Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Января 2015 в 10:17, курсовая работа
Влияние на сельскохозяйственные культуры. Поступая со сточными водами в почву при поливе, медь кумулируется почвой и растениями, оказывает на них вредное действие, начиная с концентрации 0,1 мг/л. ОДК с учетом фона 33 мг/кг для песчаных и супесчаных почв, 66 мг/кг для кислых (суглинистых и глинистых) почв, 132 мг/кг для близких к нейтральным и нейтральных (суглинистых и глинистых) почв.
Задание;
Введение (воздействие компонентов растворов и электролитов на окружающую среду)
Методы очистки:
а) Реагентный метод;
б) Очистка методом выпаривания;
в) Ионообменный метод.
Аппаратурная схема и описание;
Описание работы основного аппарата;
Технологические расчеты;
Выводы;
Литература.
Ионы меди извлекают из сточных вод катионитом КУ-1 при рН=12-12,4. Обменная емкость катионита равна 1,7-2,3 г-экв/кг набухшей смолы. Регенерацию проводят 5 %-ным раствором НС1. Концентрация меди в элюатах достигает 15-17 г/л. Из кислых сточных вод медь извлекают сильнокислотными катионитами. Их регенерируют 10-20 %-ным раствором серной кислоты.
Ионы никеля извлекают из воды на катионите КУ-2-8, динамическая объемная емкость которого равна 2,1-2,4 г-экв/кг катионита. Скорость фильтрования сточных вод 12-15 м/ч. Регенерацию проводят 20 %-ным раствором серной кислоты со скоростью 0,5 м/ч. Полученные элюаты содержат 95 г/л никеля и их можно возвращать в ванну никелирования.
Для удаления из сточных вод катионов трехвалентного хрома Сг3+ применяют Н-катиониты, а хромат-ионы СгO42- и бихромат-ионы СГ2О72- извлекают на анионитах АВ-17, АН-18П, АН-25. Емкость анионитов по хрому не зависит от величины рН в пределах от 1 до 6 и значительно снижается с увеличением рН более 6. Скорость фильтрования принимают равной 10-15 м/ч.
Регенерацию сильноосновных анионитов проводят 8-10 %-ным раствором едкого натра. Элюаты, содержащие 40-50 г/л шестивалентного хрома, могут рекуперироваться. Скорость фильтрования при регенерации составляет 1-1,5 м/ч.
В представленной работе рассматриваются методы очистки сточных вод, содержащие ионы тяжёлых металлов, а конкретно – медь и никель, с помощью органического ионита – КУ-2-8.
Катионит КУ-2-8 – самый распространенный отечественный ионит. Имеет гелевую структуру монофункциональным сильнокислотным сополимеризационным катионитом, содержащим один вид фиксированных ионов сульфогруппы, присоединённые к ароматическим кольцам. Обычно их получают путём сульфирования (обработка олеумом при 110 – 1400С) зёрен сополимера стирола с 8% ДВБ (дивинилбензол). Это сферические зерна от желтого до темно-коричневого цвета размером 0,4-1,25 мм. Насыпная плотность 500 – 700кг/м3, удельный объём в набухшем состоянии 2,3 – 2,6 см3/г, содержание влаги 20 – 40%, динамическая обменная ёмкость 520 г-экв/м3, термически устойчивы до 1200С, механическая прочность высокая. Обладает высокой химической стойкостью к щелочам, кислотам и окислителям, сохраняет высокие значения обменной емкости в широком интервале значений pH среды. Является действительно универсальным катионитом, способным с высокой эффективностью извлекать примеси катионов из водных растворов. Катионит КУ-2-8 относится к группе сильнокислотных катионитов.
Процесс ионного обмена можно условно разбить на четыре части:
При этом протекает следующая реакция:
RSO3–H+ + Kt+ = RSO3–Kt+ + H+
В процессе H+–катионирования из воды извлекается до 98% примесей щелочных и щелочно-земельных элементов, в основном Ca2+, Mg2+, Cu2+ и Ni2+. Для Cu2+ и Ni2+ ионы Ca2+ и Mg2+ являются близкими по свойствам. Очевидна не только очистка воды от ионов тяжёлых металлов, но и умягчение и обессоливание воды. Ясно, что чем выше концентрация различных ионов в воде, тем меньший объём можно очистить одним и тем же количеством сорбента. Целесообразность использования ионного сорбента при очистке воды от ионов тяжёлых металлов определяется концентрацией солей в воде (в сточных водах концентрация солей должна быть менее 4 г-экв/м3). Использование ионообменных ионитов при концентрации солей в воде менее 4 г-экв/м3 для очистки воды более оправдана, нежели в жёсткой воде, так как стоимость процесса при этом снижается.
Поэтому ионообменный сорбент (в нашем случае – КУ-2-8) рационально использовать в заключительной части технологических схем для глубокой очистки воды. Для длительной эксплуатации одного объёма КУ-2-8 рекомендуется по выработке ресурса КУ-2-8 проводить его регенерацию, состоящую из взрыхления сорбента восходящим потоком промывной воды, а затем химическую регенерацию сорбента раствором NaCl. При этом из КУ-2-8 удаляются ионы Ca2+, Mg2+, Cu2+ и Ni2+, а КУ-2-8 можно использовать для очистки воды.
Описание технологической цепочки:
Сточные воды с промплощадки поступают в узел приёма и усреднения – резервуары Е1 и Е2 (возможно использование одного из резервуаров). Каждый резервуар представляет собой железобетонную ёмкость, облицованную углеродистой сталью (сталь 3) толщиной 4 мм с химическим покрытием из шести слоёв (грунт – 2 слоя, эмаль – 2 слоя, лак – 2 слоя). Снаружи резервуар гидролизован битумной мастикой. Резервуары сообщаются между собой перемычкой с ручной задвижкой и снабжены сигнализаторами уровня. При совместной работе Е1 и Е2 в случае срабатывания сигнализатора верхнего уровня на Е1 открывают ручную задвижку и по трубопроводу перелива сточные воды поступают в Е2. При наполнении Е2 до сигнализатора верхнего уровня воды из Е1 и Е2 по системе труб при открытых соответствующих вентилях поступают на один из насосов Н1 или Н2. Оттуда воды перекачиваются в напорный бак Е6, также снабжённый сигнализаторами уровня, по трубопроводу 1. В случае срабатывания сигнализатора верхнего уровня воды по трубопроводу перелива поступают в резервуары Е1 и Е2.
Далее по технологической цепочке воды из напорного бака поступают в смеситель С1, в который сверху подаётся 5%-ный раствор Na2CO3 по трубопроводу 2 из резервуара Е3, раствор едкого натра 5% NaOH и раствор железного купороса соответственно по трубопроводам 3 и 4 из резервуаров Е4 и Е5. Резервуары приготовления растворов – дозаторы Е3, Е4 и Е5 снабжены сигнализаторами верхнего и нижнего уровня для подачи или отключения оборотной воды по трубопроводу 10 из ёмкости Е6 при срабатывании ответственно сигнализатора нижнего или верхнего уровня. Концентрация реактивов измеряется соответствующим прибором (условно концентратомером). Для создания постоянного напора, а следовательно и постоянного расхода реагента, трубопровод выдачи раствора в дозаторе подсоединён к клапану Хованского, который, плавая на поверхности, обеспечивает забор раствора с постоянным расходом. Концентрированный раствор или куски коагулянта помещают в дозатор через лаз 12 по мере надобности (при резком падении концентрации реагента). Процесс ведётся при рН = 8-10 (на смесителе С1 поставлен рН-метр). Среда поддерживается за счёт дозировки NaOH. Уменьшение рН до 7 ухудшает хлопьеобразование. При рН>10 повышается содержание иона Na в растворе, что отрицательно влияет на ионный обмен.
В смесителе С1 происходит процесс коагуляции. В качестве коагулянта используют сульфат железа FeSO4*7H2O. При взаимодействии его с гидроксидом натрия, образуется хлопьевидный осадок и увлекает за собой микроэлементы, малорастворимые соединения кальция, магния. Так удаётся снизить жёсткость (общую) воды практически до 5-7 г-экв/м3. Карбонатную жёсткость снижают за счёт введения вводу карбоната натрия. Прибавление Na2CО3 в раствор коагулянта, мы добиваемся сдвига равновесия между продуктами диссоциации угольной кислоты Н2СО3, НСО3- и СО32- в сторону преимущественного образования СО32- за счёт привнесения извне (Na2CО3) иона СО32-, повышения рН воды (NaOH) и связывания иона водорода ионом гидроксила: Н+ + ОН- = Н2О
Смеситель С1, в котором протекают реакции коагуляции и карбонатного умягчения воды, представляет собой перегородчатый фильтр с разделением потока. Такой смеситель представляет собой железобетонный лоток с тремя щелевыми перегородками, установленными перпендикулярно оси сооружения. Расстояние между перегородками должно равняться двойной ширине лотка. При движении воды через щели со скоростью ~ 1 м/с образуются вихревые течения, в результате чего происходит быстрое и полное смешивание реагента с водой.
Фильтрация (механическая) производится на механическом фильтре насыпного типа. Установлено два фильтра МФ1 и МФ2 для поочерёдной работы и регенерации фильтрующего материала (кварца). На каждом фильтре установлен манометр и расходомер на трубопроводе при входе в фильтр. Эксплуатация механического фильтра складывается из операций по подготовке фильтра к работе и очистке подаваемой на него воды. Во время работы фильтра осветлённая вода подаётся через верхнюю дренажную систему (ВДС) и, проходя фильтрующий слой сверху вниз, освобождается от механических примесей и с помощью нижней дренажной системы (НДС) собирается и отводится по трубопроводу 11. В процессе работы происходит постепенное загрязнение фильтрующего материала, и как следствие этого, возрастает сопротивление фильтра, снижается скорость фильтрования. Контроль качества процесса фильтрования осуществляют по перепаду давления на слое фильтрующего материала. Фильтроцикл считается завершённым при достижении заданного перепада давления (р = 0,05 МПа) на фильтрующем слое. Фильтр отключается на промывку для очистки фильтрующего материала от загрязнения, то есть на подготовку к работе; тогда системой вентилей на очистку воды включается второй фильтр.
Для хорошей отмывки фильтрующего материала находились во взвешенном состоянии. При этом необходимо создать такие условия, при которых зёрна кварца сталкивались бы между собой, и происходило бы полное оттирание с их поверхности, налипших загрязнений. Для промывки водой часть очищенной воды по трубопроводу 11 отводится к насосу 3 или 4 (один из них резервный) и закачивается в ёмкость промывной воды Е7. Оттуда вода поступает в фильтр через нижнее дренажно-распределительное устройство по 5 трубопроводу. Интенсивность промывки для кварцевого песка составляет 15 – 18 л/м2*с. Время, необходимое для промывки фильтра 6–10 минут. Интенсивность промывки контролируют по расходу промывной воды на ротаметре. Мутный фильтрат выходит из фильтра через верхнее ДРУ и по трубопроводу подаётся на насос 5 или 6 (один рабочий, другой – в резерве) в начало технологической цепочки по трубопроводу 10.
После механической очистки жёсткость воды составляет 3 г-экв/м3.Такую умягчённую воду по трубопроводу 11подают на Н- катионитовый фильтр.
Катионитовый фильтр представляет собой вертикально установленный цилиндрический сосуд со сферическими днищами диаметром 240 мм, Н-2960 мм, рабочего давления 0,6 МПа, выполненный из нержавеющей стали.
Мы выбрали для очистки воды ионитовый фильтр с такими характеристиками: катионитовый, насыпной, параллельно-точный (прямоточный). При параллельно - точном способе регенерации обрабатываемую вводу и регенерационный раствор пропускают через фильтр, загруженный ионообменным материалом, в одном и том же направлении. Ионитный параллельно- точный фильтр состоит из корпуса, нижнего и верхнего дренажно-распределительных устройств, трубопроводов, арматуры, устройство для отбора проб воды на химический анализ.
Материал корпуса фильтра – листовая сталь. Корпус фильтра снабжён двумя люками. Верхний люк предназначен для загрузки фильтрующего материала, осмотра и ремонта элементов верхнего дренажно-распределительного устройства, а также для контроля за состоянием поверхности фильтрующего материала. Нижний люк служит для производства монтажных работ внутри фильтра, контроля за состоянием нижнего ДРУ и его ремонта. В верхней части фильтра к корпусу приварен трубопровод для гидравлической загрузки фильтрующего материала. В нижней части фильтра на уровне нижнего дренажно-распределительного устройства имеется трубопровод для гидравлической выгрузки фильтрующего материала. К крышке фильтра (верхнему днищу) приварены две косынки, необходимые для подъёма фильтра при его транспортировке и установке на фундамент. Для отвода воздуха из фильтра при заполнении его водой к верхнему днищу приварена труба-воздушник. Верхнее ДРУ служит для подачи в фильтр и равномерного распределения по площади поперечного сечения фильтра обрабатываемой воды и регенерационного раствора, а также для сбора и отвода из фильтра взрыхляющей воды. Оно состоит из вертикально расположенного отрезка трубы-коллектора, изготовленного из нержавеющей стали и заглушённого снизу, и радиально расположенных перфорированных труб-лучей, изготовленных также из нержавеющей стали и вставленных в отверстия коллектора. Наружные концы лучей заглушены и прикреплены к внутренней поверхности корпуса фильтра. Лучи установлены таким образом, чтобы отверстия их были направлены вверх. Нижнее ДРУ предназначено для сбора и отвода из фильтра обработанной воды, регенерационного раствора и отмывочной воды, а также для подачи в фильтр и равномерного распределения по площади поперечного сечения взрыхляющей воды. Нижнее дренажно-распределительное устройство изготовлено из нержавеющей стали и представляет собой вертикальный коллектор с заглушённым верхним кольцом, двух горизонтальных труб-отводов, вставленных в отверстия в коллекторе. В отверстия отводов вставлены распределительные трубы, наружные концы которых заглушены. Распределительные трубы изготовлены из щелевых колец, насаженных на трубу-стяжку. Под нижним ДРУ уложена бетонная подушка для ликвидации мёртвого пространства с целью предотвращения скопления продуктов регенерации и механических загрязнений, а также для дополнительного крепления ДРУ. Бетонная подушка сверху облицована нержавеющей сталью толщиной 3 мм, нижнее ДРУ расположено от облицовки на расстоянии 100 мм. На нижнем ДРУ засыпан поддерживающий слой из кварцевой крошки фракцией 1 – 5 мм высотой 200 мм. Загружен фильтр катионит КУ-2-8 высотой слоя 800 мм.
В процессе фильтрации происходит удаление из обрабатываемой воды содержащихся в ней катионов различных солей (Cu2+, Ni2+, Ca2+, Mg2+) за счёт поглощения их катионитом (КУ-2-8). После истощения катионита фильтр отключают на регенерацию.
Перед регенерацией проводится взрыхление ионита в фильтре для устранения гидродинамической неравномерности фильтрующего слоя и слёживания материала, удаления загрязнений и измельчившихся частиц ионитов и обеспечения наиболее полного отмывания зёрен ионита при регенерации. Взрыхления фильтра проводится по трубопроводу 9, регулируется расход взрыхляющей воды вентилем, измеряется расход – ротаметром. Вода поступает из промежуточной ёмкости Е7, где находится вода после механической очистки. После взрыхления вода выходит из верхнего ДРУ в 10 трубопровод и насосом Н5 или Н7 (один из них резервный) перекачивается в начало технологической цепочки.
Регенерация ионита предназначена для вытеснения соответствующих катионитов (Cu2+, Ni2+, Ca2+, Mg2+), поглощаемых катионитом из обрабатываемой воды и замены их катионами регенерационного раствора (Na+, так как регенерирующий раствор 4 М NaCl). Регенерирующая жидкость из ёмкости Е8 подаётся на верхнее ДРУ фильтра и пройдя через него, попадает в смеситель С2, где производится карбонатное осаждение ЩЗЭ из регенерата путём добавления в смеситель С2 Na2CO3 и NaOH из Е6 (все растворы 5%-ные) с последующим отстаиванием коагулирующей смеси в отстойнике. Осветлённая фаза – это восстановленный регенерирующий раствор NaCl по трубопроводу 12 подаётся в ёмкость Е8 через насосы Н7 или Н8. До нужной концентрации NaCl доводят разведением водой, подающейся из промежуточной ёмкости Е7. Значит, готовый 4 М NaCl нужно приготовить в ёмкости Е8 только на одну регенерацию; в процессе эксплуатации регенерация будет вестись восстановлением из регенерата NaCl.В воде после прохождения фильтра содержится большой процент регенерата, поэтому поступаем с ней, как с регенерационным раствором – в ёмкость Е8 и т. д.
И, наконец, сама работа фильтра – вода с механического фильтра поступает на верхнее ДРУ, собирается на нижнем ДРУ, предварительно очистившись до ПДК по Cu и Ni на катионите КУ-2-8 и доумягчившись до 0,3 г-экв/м3 . Чистая вода по трубопроводу 7 отводится на следующую ступень очистки; на нашем участке очистка воды завершена.
Шлам отводится по 8 трубопроводу в спец. Водоём3.
Рекомендуется блок из 2х фильтров. При этом 1 находятся в работе, а 1–регенерируется.
Исходные данные:
Информация о работе Очистка сточных вод гальванических производств