
|||||||||
ВОДГЕО; 2 — при осветлении во взвешенном |
Расчетные |
скорости |
||||||||
осадке, по данным Уральского научно-иссле |
движения |
воды в отстой |
||||||||
довательского института Академии коммуналь |
||||||||||
ного хозяйства РСФСР (УралНИИАКХ) |
никах |
можно |
принимать: |
|||||||
|
|
|
восходящую в вертикаль |
|||||||
ных отстойниках в пределах 0,3—0,5 мм!сек\ |
|
проточную в гори |
||||||||
зонтальных .отстойниках — в |
пределах 3,0—5,0 мм!сек. |
|
|
|||||||
При |
расчете отстойников |
травильных сточных вод, нейтра |
лизованных известью, можно принимать следующее количест
во сухого вещества осадка: |
|
|
|
|
|
|
1) |
1,75 г кристаллического гипса CaSO4-2H2O |
на 1 г сво |
||||
бодной серной кислоты и 1,14 г |
на 1 г безводного |
железно |
||||
го купороса (в закисной форме); |
|
|
|
|
|
|
2) |
0,59 г гидрата закиси железа |
Fe(OH)2 на |
1 |
г |
безводно |
|
го железного купороса и 0,7 г на 1 |
г хлористого |
железа FeCl2; |
||||
3) |
0,4 г/л взвешенных веществ |
в |
отработавших |
|
растворах |
|
травильных ванн и 0,16 г/л в промывных водах; |
|
израсходо |
||||
4) |
5% инертных примесей от всего количества |
|||||
ванной на нейтрализацию извести |
(СаО); |
|
|
|
Нейтрализация травильных сточных вод |
143 |
5)влажность осадка 99%.
Станция нейтрализации травильных сточных вод по реа гентному способу, рассчитанная на небольшую производитель ность (до 3—4 т!сутки серной кислоты), показана на рис. 55,
Рис. 55. Схема станции нейтрализации травильных сточных вод производительностью до 3—4 т серной кислоты в сутки
Известь подается из склада 1 ручными катящимися по ре льсу талями с ковшом или бадьей 2 в сцежу 3, где она гасит ся. Сцежа установлена над баками 4, в которых приготовляет ся 5—10%-ное известковое молоко. В баках известь переме
шивают лопастной мешалкой вручную (при расходах до 1 т ки слоты в сутки) или электродвигателем, используя для этого,
редуктор.