Разработка технологической схемы очистки сточных вод от гальванических цехов машиностроительных предприятий

Необходимо снизить концентрацию цианидов до ПДК и незначительно изменить значение pH до близкого к нейтральному.

4. Выбор и обоснование способа очистки сточных вод

Методы очистки сточных вод

На сегодняшний день существует несколько основных методов. Их применение зависит от степени загрязнения воды и наличия вредных примесей, а так же каждой конкретной ситуации, в которой они используются. Специалисты выделяют следующие методы очистки сточных вод:

1. Механический. Этот метод заключается в отстаивании и фильтрации воды. Для этой цели используются различные сита, решётки, септики, новозоуловители. Поверхностные загрязнения удаляются при помощи нефтеловушек и отстойников. Такой метод очистки сточных вод позволяет произвести очистку до 75%, но так как выделяются исключительно нерастворимые примеси, механический метод не очищает от органических соединений, растворённых в воде. Этот метод является одним из наиболее примитивных, поэтому усложняющиеся требования к чистоте вод потребовали дальнейшего развития технологий очистки.

2. Химический. Сущность химического метода очистки сточных вод состоит в применении различных химических реагентов, вступающих в химические реакции с загрязнителями и превращающих их в нерастворимые осадки. Благодаря химической очистке, количество нерастворимых примесей в воде уменьшается на 95%, однако растворимых – только на 25%. Существенным недостатком этого метода является высокая стоимость химических реагентов, что делает его малодоступным для отдельных лиц. Поэтому химический метод чаще всего используется предпринимателями, чей бизнес связан с производством или крупными заводами и организациями, несущими большой урон окружающей среде и потому берущими на себя ответственность за её сохранность. Такой метод чаще всего применяется в промышленности и производстве.

3. Физико-химический. Этот метод заключается в совокупном применении ультразвука и озона. Такой метод позволяет удалять из воды тонкодисперсные и растворённые неорганические примеси, разрушать плохо окисляемые и органические вещества. Наиболее распространённый вариант такого метода – электролиз. Задача электролиза состоит в разрушении органических веществ в сточных водах. Он же позволяет извлекать из воды и неорганические вещества - различные металлы, кислоты и т.д. Такой способ очистки наиболее эффективен на медных и свинцовых предприятиях, в лакокрасочной промышленности. Очистка с помощью электролиза осуществляется при помощи специальных приборов – электролизеров. Кроме того, существуют и другие физико-химические методы очистки сточных вод – коагуляция, окисление, экстракция, сорбция и т. д. Каждый конкретный метод требует тщательного изучения ситуации и определенного выбора в пользу максимально эффективного, но при этом наиболее безвредного способа очистки. Этот способ очистки особенно привлекателен тем, что обладает обеззараживающим свойством. Такие свойства объясняются конструктивными особенностями очистной системы, в которой применяется озон и ультразвук.

4. Биологический. Этот метод большинство специалистов называют самым эффективным способом очистки воды. Его особенность заключается в использовании особых бактерий, которые влияют на минерализацию загрязнений. Под воздействием этих бактерий все загрязнения распадаются на отдельные компоненты, которые совершенно безвредны для здоровья человека. Этот метод очистки сточных вод является надёжной защитой от загнивания воды, который в то же время и максимально безопасен в экологическом плане. Существует несколько разновидностей биологических устройств, созданных для очистки водоёмов. К ним относятся биофильтры, биологические пруды и аэротенки.

       Биофильтры работают следующим образом: сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой плёнкой, состоящей из бактерий. Именно эта плёнка является источником процессов биологического окисления.

       Биологические пруды используют для очистки воды все живые организмов, обитающие в водоёме.

       Аэротенки представляют собой резервуары огромных размеров, сделанные из железобетона. Бактерии и микроскопические животные активно развиваются в аэротенках, где создана для них подходящая среда: органические вещества сточных вод и избыток поступающего в аэротенки кислорода. Эти бактерии, развиваясь, выделяют ферменты, способные минерализовать органические загрязнения. Ил, состоящий из бактерий, быстро оседает и отделяется от очищенной воды.

Перед тем, как применять биологический метод, нередко рекомендуют применять механическую, а затем и химическую очистку для того, чтобы удалить болезнетворные микробы и бактерии. Часто в этих целях воду очищают жидким хлором или хлорной известью.  Можно использовать и другие приемы для дезинфекции, например озонирование, ультразвук и т.д.

5. Комбинированный. Сущность комбинированного метода очистки сточных вод состоит в одновременном использовании двух или более методов очистки для достижения наилучшего результата. Выбор методов очистки и порядка из использования зависит от конкретных особенностей водоёма и степени загрязнения воды. Как правило, в первую очередь используется механическая очистка, удаляющая основную массу нерастворимых неорганических загрязнений. Вторым этапом становится биологическая очистка. В качестве последующей дезинфекции используются методы физико-химической очистки, такие как ультразвук, озонирование, электролиз.

Реагентная очистка циансодержащих сточных вод

Технологические сточные воды в гальванических процессах цинкования, кадмирования, меднения и серебрения содержат высокотоксичные простые и комплексные соединения циана (цианиды): NaCN, KCN, CuCN, Fe(CN)2 – простые цианиды; [Cu(CN)2]-,  [Cu(CN)3]2-,  [Cu(CN)4]3-,  [Zn(CN)4]2-,  [Cd(CN)4]2-, [Fe(CN)6]3- , [Fe(CN)6]4-, [Ag(CN)2]- - комплексные цианиды [6].

Для обезвреживания циансодержащих сточных вод используются различные модификации реагентного метода. Для данного процесса с условиями рН=8,9, концентрация CN-=120,5 мг/л и расходом воды в сутки 350 м3/сутки наиболее целесообразно использовать обработку «активным» хлором (гипохлоритом натрия (NaOCl) и кальция (Ca(OCl)2)

Достоинства:

1.       Очистка до ПДК.

2.       Простота использования

Недостатки:

1.       Не обеспечивает возврат воды в производство из-за повышенного солесодержания.

2.       Требуется большое реагентное хозяйство и значительные площади.

3.       Высоких расход реагентов.

4.       Требуется соблюдение особых мер безопасности

5. Описание реагентного метода очистки циансодержащих сточных вод.

При обработке циансодержащих стоков гипохлоритом протекают следующие реакции:

CN- + OCl- → CNO- + Cl-

[Zn(CN)4]2-+ 4OCl - + H2O → 4CNO- + 4Cl - +Zn(OH)2↓

2[Cu(CN)3]2- + 7OCl- + H2O +2OH- → 6CNO- + 7Cl- + 2Cu(OH)2 ↓

Реакции окисления простых и комплексных цианидов активным хлором протекают в щелочной среде при рН=10,5-12,5.

Цианат-ионы CNO- гидролизуются при рН≤6,5

CNO- +2H2O →CO32- +NH4+

При избытке гипохлорит-иона протекает реакция

2CNO- + 3OCl2- +H+ → 2CO2↑ +3Cl- + 2N2↑ + H2O

Для устранения побочных реакций образования токсичного хлорциана по реакциям:

Cl2 + H2O → HCl +HOCl

2CN + Cl2 →(HCl) →2ClCN

Выделяемую HCl необходим нейтрализовать постоянным добавлением щелочи. Так среда щелочная, благодаря  HCl она нейтрализуется.

Продолжительность окисления цианидов активным хлором составляет 5-15 минут, при механическом или гидравлическом перемешивании время обработки сточных вод сокращается до 3-5 минут.

Технологическая схема очистки может быть периодического или непрерывного действия. При очистке по схеме периодического действия сточная вода поступает в усреднитель (накопитель), откуда подается в реактор с непрерывным перемешиванием, который оборудован приборами автоматического регулирования подачи реагентов до требуемой рН среды. После обезвреживания сточные воды направляются на нейтрализацию и отстаивание совместно с кисло-щелочными стоками.

При применении хлорной извести или гипохлорита кальция рабочие растворы реагентов готовят в виде 5%-ного раствора по «активному» хлору. При применении гипохлорита натрия допускается использование более концентрированных растворов.

Гипохлорит натрия может быть получен электрохимическим разложением поваренной соли NaCl на электролизных установках ЭН-1,2; ЭН-5; ЭН-25; ЭН-100 производительностью по «активному» хлору соответственно1,2; 5; 25; 100 кг/сутки [6].

Требования безопасности

Гипохлорит натрия должен храниться в неотапливаемых вентилируемых складских помещениях, не допускается хранение с органическими продуктами, горючими материалами и кислотами. Не допускается попадание в продукт солей тяжелых металлов и контакт с такими металлами. Продукт упаковывается и транспортируется в полиэтиленовой таре (контейнеры, бочки, канистры) или титановых емкостях и танк-контейнерах. Продукт является не стабильным и гарантийного срока хранения не имеет

Гипохлорит кальция нейтральный не горюч, взрывобезопасен, по степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности при введении в желудок, 4-го класса опасности при нанесении на кожу и 2-го класса опасности при ингаляции в насыщающих концентрациях паров.

6. Технологическая схема очистки промышленных стоков

Выбор технологической схемы очистки стоков зависит от многих факторов: типа производства, исходного сырья, требований к качеству и объемов очищаемых сточных вод. Исходя из данных условий для очистки сточных вод от CN- реагентным методом наиболее подходящей является данная технологическая схема.

Глубокая очистка сточных вод до норм ПДК для слива в канализацию

Рисунок 1-Принципиальная схема реагентной очистки сточных вод

У - усреднитель разбавленных и концентрированных стоков; Е1, Е2 - емкости для приготовления реагентов; Н1, Н2 - дозирующие насосы; ТО - отстойник с тонкослойным модулем; ФП - фильтр-пресс для обезвоживания осадка; ФМ - фильтр механический мешочного типа; СФ - сорбционный фильтр со специальной загрузкой или ионообменной смолой для доочистки от тяжелых металлов[7].

7. Расчет количества реагента

Mсут (CN-) = Q*CCN

Q- количество сточных вод, подлежащих очистке, м3/сут

CCN - концентрация металлов в сточных водах, кг/ м3

Mсут(CN-)=350000*120,=42,17 кг

по стехиометрии приходится количество реагента к количеству тяжелых металлов как 1:2, т.е. mсут(активного хлора)=21,087 кг

V=P/M

V=21,087/1,0258=20,6 литров, где P-плотность(гипохлорита натрия)=1025,8 г/л(1,0258 кг/л)

Гипохлорит натрия заливают в стальные гуммированные железнодорожные цистерны, в тару потребителя: контейнеры из полиэтилена или стеклопластика, полиэтиленовые бочки и канистры емкостью до 60 литров.

Из расчетов следует, что одного баллона хватит примерно на 3 дня.

Необходимое количество реагента в сутки:20,6 литров

Эффективность реагентного метода составляет 60%.

Ск­=120,5-(60*120,5)/100=48,2 мг/л

Содержание CN- после очистки не соответствует значению ПДК, следует разработать дополнительную очиску. Возможно применить метод озонирование сточных вод, эффективность очистки которого составляет 95-98%.

С­­к­=48,2-(98*48,2)/100=0,964мг/л

Содержание CN- после озонирование снова не соответствует значению ПДК, сточную воду нельзя спускать в канализацию, но можно отправить на повторное использование воды в производстве. Воду после очистки можно использовать только для процесса промывки, так как особых требований к качеству воды для данного процесса нет.

­­­­­­­­­8. Доочистка сточных вод методом озонирования

Экологически чистая технология очистки, основанная на использовании газа озона - сильного окислителя. Озонатор вырабатывает озон из кислорода, содержащегося в атмосферном воздухе. После взаимодействия с загрязняющими химическими и микробиологическими веществами озон превращается в обычный кислород. Практически доказано, что все продукты озонирования являются более безвредными для человека[1].

Озон, используемый для озонирования, получают из атмосферного воздуха в аппаратах, называемых озонаторами, в результате воздействия на него электрического заряда, сопровождающегося выделением озона.

Озон является бесцветным газом, молекулы которого, состоящие из трех атомов кислорода, являются нестабильными. Спустя небольшой интервал времени после образования, молекула озона распадается, возвращаясь в свое естественное состояние: молекулу кислорода, состоящую из двух атомов. При этом остаются свободные атомы кислорода, которые агрессивно стремятся присоединиться к любым инородным частицам, содержащимся в воде. При этом вода оказывается той средой, в которой бактерии и прочие органические примеси легко разлагаются под действием этих свободных атомов кислорода. Благодаря этому, озон оказывается очень сильным окислителем, и его дезинфицирующие свойства во много раз сильнее других распространенных дезинфекторов, таких как хлор. Предпочтительность использования озона в очистки сточных вод, обусловлена также тем фактом, что озон, в отличие от хлора, не оставляет никакого запаха, полностью разлагаясь на кислород.