Реагентные методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.

Существенным недостатком метода нейтрализации серной кислоты известью является также образование пересыщенного раствора гипса (коэффициент пересыщения может достигать 4-6), выделение которого из воды может продолжаться несколько суток, что приводит к зарастанию трубопроводов и аппаратуры. Присутствие в сточных водах многих химических производств высокомолекулярных органических соединений усиливает устойчивость пересыщенных растворов гипса, поскольку эти соединения сорбируются на гранях кристаллов сульфата кальция и препятствуют их дальнейшему росту.Далее необходимо снизить кислотность среды, т. е. повысить pH до значении 8-9, при которых будет протекать осаждение ионов Cu2+и Zn2+, реакцию нейтрализации будем осуществлять добавлением того же реагента – едкого натра, доза реагента составит 0,75 г/г серной кислоты.Произведение растворимости гидроокиси меди равно 5х10-20, в то время, когда растворимость основного карбоната меди практически равна нулю. Поэтому медь выгодно осаждать в виде основного карбоната: 5Cu2+   + 2 OH- + CO32- →àCu2(OH)2CO3Для этого в растворе нейтрализующего реагента необходимо иметь одновременно как гидроксильные ионы, так и карбонатные. Таким образом, для осаждения из растворов ионов меди нерационально применение только едких щелочей и извести высшего сорта, так же только соды, мела, мрамора, доломита и известняка, дающих в раствор в основном карбонат – ионы.В связи с изложенным, лучшим реагентом для очистки сточных вод от катионов меди является недожженная известь 3-его сорта, содержащая CaCO3. Доза реагента составляет 1,26 г/г иона Cu2+.При осаждении цинка из сульфатных растворов едкой щелочью и известью образуются в основном осадки в виде основных солей цинка: ZnSO4*nZn(OH)2, причем число n возрастает с увеличением рН. При 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 3-его сорта, содержащей CaCO3 состав основных карбонатов в осадке зависит от условий реакции – температуры, исходной концентрации цинка и известкового раствора, величины рН раствора и т.п. По литературным данным, при рН = 7 ÷ 9,5 образуется основной карбонат цинка состава 2ZnCO3*3Zn(OH)2. Доза реагента принимаем равную 1,22 г/г Zn2+.Тогда суточный расход едкого натра рассчитаем по формуле:где Д – суммарная доза реагента, необходимая для проведения реакций очистки стоков, г/г;С – концентрацияиона металла, мг/л - суточный расход сточных вод, м3/сут.Так как содержание активного вещества в поставляемомNaOH составляет 10 %, то расход товарного реагента составит:Так как эффективность очистки реагентным методом составляет 80 %, то концентрация загрязняющих веществ после обработки щелочью составит:Расчет реактораВ реакторе происходит смешение реагентов с обрабатываемой водой, что необходимо для более быстрого и полного протекания соответствующих реакций, и протекание реакций.Рассчитаем реактор как вихревой смеситель, рассчитанный на пребывание сточных вод в течении 1 часа, который представляет собой круглый в плане резервуар с конической передней частью.Расчет ведется в соответствии со СНиПом2.04.03-85. Определим объем смесителя сточных вод с реагентами для продолжительности пребывания сточных вод в аппарате Т = 1 ч:Примем, что объем цилиндрической части составляет 2/3 всего объема, тогда объем цилиндрической части будет равенРассчитаем диаметр цилиндрической части аппаратапри условии, что высота цилиндрической части 1,5 м:где h – высота цилиндрической части;Определим диаметр на входе в аппарат, диаметр на выходе из аппарата, а также диаметры патрубков для подвода реагентов. Рассчитаем исходя из условий обеспечения скоростей :Определим высоту конической части. Примем центральный угол между наклонными стенками конической части :Определим объем конической части:где − радиус цилиндрической части аппарата;− радиус входного патрубка.Определим полную высоту аппарата:Н = Нц + Нк = 3,5 + 4,7 = 8,2 м2.2 Расчет и выбор вспомогательного оборудованияК усовершенствованным вертикальным отстойникам относятся вертикальные отстойники с нисходяще-восходящим движением воды - рис. 2 Сточная вода поступает в центральную часть отстойника и через зубчатый водослив распределяется по площади зоны осветления, где происходит нисходящее движение потока воды. Основная масса взвешенных веществ успевает выпасть до поступления воды в кольцевую зону, где происходит доосветление воды и сбор ее периферийным лотком. Рисунок 2 – Вертикальный отстойник с нисходяще-восходящим потоком1 - подающий трубопровод; 2 - кольцевая перегородка; 3 - зубчатый водослив; 4 - осадочная часть; 5 - периферийный сборный лоток; 6 - удаление осадкаЭффект осветления вертикального отстойника с нисходяще-восходящим потоком Э = 65 %.Гидравлическая крупность частиц u0, образующихся в процессе нейтрализации составляет 0,1 – 0,4 мм/с.Принимаем стандартный диаметр отстойника Dset = 6м и рассчитываем количество отделений по формулегде - часовой расход сточных вод, м3/ч – коэффициент использования проточной части отстойника, по [2]Определяем диаметр и высоту кольцевой перегородкиВысота цилиндрической частиHц = +H2 + H3,где H2 – высота нейтрального слоя между низом отражательного щита и слоем осадка, равная 0,3 м;H3 – высота борта отстойника, равная 0,5 м.Hц = 3 + 0,3 + 0,5 = 3,8 мВысота конусной части отстойника Нкгде - угол наклона конического днища, Общая высота отстойникаН = Нк + Нц = 4,3 + 3,8 =8,1 мКоличество осадка, выделяемого при отстаивании за суткигде Q – суточный расход сточных вод, м3/сут,С – концентрация механических примесей в сточной воде, мг/лЭ – эффект задержания осаждающихсяпримесей - влажность осадка, равная 94 – 96 % – плотность осадка, равная 1 г/м3Рассчитываем массу образующегося осадка:где Э - эффективность, Э=80%Т.к. при нейтрализации ионы тяжелых металлов переходят в нерастворимую форму - гидроксиды и концентрация взвешенного вещества равна концентрации гидроксидов металлов. Рассчитаем концентрации гидроксидов металлов:где ММе(ОН) - молярная масса гидроксида;ММе - молярная масса металла;СМе - концентрация металла.Определяем объем образующегося осадка:где γ1 - влажность осадка, 97%ρ1 - плотность осадка, ρ = 1,06 т/м3ВыводыВ работе рассмотренреагентный способ очистки сточных вод, содержащих тяжелые металлы. На основании проведенного теоретического анализа существующих схем очистки, принята следующая последовательность очистки сточных вод: добавление реагентов, после которых осуществлялось осаждение образующихся гидроксидов металлов, осаждение осадка производилось в вертикальном отстойнике, для использования воды в оборотном водоснабжении предприятия необходимо произвести доочистку на механических и ионообменных фильтрах.В виду высокой опасности химических реагентов и возникновения неконтролируемых химических реакций, способных привести к авариям, чрезвычайным ситуациям и несчастным случаям рассмотрены основные аспекты техники безопасности. В качестве основного оборудования выступает вертикальный отстойник, расчет которого представлен в главе 2. Основные этапы очистки протекают в оборудовании, не имеющим сложных конструкций, в виду чего к подробному рассмотрению они не привлекались.Список используемой литературыОб охране окружающей среды: Федеральный закон от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ: по состоянию на ноябрь 2015 г. // Гарант Эксперт 2012 [Электронный ресурс]. – НПП «Гарант-Сервис», 2015.Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика/Н. И. Лихачев, И. И. Ларин, С. А. Хаскин и др. Под общей редакцией В. Н. Самохина – 2-е издание, перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1981. – 639 с.Поворов А. А., Павлова В. Ф. Очистка сточных вод гальванических производств // Экология производства. – 2007. – № 5. – с. 68-73.Когановский А.М., Клименко Н.А. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. – М.: Химия, 1983-288 с.Яковлев С.В., Карелин Я.А., Жуков А.И., Колобанов С.К. Канализация. Учебник для вузов. - Изд.5-е перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1975. - 632 с Гарипова С. А., Очистка сточных вод гальванического производства от тяжелых металлов // Экология производства. – 2011. - № 10. – с. 66-70.Павлов Д. В., Колесников В. А.Очистка сточных вод гальванического производства: новые решения // Водоснабжение и санитарная техника. – 2012. – № 6. – с. 66-70.С. С. Виноградов. Экологически безопасное гальваническое производство/ Под ред. Проф. Кудрявцева. – М.: Глобус. – 1998 г. – 302 с. Очистка и использование сточных вод гальванических производств. Зарубежный опыт. – М.: Стройиздат, 1983 г. – 104 с. Черникова, М. Н. Технологические схемы глубокой очистки сточных вод гальванического производства от ионов тяжелых металлов с применением флотации /М. Н.Черникова, Г.И. Зубарева // Экология и промышленность России. – № 5. – 2013. – 26–27.Физико-химическое сопоставление реагентных методов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов / Н.Н.Красногорская [и др.] // Успехи современного естествознания. – № 2. – 2014. – С. 114–115.