1. Нейтрализация сточных вод

Кислые и щелочные воды перед выпуском в водоем или подачей на биологические очистные сооружения должны быть нейтрализованы. Кроме того, нейтрализация сточных вод необходима для предотвращения коррозии трубопроводов, канализационных сооружений.

Применяют следующие способы нейтрализации:

1. взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод (если они имеются на данном предприятии);

2. нейтрализация реагентами;

3. фильтрование через нейтрализующие материалы: известняк (CaCO₃), доломит (CaCO₃·MgCO₃), магнезит (MgCO₃), обожженный магнезит (MgO).

Метод взаимной нейтрализации кислых и щелочных сточных вод широко используется на предприятиях химической промышленности. Вследствие различного режима образования и сброса этих вод применяют регулирующие и усредняющие устройства, с помощью которых сточные воды равномерно выпускаются в канализацию, и обеспечивается максимальное использование кислых или щелочных агентов, содержащихся в сточных водах.

Способ нейтрализации путем фильтрования сточных вод через нейтрализующие материалы не получил широкого распространения в отечественной промышленности из-за возникающих эксплуатационных трудностей, обусловленных слеживаемостью и цементированием загрузки, выносом частиц с нейтрализованной водой и т.д.

При наличии на предприятии только кислых или щелочных сточных вод их нейтрализацию проводят реагентами.

Цель работы – рассчитать объем 0,1 N раствора соляной кислоты, необходимый для нейтрализации 1 л сточной воды.

Реактивы и оборудование

1. рН-метр;

2. пипетка Мора, 10 мл;

3. химический стакан, 50 мл;

4. бюретка;

5. соляная кислота, 0,1 N.

Порядок выполнения работы

1. Изучить технику работы с pН-метром;

2. Включить рН-метр;

3. Взять пипеткой Мора 10 мл пробы воды и перенести ее в стакан для титрования;

4. Заполнить бюретку для титрования 0,1 Nраствором соляной кислоты;

5. Прилить из бюретки в стакан с пробой воды 1 мл раствора соляной кислоты и перемешать;

6. Измерить значение рН раствора и занести в таблицу;

7. Повторить операцию 15-20 раз до достижения рН раствора 1-2;

8. Построить таблицу по образцу таблицы 1.

Таблица 1 – Результаты рН-метрического титрования сточной воды 0,1 Nраствором соляной кислоты

№ опыта	VHCl, мл	ΔHCl=V1(HCl)-V2(HCl)	pН	ΔрН=рН1–рН2	ΔрН/ΔVHCl
1	0	-		-	-

При построении таблицы 1 необходимо учитывать, что V_HC1нужно считать с учетом предыдущих порций добавленной кислоты.

9. Построить дифференциальную кривую титрования в координатах по образцу рисунка 1.

Рисунок 1 – Дифференциальная кривая титрования сточной воды 0,1 Nраствором соляной кислоты

10. По дифференциальной кривой титрования найти объем HClв точке эквивалентности;

11. Рассчитать объем 0,1 Nраствора НС1, необходимый для нейтрализации 1 л сточной воды по формуле

V=100·Vтэ.	(1)
где V – объем 0,1Nраствора НС1, необходимый для нейтрализации 1 л сточной воды, мл; Vтэ– объем 0,1Nраствора НС1 в точке эквивалентности, мл.

2. Очистка промышленных стоков гальванопроизводств

Гальваническое производство является неотъемлемой частью практически каждого машиностроительного предприятия, типографии и другой металлообработки. Только при использовании гальванического процесса можно придать изделиям товарный вид и наделить их особыми свойствами.

Сточные воды гальванических производств являются опасными с точки зрения токсичности, так как в своем составе содержат высокотоксичные ингредиенты в виде тяжелых металлов. Для очистки сточных вод гальванических производств разработано множество технологических схем очистки, базирующихся на различных методах.

Сточные воды гальванических производств подразделяются на следующие основные категории:

1. чистые, от охлаждения технологического оборудования (50-80 % общего количества);

2. загрязненные механическими примесями и маслами (10-15 %);

3. загрязненные кислотами, щелочами, солями, соединениями хрома, цинка, меди, никеля, циана и другими химическими веществами (50-80 %);

4. отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) или эмульсии (1-2 %);

5. загрязненные пылью вентиляционных систем и горелой землей литейных цехов (10-20 %);

6. поверхностные (дождевые, талые, поливочно-моечные).

Соединения тяжелых металлов могут находиться в сточных водах практически всех категорий, но наибольшее их количество наблюдается в водах третьей и четвертой категорий. Тяжелые металлы могут попадать в сточные воды из технологических растворов, как продукты деструкции обрабатываемых деталей и инструмента, при промывке оборудования и изделий.

Сточные воды третьей категории образуются в процессе химической и электрохимической обработки изделий. Они содержат тяжелые металлы преимущественно в виде химических соединений, как правило, растворимых.

Сточные воды четвертой категории образуются при механической обработке изделий. Основная масса тяжелых металлов находится в них в виде мелкодисперсных взвесей, но часть может находиться в виде растворимых соединений.

По объему, составу загрязнений третья категория сточных вод является преобладающей. По существующей классификации, сточные воды этой категории делят на следующие группы:

1. кисло-щелочные;

2. хромсодержащие;

3. циансодержащие;

4. фторсодержащие.

Химические и электрохимические процессы обработки изделий являются основными источниками загрязнений сточных вод гальванических производств. Вода загрязняется в процессе охлаждения и мойки оборудования и тары на основных и вспомогательных технологических операциях. Расход сточных вод достигает 500 м³/сут. с 1000 м² производственных площадей. Сточные воды, как правило, разделяются на промывные воды и отработанные концентрированные растворы. Самую сложную проблему при очистке этих вод представляет собой очистка от солей шестивалентного хрома, ионов тяжелых металлов и органических соединений.

Для очистки промышленных стоков гальвонопроизводств используется установка очистки гальванических стоков, которая предназначена для демонстрации технологии очистки хромсодержащих и других стоков, содержащих Сu, Ni, Zn, Fе, образующихся в процессе промывки деталей от ванн покрытия электрохимическим способом. Производительность установки составляет до 5 л в час промывных вод.

Краткое обоснование применяемой технологии

В технологической схеме используются следующие методы очистки:

1. ферритизация;

2. реагентная обработка;

3. отстаивание;

4. осветлительно-сорбционное фильтрование.

Удаление ионов металлов Сr⁶⁺,Сu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Fе³⁺идет за счет следующих процессов. При растворении железного скрапа в сбросной воде железо (II) переходит в раствор, отдавая свои электроны на восстановление некоторых ионов металлов. При этом происходит образование магнитных форм оксидных соединений железа, большую часть которых составляют магнетит, гетит, лапидокрокит. При вращении корпуса барабана ферритизатора происходит постоянное изменение состояния короткозамкнутых микроэлементов и перемешивание всей массы загрузки, что обеспечивает высокую реакционную способность и эффективность процесса. Хром (VI) восстанавливается до хрома (III) при растворении железных стружек. Медь подвергается восстановлению до металлического состояния и в присутствии кислорода воздуха окисляется до Сu₂О. При этом цинк, хром (III), никель образуют с магнетитом соединения типа ферритовZnFe₂O₄·Cr₂(Fe₂O₄)·NiFe₂O₄.

После обработки в ферритизаторе сбросные воды обрабатываются 5 %-ным известковым молоком. Именно известковое молоко способствует образованию смешанных труднорастворимых соединений с основой СаSО₄, Са₃(РО₄)₂. Образующийся осадок обладает высокими сорбционными свойствами и способствует более полному соосаждению тяжелых металлов Осаждение предпочтительно вести до значений рН 9-9,5. После осветления проводится осветлительно-сорбционная фильтрация, которая является контрольной и требуется для удаления тонких взвешенных частиц гидроксидов металлов.

Фильтры могут заполняться любой инертной загрузкой. Степень очистки сбросных вод от металлов составляет 98,0-99,5 %.

Использование данной установки приводит к следующим результатам:

1. ферритизация обеспечивает восстановление хрома;

2. посредством реагентной коагуляции, фильтрации и сорбции происходит выведение остальных ионов металлов и органических соединении из воды.

Состав, устройство и принцип работы демонстрационной установки для очистки гальванических сточных вод

Установка состоит из сборочных единиц, представленных на рисунке 2:

1. приемная емкость исходных гальванических сточных вод емкостью 5 л из нержавеющей стали (1);

2. ферритизатор (2) – аппарат для восстановления ионов тяжелых металлов из нержавеющей стали с электроприводом (21) и пультом управления (20). Загрузка ферритизатора – железные опилки. Ферритизатор (2) устанавливается на раме с уклоном 5-7 ºпо отношению к горизонту;

3. мерник для реагента корректировки рН среды из нержавеющей стали емкостью 1,5 л (3);

4. приемная воронка (4) из нержавеющей стали для приема обработанных стоков из ферритизатора (2) и реагентного раствора из мерника (3);

5. лабиринтный смеситель (5), из нержавеющей стали, служащий для перемешивания и усреднения обработанных стоков с реагентным раствором;

6. трехсекционный отстойник из нержавеющей стали (6) с рабочей емкостью 7,5 л, служащий для осветления обработанных стоков после корректировки рН;

7. фильтр из нержавеющей стали (7) с зернистой загрузкой, служащий для тонкой очистки стоков от взвесей, удаляемых в осадок соединений металлов;

8. емкость для сбора очищенных, стоков (8) из нержавеющей стали емкостью 1,5 литра.

Все вышеописанные единицы устанавливаются последовательно на раме согласно рисунку 2 и соединяются между собой полимерными трубопроводами (шлангами) с запорно-регулирующей арматурой (винтовыми зажимами).

Очищаемые гальванические сточные воды подаются по собранной замкнутой технологической схеме установки самотеком. Шламы периодически выпускаются из конусного днища трех секций отстойника, фильтр снимается и промывается обратным током, чистой воды. Очищенная вода из емкости (8) направляется на сброс в канализацию. Процесс очистки происходит в непрерывном режиме.

Рисунок 2 – Демонстрационная установка для очистки гальванических сточных вод

Порядок работы на установке

1. Перекрыть все зажимы: (10), (15), (13), (16), (14), (17), (18), (19);

2. Залить в бачок исходной воды (1) металлосодержащие сточные воды. Величина рН исходной воды должна быть от 3 до 7;

3. Залить 5 %-ное известковое молоко в мерник для реагента (3);

4. Открыть полностью зажимы (10), (13) и (14);

5. Запустить в работу ферритизатор (2). Для этого подключить пульт управления (20) в сеть переменного тока, затем включить тумблер на пульте управления (20), тем самым осуществить вращение ферритизатора (2) через электропривод (21). Очищаемый раствор непрерывно подается в ферритизатор (2) по шлангу через специальное отверстие в торце ферритизатора. Ферритизатор вращается со скоростью 8 об/мин.;

6. Открыть зажим (15) и им отрегулировать подачу исходного раствора в ферритизатор со скоростью 1-2 л/ч;

7. Открыть зажим (16) и им отрегулировать подачу щелочного агента в таком количестве, чтобы в первой камере отстойника (6) величина рН достигала 9-9,5. Величина рН определяется по универсальной индикаторной бумаге. Количество подаваемого щелочного агента определяется по мерному устройству (12);

8. Первоначальное смешивание потоков исходной воды и щелочного агента происходит в воронке (4), затем в лабиринтном смесителе (5). Полученная суспензия поступает в первую секцию отстойника (6) и постепенно заполняет весь его объем. По мере продвижения суспензии к последней камере отстойника происходит осветление воды, которая проходя снизу вверх через фильтр (7) собирается в емкости для сбора очищенной воды. В конических днищах отстойника (6) накапливается шлам (гидроксиды металлов), который по мере его накапливания выводится из процесса. Для вывода шлама необходимо открыть зажимы (17), (18), (19).

Задание на выполнение работы

1. Определить концентрацию соединений Fe(III) иCr(VI) в гальванической сточной воде;

2. Очистить сточные воды на установке для очистки гальванических сточных вод;

3. Определить концентрацию соединений Fe(III) иCr(VI) в сточной воде после очистки на установке;

4. Рассчитать эффективность данного метода по формуле (2)

	(2)
где c1– концентрация соединенийFe(III) илиCr(VI) до очистки, мг/л; с2– концентрация соединенийFe(III) илиCr(VI) после очистки, мг/л.

При высокой концентрации соединений Fe(III) илиCr(VI) в гальванических сточных водах, они разбавляются в соответствующее количество раз. Кратность разбавления учитывается при расчетах.

Ниже приведены методики определения общего железа и хрома в сточных водах.