Содержание

1. Исходные данные

2. Методы очистки сточных вод от тяжелых металлов

3. Умягчение воды катионированием

4. Катиониты

5. Обессоливание воды ионным обменном

6. Одноступенчатые ионообменные установки

7. Цеолиты

8. Электродиализ

9. Ионообменная установка

10. Катионит КУ-2

11. Расчет ионообменной установки для обезвреживания сточных вод катионитовыми фильтрами

12. Анионитовые фильтры

13. Электрокоогуляторы

14. Гальванокоогулятор

15. Технико-экономический расчет

16. Затраты на заработную плату

17. Затраты на электроэнергию

18. Затраты на текущий ремонт

19. Затраты на амортизацию

20. Прочие затраты

21. Себестоимость получения 1м³ воды

22. Эффективность инвестиций

1. Исходные данные

Расход сточных вод Q=1 100 м³/час.

Серная кислота H₂SO₄.

Щелочь Na CO₃.

Катионит КУ-2.

Таблица 1 – Состав сточных вод гальванического цеха

Ионы	Содержание вещества, г/м3.	Расход вещества г/м3 на 1 г-экв/м3	Содержание вещества г-экв/м3
Катиониты
Cr6+	120	8,67	13,84
Zn2+	15	32,68	0,46
Cu2+	12	31,77	0,38
Ni2+	90	29,36	3,07
Σ[К]	237		17,75
Анионы
CN	90	26	3,46
Cl	160	35,46	4,51
SO2-4	470	48,03	9,78
Σ[А]	720		17,75

2. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

1. Реагентный метод.

Наибольшее распространение в практике очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов получил реагентный метод. Этот метод включает в себя процессы нейтрализации, окислитедьно-восстановительные реакции, осаждение и обезвоживание образующегося осадка, и позволяет довольно полно удалять из стоков ИТМ.

При этом методе ионы тяжелых металлов переводятся, как правило, в гидроксидные соединения путем повышения рН усредненных стоков до рН их гидратообразования с последующим осаждением, фильтрацией. В необходимых случаях до достижения рН очищенных стоков регламентируемого для сброса.

Особенностями очистки сточных вод от катионов меди является произведение растворимости гидроокиси меди равно 5,0х10-20, в то время, когда растворимость основного карбоната меди практически равна нулю. Поэтому медь, выгодно осаждать в виде основного карбоната.

Для этого в растворе нейтрализирующего реагента необходимо иметь одновременно как гидроксильные ионы (ОН), так и карбонатные (СО₃)². Таким образом, для осаждения из растворимых ионов меди нерационально применение только едких щелочей и извести высшего сорта, так как только соды, мела, мрамора, доломита и известника, дающих в раствор в основном карбонат – ионы.

В связи с изложенным, лучшим реагентом для очистки сточных вод от катионов меди является недожженная известь III-го сорта, содержащая СаСО₃.

Особенности очистки сточных вод от катионов цинка происходит при осаждении цинка из сульфатных растворов едкой щелочью и известью образуются в основном осадки в виде основных солей цинка ZnSO₄ ; Zn(OH)₂, причем число n возростает с увеличением рН. Так, при рН=7 осождается основной сульфат цинка, соответствующий формуле ZnSO₄ ; 3Zn(OH)₂, а повышение рН до 8,8 приводит к образованию осадка, состав которого выражается формулой ZnSO₄·5Zn(OH)₂.

При осаждении цинка из сульфатных растворов недожженной известью III-го сорта, содержащей СаСО₃ состав основных карбонатов в осадке от условий реакции – температуры, исходной концентрации цинка и известкового раствора, величины рН раствора. По литературным данным, при рН=7-9,5 образуется основной карбонат цинка состава 2ZnCO₃·3Zn(OH)₂.

Основное достоинство реагентного метода – возможность применения его для обезвреживания кислотно-щелочных сточных вод различных объемов с различной концентрацией ионов тяжелых металлов.

Недостатки этого метода:

- значительное повышение солесодержания очищенных от ИТМ стоков за счет внесения реагентов, что вызывает необходимость дополнительной доочистки;

- большой расход реагентов;

- получение трудно обезвоживаемого и неутилизируемого осадка;

- большие трудозатраты по эксплуатации;

- необходимостью организации и содержания реагентного хозяйства со специальным коррозионноустойчивым оборудованием и дозирующими устройствами.

Особо следует отметить, что при реагентных методах очистки и выполнении технологических регламентов остаточные концентрации основных ионов тяжелых и цветных металлов в очищенных стоках достигают следующих минимальных величин, мг/л: Fe(OH)₂·0,3-1,0

Zn(OH)₂·0,05

Cu(OH)₂·0,1-0,15

и представлены, в основном, в виде их гидроксидов, легко диссоциируемых и растворимых в слабокислых водных растворах.

2. Ионнообменный метод.

Ионнообменный метод очистки воды применяют для обессоливания и очистки воды от ионов металлов и других примесей. Сущностьионного обмена заключается в способности ионообменных материалов забирать из растворов электролита ионы в обмен на эквивалентное количество ионов ионита.

Очистку воды осуществляют ионитами – синтетическими ионообменными смолами, изготовленными в виде гранул размером 0,2-2 мм. Иониты изготовляют их нерастворимых в воде полимерных веществ, имеющих на своей поверхности подвижный ион (катион или анион), который при определенных условиях вступает в реакцию обмена с ионами того же знака, содержащимися в воде. Различают сильно- и слабокислотные катиониты ( в Н⁺ или Na⁺ - форме) и сильно- и слабоосновные аниониты (в ОН^- или солевой форме), а также иониты смешенного действия. Основополагающим фактором кинетики процесса является скорости ионообмена между ионами воды и омываемой частицей смолы. На наружной поверхности омываемой частицы образутся неподвижная водяная пленка, толщина которой зависит от скорости потока очищаемой воды и размеров зерна смолы. Ион, который стремится попасть внутрь частицы смолы, в функциональную группу, должен диффундировать из воды через пленку, пройти через граничную поверхность частицы и внутри смолы в растворе набухания устремиться к ассоциации с функциональной группой. Диффузия ионов через пленку является важнейшим этапом процесса.

Избирательное поглощение молекул поверхностью твердого адсорбента происходит вследствие на них неуравновешенных поверхностных сил адсорбента.

Ионообменные смолы имеют возможность регенерации. После истощения рабочей обменной емкости ионита он теряет способность обмениваться ионами и его необходимо регенерировать. Регенерация производится насыщенными растворами, выбор которых зависит от типа ионообменной смолы. Процессы восстановления, как правило, протекают в автоматическом режиме. На регенерацию обычно затрачивают около 2 часов, из них на взрыхление 10-15 мин, на фильтрование регенерирующего раствора 25-40 мин, на отмывку 30-60 мин. Ионообменную очистку реализуют последовательным фильтрованием воды через катионы и аниониты.

В зависимости от вида и концентрации примесей в воде, требуемой эффективности очистки используют различные схемы ионообменных установок.