Нейтрализация сточных вод

 

 

 

 

 

Доклад

по дисциплине  «Водоотводящие системы промышленных предприятий»

 

Тема:  Нейтрализация сточных вод

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Нейтрализация сточных вод………………………………………………………….……3

Нейтрализация смешением  кислых сточных вод со щелочными……………….………4

Нейтрализация сточных вод  добавлением реагентов…………………...……………....5

Нейтрализация кислых сточных  вод фильтрацией через нейтрализующие

 материалы……………………………………...………………………………………….12

Библиографический список………………………………………...……………………14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Химическая очистка производственных сточных вод применяется как  самостоятельный метод и как  метод предварительной обработки  сточных вод перед биологической  и физико-химической очисткой для  удаления растворенных примесей. Может  обеспечивать глубокую очистку производственных сточных вод с целью их дезинфекции, обесцвечивания и извлечения из них  различных компонентов. К методам  химической очистки относятся: окисление  и нейтрализация. Для окисления  используют сильные окислители: хлор (Cl), перманганат калия (KMnO₄), озон (O₃) и др. Для нейтрализации кислот чаще всего применяют подщелачивание известью. Для нейтрализации щелочи применяют подкисление, обычно соляной или серной кислотой. Могут быть использованы и другие реагенты.

 

Нейтрализация сточных  вод

 

Производственные сточные  воды от технологических процессов  многих отраслей промышленности содержат щелочи и кислоты, а также соли тяжелых металлов. Для предупреждения коррозии материалов канализационных  очистных сооружений, нарушения биохимических  процессов в биологических окислителях  и в водоемах, а также для  осаждения из сточных вод солей  тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации.

Реакция нейтрализации –  это химическая реакция между  веществом, имеющим свойство кислоты, и веществом, имеющим свойство основания, приводящая к потере характерных  свойств обоих соединений; наиболее типичная реакция нейтрализации  в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях:

 

H⁺ + OH^- = H₂O

 

В результате концентрация каждого из этих ионов становится равной той, которая свойственна  самой воде (около 10^-7), т.е. активная реакция водной среды приближается к рН = 7.

При спуске производственных сточных вод в водоем или в  городскую водоотводящую сеть практически  нейтральными следует считать смеси с рН = 6,5 - 8,5. Следовательно, подвергать нейтрализации следует сточные, воды с рН менее 6,5 и более 8,5, при этом необходимо учитывать нейтрализующую способность водоема, а также щелочной резерв городских сточных вод. Из условий сброса производственных сточных вод в водоем или в городскую сеть следует, что большую опасность представляют кислые стоки, которые встречаются к тому же значительно чаще, чем щелочные (количество производственных сточных вод с рН > 8,5 невелико).

Если отработанные производственные сточные воды подаются в систему  оборотного водообеспечения, то требования к величине активной реакции зависят от специфики технологических процессов.

Наиболее часто сточные  воды загрязнены минеральными кислотами: серной H₂SO₄, азотной HNO₃,  соляной HCl, а также их смесями. Значительно реже в сточных водах встречаются азотистая НNО₂, фосфорная Н₃РО₄, сернистая Н₂SО₃, сероводородная Н₂S, плавиковая НР, хромовая Н₂СгО₄ кислоты, а также органические кислоты.

 

 В практике химической  очистки применяются следующие  способы нейтрализации:

• взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод;
• нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь Ca(OH)₂ и др.);
• фильтрование через нейтрализующие материалы (известняк, доломит, магнезит, мел).

 

Выбор способа нейтрализации  зависит от многих факторов: вида и  концентрации кислот, загрязняющих производственные сточные воды; расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию; наличия реагентов; местных условий и т. п. В зависимости от исходных данных по табл. 1 можно ориентировочно назначить способ нейтрализации кислых вод.

Применяется также способ нейтрализации дымовыми газами щелочных сточных вод, содержащими СО₂, SО₂, NO₂ и др., что позволяет одновременно нейтрализовать сточные воды и производить очистку газов от вредных компонентов.

 

Нейтрализация смешением  кислых сточных вод со щелочными

Режимы сброса сточных  вод, содержащих кислоту и отработанную щелочь, как правило, различны. Кислые воды обычно сбрасываются равномерно в течение суток и имеют постоянную концентрацию; щелочные воды сбрасываются периодически по мере того, как сбрасывается щелочной раствор. В связи с этим для щелочных вод часто необходимо устраивать регулирующий резервуар, объем которого должен быть достаточ-

Таблица 1 – Условия применения способов нейтрализации кислых сточных  вод

ным, чтобы принять суточное количество щелочных сточных вод, Из резервуара эти воды равномерно выпускают в камеру реакции, где в результате смешения их с кислыми сточными водами происходит взаимная нейтрализация.

Баланс кислых и щелочных сточных вод составляют на период, в течение которого производят выпуск этих вод от всех цехов и агрегатов, в том числе таких, от которых сточные воды спускаются периодически.

Метод взаимной нейтрализации  кислых и щелочных сточных вод  широко используют на предприятиях химической промышленности.

 

Нейтрализация сточных  вод добавлением реагентов

Если на промышленных предприятиях имеются только кислые или только щелочные сточные воды либо если невозможно обеспечить взаимную нейтрализацию, применяют реагентный метод нейтрализации. Этот метод наиболее широко используют для нейтрализации кислых сточных вод.

Выбор реагента для нейтрализации  кислых сточных вод зависит от вида кислот и их концентрации, а  также от растворимости солей, образующихся в результате химической реакции. Для нейтрализации минеральных кислот применяют любой щелочной реагент, но чаще всего известь в виде пушонки или известкового молока и карбоната кальция или магния в виде суспензии. Эти реагенты сравнительно дешевы и общедоступны, но имеют ряд недостатков: обязательное устройство усреднителей перед нейтрализационной установкой, затруднительность регулирования дозы реагента по рН нейтрализованной воды, сложность реагентного хозяйства. Скорость реакции между раствором кислоты и твердыми частицами суспензии относительно невелика и зависит от размеров частиц и растворимости образующегося в результате реакции нейтрализации соединения. Поэтому окончательная активная реакция в жидкой фазе устанавливается не сразу, а по истечении некоторого времени (10—15 мин). Сказанное выше относится к сточным водам, содержащим сильные кислоты (Н₂SО₄, Н₂SО₃), кальциевые соли которых труднорастворимы в воде.

При нейтрализации производственных сточных вод, содержащих серную кислоту, реакция в зависимости от применяемого реагента протекает по уравнениям:

Н₂SО₄ + Са(ОН)₂ = СаSО₄ + 2Н₂О;

Н₂SО₄ + СаСO₃ = СаSО₄ + Н₂О + СО₂.

Образующийся в результате нейтрализации сульфат кальция (гипс) кристаллизуется из разбавленных растворов в виде СаSО₄ 2Н₂О. Растворимость этой соли при температуре 0—40 °С колеблется от 1,76 до 2,11 г/л. При более высокой концентрации сульфат кальция выпадает в осадок, поэтому при нейтрализации сильных кислот, кальциевые соли которых труднорастворимы в воде, необходимо устраивать отстойники-шламонакопители. Существенным недостатком метода нейтрализации серной кислоты известью является также образование пересыщенного раствора гипса (коэффициент пересыщения может достигать 4 - 6), выделение которого из сточной 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.

Для уменьшения коэффициента пересыщения используется рециркуляция образующегося в результате нейтрализации осадка сульфата кальция. Концентрация ионов кальция в сточной воде уменьшается при увеличении дозы рециркулирующего осадка; продолжительность перемешивания этой воды должна быть не менее 20 - 30 мин. Для уменьшения зарастания трубопроводов, по которым транспортируются нейтрализованные известью сернокислотные стоки, применяют методы промывки, увеличивают скорость транспортирования, а также заменяют металлические трубопроводы на пластмассовые.

Для нейтрализации органических жирных кислот применяют известь, содержащую не менее 25 - 30 % активного оксида кальция, или смесь извести с 25 % -ной технической аммиачной водой.

Доза реагента для обработки  сточных вод определяется из условия полной нейтрализации содержащихся в них кислот или щелочей и принимается на 10 % больше расчетной (табл. 2).

Поскольку в кислых и щелочных производственных сточных водах  практически всегда присутствуют ионы металлов, дозу реагента следует определять с учетом выделения в осадок солей тяжелых металлов (табл. 3).

 

Количество реагентов G , кг, для нейтрализации определяем по формуле:

G

где   – коэффициент запаса расхода реагента по сравнению с теоретическим (для известкового молока равен 1,1, для известкового теста и сухой извести –1,5);

       Q – количество сточных вод, подлежащих нейтрализации, м³;

      a – расход реагента на нейтрализацию (см. табл. 2);

        A  – концентрация кислоты или щелочи, кг/м³;

        В – количество активной части в товарном продукте, %.

Таблица 2 – Расход реагентов для нейтрализации 100% - ных кислот и щелочей

Примечание: над чертой дано количество щелочи, г на 1г кислоты, под чертой – количество кислоты, г на 1г щелочи.

При нейтрализации кислых стоков, содержащих соли тяжелых металлов, количество реагента:

 

,

 

где – концентрация металлов в сточных водах,  кг/м³;

      – количество реагента, требуемое для перевода металлов из растворенного состояния в осадок (табл. 3).

 

     Таблица 3 – Расход реагентов, требуемых для удаления металлов

 

Процессы реагентной нейтрализации производственных сточных вод осуществляется на нейтрализационных установках или станциях, в состав которых входят: песколовки, резервуары – усреднители, склады нейтрализующих реагентов, растворные баки для приготовления рабочих растворов реагентов, смесители сточных вод с реагентами, камеры реакции (нейтрализаторы), отстойники для нейтрализованных сточных вод, осадкоуплотнители (перед механическим обезвоживанием образующихся осадков), сооружения для механического обезвоживания осадков, а при их отсутствии – шламовые площадки, места для складирования обезвоженных осадков, устройства химического контроля за процессом нейтрализации (рис 1).

Песколовки предусматриваются  при наличии в сточных водах тяжелых механических примесей. Резервуары-усреднители для кислых и щелочных сточных вод выполняются из материалов с антикоррозионной защитой. Их объем определяется в зависимости от графика притока сточных вод и колебаний концентраций кислоты или щелочи. При отсутствии таких графиков объем резервуаров определяется по технологическим данным. Поступающие в резервуары сточные воды перемешиваются воздухом. При наличии одновременно кислых и щелочных сточных вод учитывается их взаимная нейтрализация.

Размеры складов реагента определяют с учетом возможности его доставки. Запас реагента обычно принимают на 15—30 сут. При доставке реагента вагонами объем склада должен быть кратен объему вагона. Известь на складах хранится в виде теста или в сухом виде в закрытых бункерах. Хранение сухой извести навалом не допускается.

На складах должна быть предусмотрена механизация всех процессов, связанных с разгрузкой реагента из вагонов или автомашин, с транспортированием реагента внутри складов и с загрузкой его в устройство для приготовления растворов. Известковое тесто из склада к месту приготовления известкового молока может подаваться грейферным краном; сухая известь — закрытыми транспортерами и элеваторами (для предупреждения запыленности помещений).

Для нейтрализации гашеная  известь применяется в основном в виде известкового молока 5 %-ной  концентрации по активному оксиду кальция. Для превращения комовой извести-кипелки в форму, удобную для дозирования, ее следует погасить. При гашении извести происходит ее гидратация с выделением теплоты:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + 67 кДж.

Для гашения комовой извести  применяются безотходные известегасильные аппараты. Продолжительность гашения 1 т извести в известегасилке составляет 1,5—2ч; производительность аппарата по безотходному гашению извести 12—15т/сут.

На установках большой  производительности для гашения извести применяют шаровые мельницы; после них известковое молоко пропускают через гидроциклон или классификатор.

Известковое молоко из аппаратов гашения извести сливают в баки с пропеллерными или лопастными мешалками с вертикальной осью вращения; частота вращения мешалки должна быть не менее 40 мин^-1.

При приготовлении рабочего раствора известкового молока допустимо  перемешивание раствора воздухом с  интенсивностью аэрации 0,8 м³/(м²-мин), возможно также гидравлическое перемешивание с помощью насосов в баках вместимостью 1 - 4 м³.