Расчёт установки для нейтрализации

 

  РАЗДЕЛ  ІІ. ИСЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИЙ В СТОЧНОЙ ВОДЕ. 

  Проанализировав данные таблицы — годового отчета по забору проб речной воды, следует выбрать показатели, которые имеют скачкообразный характер, тенденцию к возрастанию или превышают ПДС, для более детального исследования с целью нормализировать выбранные показатели качества воды.

    В данной работе из всех показателей , характеризирующих состав и качество воды, для анализа выбрано три показателя: ХПК, щелочность и количество сульфатов. 

Таблица 2.1 Данные отбора проб

Рис. 2.1. Изменение уровня ХПК на протяжении года

  Проанализировав данный график, построенный по данным годовой отчетности по забору проб речной воды, видим, что уровень химического потребления кислорода в первом квартале увеличивается, во втором квартале начел резко уменьшаться и в третьем опять резко начал возрастать.

  На  данном графике можно проследить неустойчивый уровень ХПК, а значит неизвестно, какой уровень ХПК  будет в следующем квартале и  существует риск превышения его допустимой нормы, так как его значения колеблются в промежутке 50-76 мг О/дм³ в то время, как ГДС ХПК = 80 мг О/дм³ .

  Рис.2.2. Изменение щелочности на протяжении года

  Щелочность воды на месте сброса, исходя из приведенного графика, плавно уменьшалась в первом, втором и третьем кварталах, после чего резко начала увеличиваться, что свидетельствует о выходе из строя очистного оборудования или значительного (сравнительно с предыдущими тремя кварталами кварталами) сброса загрязняющих веществ, которые могли вызвать увеличение количества анионов слабых кислот, в основном угольной кислоты (карбонатов, гидрокарбонатов).

  Рис.2.3. Изменение концентрации сульфатов

  Концентрация сульфатов в данных отчета изменяется от 43 до 62 мг/дм³, то есть не превышает ПДС (150 мг/дм³).

  Анализируя  графики содержания сульфатов в  воде, можно сказать, что в первом квартале их концентрация стремительно возрастала, во втором квартале она осталась практически на том же уровне и в следующих исследуемых промежутках времени опять начала увеличиваться.

    Рассмотрев вышеуказанные графики,  видим, что уровень ХПК имеет  скачкообразный характер, а концентрация  сульфатов и щелочность воды  имеет тенденцию к возрастанию.

 

  РАЗДЕЛ  ІІІ. ВЫБОР МЕТОДА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД. 

  Сточные воды от сульфатов очищают методами нейтрализации, обратного осмоса, ультрафильтрации.

  В нашем случае более эффективным  есть метод нейтрализации, так как  он экономически более выгодный, чем  другие выше  представленные методы, а также, потому что с помощью  этого метода можно не только понизить количество сульфатов в воде, а  и стабилизировать уровень щелочности, который, исходя из приведенного, графика  стремительно растет.

  Реакция нейтрализации – это химическая реакция между веществами, имеющими свойства кислоты и основания, которая  приводит к потере характерных свойств  обоих соединении. Наиболее типичная реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися соответственно в  сильных кислотах и основаниях: Н⁺+ОН^– = Н₂О. 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.

  Выбор метода нейтрализации зависит от объема и концентрации сточных вод  от режима их поступления, наличия и  стоимости реагентов. В процессе нейтрализации могут образовываться осадки, количество которых зависит  от концентрации и состава сточных  вод, а также от вида и расхода  используемых реагентов.

  Наиболее  часто сточные воды загрязнены минеральными кислотами: серной Н₂SO₄, азотной НNО_з, соляной НСl, а также их смесями. Значительно реже в сточных водах встречаются азотистая HNO₂, фосфорная Н_зРO₄, сернистая Н₂SО₃, сероводородная H₂S, плавиковая HF, хромовая Н₂СrO₄ кислоты, а также органические кислоты: уксусная CH₃COOH, пикриновая НОС₆Н₂(NO₂)₃, угольная H₂СО₃, салициловая С₆Н₄(ОН)₂ и др.

  При химической очистке применяют следующие  способы нейтрализации:

  а) взаимная нейтрализация кислых и  щелочных сточных вод;

  б) нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь СаО, гашеная известь Ca(OH)₂, кальцинированная сода Na₂CO₃, каустическая сода NaOH, аммиак NH₃OH);

  в) фильтрование через нейтрализующие материалы [известь, известняк СаО₃, доломит CaCO₃·MgCO₃, магнезит MgCO₃, обожженный магнезит MgO, мел СаСО₃ (96…99 %)];

  г) нейтрализация щелочных сточных  вод дымовыми газами.

  Нейтрализация смешением. Этот метод применяют, если на одном предприятии или на соседних предприятиях имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в емкости с мешалкой и без мешалки. В последнем случае перемешивание ведут воздухом (рис. 1.) при его скорости в линии подачи 20-40 м/с. 

  

  Рис.3.1. Нейтрализатор смешения: 1 – кислые сточные воды; 2 – щелочные сточные воды; 3 – нейтрализованная сточная вода; 4 – воздух; 5 – распределитель воздуха; 6 – емкость

  Нейтрализация кислыми газами. Для нейтрализации щелочных сточных вод в последнее время начинают использовать отходящие газы, содержащие СО₂, SO₂, NO₂ и др. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно производить высокоэффективное очистку самих газов от вредных компонентов.

  Использование для нейтрализации щелочных сточных  вод диоксида углерода имеет ряд  преимуществ по сравнению с применением  серной или соляной кислот позволяет  резко снизить стоимость процесса нейтрализации. Вследствие плохой растворимости  СО₂ уменьшается опасность переокисления нейтрализованных растворов. Образующиеся карбонаты находят большее применение по сравнению с сульфатами или хлоридами, кроме того, коррозионные и токсичные воздействия СО₃^:2– ионов в воде меньше, чем ионов SO₄² и С1₃^2–.

  Для очистки сточных вод от сульфатов  можно использовать метод нейтрализации  реагентами, а именно негашеной известью.

  Процессы  реагентной нейтрализации сточных  вод осуществляются на нейтрализационных  установках (рис. 3.2). 

  

  Рис. 3.2. Установка для реагентной нейтрализации.

  1 — песколовки; 2 — усреднители; 3 — склад реагентов; 4 — растворные баки; 5 — дозатор; 6 — смеситель; 7 — нейтрализатор; 8 — отстойник; 9 — осадкоуплотнитель; 10 — вакуум-фильтр; 11 — накопитель обезвоженных осадков; 12 — шламовые площадки.

  При нейтрализации сточных вод, содержащих серную кислоту (H₂SO₄) и ее соли, реакция в зависимости от применяемого реагента протекает по уравнениям:

  H₂SO₄+Ca (OH)₂ = CaSO₄+2H₂O,

  H₂SO₄+CaCO₃=CaSO₄+CO₂,

  H₂SO₄ + CaO + H₂O = CaSO₄ + 2H₂O,

  FeSO₄+ Ca(OH)₂ = CaSO₄+ Fe(OH)₂

  FeSO₄ + CaO + H₂O = CaSO₄ + Fe(OH)₂.

  Образующийся  в результате нейтрализации сульфат  кальция (гипс) кристаллизуется из разбавленных растворов в виде CaSO₄·2H₂O. Растворимость этой соли при температуре 0-40 ⁰С 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.

  

      Рис. 3.3. Схема установки нейтрализации кислых вод гидроксидом кальция: 1 – усреднитель; 2 – нейтрализатор; 3 – отстойник. 

  При нейтрализации сточных вод, содержащих серную кислоту и ее соли, известковым молоком в осадок выпадает гипс CaSO₄·2H_:2O. Растворимость гипса мало меняется с температурой. При перемещении таких растворов происходит отложение гипса на стенках трубопроводов и их забивка. Для устранения забивки трубопровода необходимо промывать их чистой водой или добавлять в сточные воды специальные умягчители, например гексаметафосфат. Увеличение скорости движения нейтрализованных вод способствует уменьшению отложений гипса на стенках трубопровода. 

 

  РАЗДЕЛ  IV. РАСЧЕТ УСТАНОВКИ ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

  СТОЧНЫХ ВОД. 

  Рассчитаем  установку для нейтрализации  солей сульфата в сточных водах  при таких данных:

• расход сточных вод — 810 м³/сут;
• содержание сульфатов (FeSO₄) — 6 кг/м³

  _{При нейтрализации негашеной  известью в виде известкового молока, происходит следующая реакция с сульфатом железа:} 

  _{FeSO4 + CaO + H2O = CaSO4 + Fe(OH)2.}

      _{152              56             18              136               90} 

  _{На  основании вышеприведенной реакции и исходных данных по содержанию связанного железа в сточных водах определяем расход извести на данную реакцию.} 
 

  _{По  табл. 4.1 определяем количество негашеной извести, требуемое для перевода железа из растворенного состояния в осадок, b1 = 1,0 (в пересчете на сульфат железа FeSO4 b1 = 0,37).}

  _{Таблица 4.1}