Реагентная очистка сточных вод от тяжелых металлов. Теоретические основы, материальные расчеты. Учебное пособие

71

где V0 – объем стоков, м

85,1

2

)(

х

ММ

ОНСа

СаО



100

17

1



G

2238100

17

3981

1

,,G

01501,

G

G 

2548

0150

2238

1

,

G

сут.

кг х /

398

, 1 08 , 74

56

85 , 1  



подщелачивания, г/л;

3

/сут; С

С

– концентрация щелочи до и после

i

-7,5

= 10

1

∙N;

С

= 10-3∙N – на основании р[OН-] = 14 - pH), где N – г∙экв известкового

2

молока, равный 37 г/л;

G = (0,037 – 0,0000012)50 = 1,85 кг/сут.

Количество СаО в 1,85 кг/сут Са(ОН)

:

2

Количество технического известкового молока с учетом актив-

ной части (СаО), равной 17 % [81]:

в том числе примесей – 6,825 кг/сут.

Количество 1,5 % раствора известкового молока:

в том числе 547,38 кг/сут воды.

Объем 1,5 % раствора известкового молока:

, (17)

кг/сут,

, (18)

кг/сут,

72

щ

G

V



2



5430

1010

2548,,



щ

V

,

1000

3

цx

CnG



щ

ц

VV

CV

C







0

00

6829

543050

3050

,

,





ц

C

0810

1000

6829732

3

,,,



G

 

,

а

VVG

KG

щ





03

34

, (19)

где ρ

– плотность 1,5% известкового молока, равная 1010 кг/м3 [79].

щ

м3/сут.

Расход активного хлора:

(20)

где nх – доза активного хлора на 1 мг CN–, равная 2,73 мг/мг [66]; Cц – содержание СN– в стоке с учетом его разбавления, мг/л:

, (21)

где C0 – концентрация цианидов в стоке, мг/л;

мг/л,

кг/м3. (22)

Количество хлорной извести для окисления цианидов в сточных

водах:

(23)

где К

– коэффициент запаса реагента, равный 1,2-1,3[81]; а – массовая

З

доля активного хлора в хлорной извести, равная 20 % [82],

73

 

5925

20

5430500810

251

4

,

,,

, 



G

кг/сут,

10

4

5

,

G

G 

9255

10

5925

5

,

G

x

G

V



5



250

1005

9259,,



x

V

 

1000

0

6

kщx

CVVV

G





 

0150

1000

30543025050

6

,

,,,





G

в том числе: Ca(OCl)2 – 5,13 кг/сут; примесей – 20,46 кг/сут.

Количество 10 % раствора хлорной извести:

в том числе воды 230,31 кг/сут.

Объем 10 % раствора хлорной извести:

где ρ

– плотность 10 % раствора хлорной извести, равная 1005 кг/м3

х

[82];

Количество необезвреженных цианидов:

, (24)

, кг/сут,

, (25)

,м3/сут.

где С

, (26)

– остаточная концентрация цианидов в стоке, мг/л;

к

, кг/сут.

74

Количество прореагировавших цианидов:

6

00

7

1000

G

CV

G 





48510150

1000

3050

7

,, 



G

Компоненты

NaCN

Cа(ОСl)

2

NаСNО

СаСl

2

G7-G11, кг/сут

1,485

2,17

1,97

1,68

, (27)

кг/сут.

Окисление цианидов протекает по реакции [83]:

1,485

2NaCN + Ca(OCl)2 → 2NaCNO + CaCl

(II)

2.

98,01 142,99 1300,1 110,99

Количество прореагировавших реагентов и образующихся про-

дуктов рассчитывается на основании реакции (II), расчетные данные приведены в табл. 21.

Таблица 21

Данные по количественному расчету компонентов

реакции II

G12 = Gщ + Gх, (28)

где Gщ – количество воды, необходимое для разбавления щелочи до концентрации 1,5 %, кг/сут; Gв – количество воды, необходимое для разбавления хлорной извести, концентрации 10 %, кг/сут;

Суммарное количество воды:

G12 = 714,42 + 231,03 =955,45 кг/сут.

Избыток хлорной извести:

Q1 = 5,13 – 2,17 = 2,96 кг/сут.

75

Сводная таблица материального баланса узла

Компоненты

Приход

Компоненты

Расход

м

3

/сут

кг/сут

м

3

/сут

кг/сут

1. Раствор Са(ОН)2, в т.ч.:

- Са(ОН)2;

- примеси.

2. Циансодержащий сток, в т.ч.:

NaCN.

3. Раствор хлорной изве- сти, в т.ч.:

- Са(ОСl)

2;

- примеси.

0,54

50,00

0,25

1,85

6,83

1,5

5,13 20,46

1. Раствор Са(ОН)2, в т.ч.:

- Са(ОН)2;

- примеси.

2. Промсток, в т.ч: избыток NaCN.

3. Раствор хлорной извести, в т.ч.:

- избыток Са(ОСl)2;

- примеси.

4. Продукты реакции, в т.ч.:

- NaCNO;

- CaCl2.

0,54

50

0,25

1,85 6,83

0,015

2,96

20,46

1,97 1,68

Итого

50,79

35,77

Итого

50,79

35,77

обезвреживания циансодержащих сточных вод

6.3 Материальный баланс узла совместной нейтрализации

хром-, циансодержащего и кислотно-щелочного стоков

Нейтрализация в производственных условиях осуществляется

1,5 % раствором известкового молока.

Исходные (производственные) данные:

- расход хромсодержащего стока – 100,75 м3/сут., в том числе:

Н

– 0,51 кг/сут., Cr(SO4)3 – 19,59 кг/сут.;

2SO4

- расход циансодержащего стока – 50,79 м3/сут., в том числе:

Ca(ОН)2 – 1,85 кг/сут.;

- концентрация сопутствующих тяжелых металлов в объединен-

ном хром- и циансодержащем стоке (производственные данные):

FeSO4 – 0,012 кг/м3; NiSO4 – 0,002 кг/м3; CuSO4 – 0,003 кг/м3; ZnSO4 – 0,003 кг/м3, расход кислотно-щелочного стока (рН – 6,5)

– 200 м3/сут., в том числе:

Таблица 22

76

Cr2(SO4)3 – 0,00003 кг/м3;

Компоненты

Приход*

Компоненты

Расход*

м3/сут

кг/сут

кг/м3

м3/сут

кг/сут

кг/м3

1. Хромсодержащий сток, в т.ч:

Н2SO4 Cr(SO4)3

100,75

0,51 19,59

0,005 0,194

Усредненный сток, в т.ч:

Н2SO4 Са(ОН)

2

Cr(SO4)

3

FeSO

4

NiSO

4

CuSO

4

ZnSO4

351,54

0,513 1,85 19,596 4,21 0,70 1,05 1,05

0,0015 0,005 0,056 0,012 0,002 0,003 0,003

2. Циансодержащий сток, в т.ч: Ca(ОН)

2

50,79

1,85

0,036

3. Тяжелые металлы в объ-

единенном хром-и циансодержащем стоке:

FeSO

4

NiSO

4

CuSO

4

ZnSO4

1,81 0,30 0,45 0,45

0,012 0,002 0,003 0,003

4. Кислотно-щелочной сток, в т.ч: Н2SO4 Тяжелые металлы: Cr2(SO4)3 FeSO

4

NiSO

4

CuSO

4

ZnSO4

200

0,0031

0,006 2,40 0,40 0,60 0,60

0,00001

0,00003 0,012 0,002 0,003 0,003

Итого:

351,54

28,97

351,54

28,97

FeSO4 – 0,012 кг/м3; NiSO4 – 0,002 кг/м3; CuSO4 – 0,003 кг/м3; ZnSO4 – 0,003 кг/м3. Количество серной кислоты в кислотно-щелочном стоке:

G = C ∙ V0,

где V0 – объем стоков, м3/сут; С – концентрация кислоты, г/л, установленная по формуле (2) с учетом рН:

G = 0,0000155200=0,0031 кг/сут.

Таблица 23

Усредненный состав стоков, поступающих на нейтрали-

зацию

77

Перерасчет концентраций (*) соответствующих солей в объеди-

,





V

q

С

i

ii

CVg 



ненном стоке:

или

(29)

где qi – количество соответствующей соли в объединенном стоке; V – объем усредненного стока.

Реакции, протекающие в узле нейтрализации:

0,513

H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 ↓ + 2H2O (III)

98,06 74,08 136,14 36,00

19,596

Cr2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 = 2Cr(OH)3 ↓ + 3CaSO4 ↓ (IV)

392,18 222,24 206 408,42

4,21 FeSO4 + Ca(OH)2 = Fe(OH)

↓ + CaSO

2

↓ (V)

4

151,91 74,08 89,85 136,14

0,70

NiSO4 + Ca(OH)2 = Ni(OH)

↓ + CaSO

2

↓ (VI)

4

154,76 74,08 92,70 136,14

1,05

CuSO4 + Ca(OH)2 = Cu(OH)

↓ + CaSO

2

↓ (VII)

4

159,61 74,08 97,55 136,14

1,05

ZnSO4 + Ca(OH)2 = Zn(OH)

↓ + CaSO

2

↓ (VIII)

4

161,44 74,08 99,38 136,14

Расчет покомпонентного состава сточных вод в узле нейтрализа-

ции ведем аналогично вышеприведенному.

Суммарное количество известкового молока по реакциям III-VIII

(табл. 24):

G1 = 0,385+11,105+2,054+0,336+0,488+0,483 = 14,851 кг/сут.

78

Таблица 24

Компо-

ненты

Количество (кг/сут.)

Реакция

III

Реакция

IV

Реакция

V

Реакция

VI

Реакция

VII

Реакция

VIII

Ca(OH)

2

0,385

11,105

2,054

0,336

0,488

0,483

CaSO4 0,708

20,407

3,775

0,617

0,898

0,887

H2O

реакц.

0,188

Cr(OH)3

10,293

Fe(OH)2

2,491

Ni(OH)2

0,420

Cu(OH)2 0,643

Zn(OH)2 0,648

 

,...nnCbCbCbAaQ

B

kG 

22113

100

Данные по количественному расчету компонентов к

реакциям III-VIII

Суммарное количество сульфата кальция по реакциям III-VIII:

G2 = 0,708+20,407+3,775+0,617+0,898+0,887 = 27,292, кг/сут.

При нейтрализации стоков предусматривается их обработка из-

вестковым молоком в соответствии с расходными нормами известкового молока для осаждения металлов [3]:

Cr2(SO4)3 – 0,7 кг/кг; H2SO4 – 0,76 кг/кг; CuSO4 – 1,16 кг/кг; FeSO4 – 1,32 кг/кг; NiSO4 – 1,26 кг/кг; ZnSO4 – 1,13 кг/кг.

Количество реагента, необходимое для нейтрализации кислых

стоков, содержащих соли тяжелых металлов [3]:

(30)

где k – коэффициент запаса реагента по сравнению с теоретическим, принимается равным 1,1; В – количество активной части СаО, равное

79

17 % [81]; Q – количество сточных вод, подлежащих нейтрализации,

0150

2

4

,

G

G 

щ

G

V



4



13, м3/сут,

11505

015

0

577

172

4

, , ,



G

391, м3/сут.

11

1010

13

11505

, , 



щ

V

85,

1

1 3 1

,    G G Q

337, кг/сут.

16

85 1 851

14

338

29

1

, , ,

,

  



Q

3

м

; а – расход Ca(OH)2 для нейтрализации кислот, 0,76 кг/кг; А – кон-

центрация кислот, кг/м

3

; b1, b2,…bn – расход Ca(OH)

, требуемый для

2

перевода соответствующих металлов из растворенного состояния в осадок, кг/кг; С в сточных водах, кг/м

, С2,..., С

1

3

– концентрация соответствующих металлов

n

;

G3 = 1,1  (100:17)  351,54 (0,760,015+0,70,056+1,016 х

х 0,003+1,26  0,002 + 1,130,003 + 1,320,012) = 172,577 кг/сут.,

в том числе: Ca(ОН)2 – 29,338 кг/сут; примесей – 143,239 кг/сут.

Количество 1,5 % раствора известкового молока:

,

в том числе 11332,553 кг/сут воды.

Объем 1,5 % раствора известкового молока (табл. 25):

где ρ

,

– плотность 1,5 % известкового молока, равная 1010 кг/м3 [79].

щ

Избыток известкового молока:

80

Таблица 25

Компоненты

Приход

Продукты

Расход

м

3

/сут

кг/сут

м

3

/сут

кг/сут

Поступающий сток, в т.ч.:

Cr2(SO4)3 H2SO4 CuSO4 FeSO4

351,54

19,59

0,51 1,05 4,21

Обработанный сток, в т.ч.: CaSO

4

Cr(OH)

3

Cu(OH)

2

Fe(OH)

2

362,93

27,29 10,29

0,64 2,49

NiSO4 ZnSO4 Са(ОН)2 Раствор Са(ОН)

2

, в

т.ч.:

Са(ОН)2 Примеси

11,39

0,70 1,05 1,85

29,34

143,24

Ni(OH)

2

Zn(OH)

2

Н

2Ореакц

Раствор Са(ОН)2,

в т.ч.:

Са(ОН)

2

Примеси

0,42 0,65 0,19

16,34

143,24

Итого

362,93

201,54

Итого

362,93

201,54

3

0

10

V

G

C

вв

Сводная таблица материального баланса узла

нейтрализации усредненных стоков

6.4 Материальный баланс узла обработки осадков

Обработка осадков, образующихся при реагентной очистке сточ-

ных вод гальванических производств, включает предварительное их отстаивание в различного типа отстойном оборудовании, уплотнение для снижения влажности осадка до 90 % с последующим мехобезвоживанием уплотненного осадка.

6.4.1 Материальный баланс узла отстаивания осадка

Исходные данные включают объем сточных вод 362,93 м3/сут. Выбираем для отстаивания суспензии вертикальный отстойник. Концентрация взвешенных веществ (ВВ) в суспензии:

зованном стоке; V0 – объем стока;

где G

– суммарное содержание нерастворимых примесей в нейтрали-

вв

, (31)