Методы очистки сточных вод гальванического производства

     - более высокая степень надежности и автоматизации процесса водоочистки;

- более высокие капитальные затраты на приобретение оборудования, но существенно более низкие эксплуатационные затраты благодаря отсутствию необходимости ежегодной замены ионообменных смол, закупки реагентов для их регенерации, длительный (до 10 лет для керамических мембран и до 3 лет для полых волокон) срок службы мембранных элементов в установке ультрафильтрации, что впоследствии приведет к значительной экономии финансовых средств предприятия;

     - отсутствие возможности проскока остаточных концентраций тяжелых металлов при несвоевременной регенерации ионообменного оборудования, а также потребности в самих реагентах для регенерации и кондиционирования ионообменных смол, и, следовательно, значительное снижение анионного состава очищенных сточных вод.

     Применение на очистных сооружениях установок ультрафильтрации является на сегодняшний день оптимальным решением при реконструкции и строительстве новых систем очистки сточных вод Вашего промышленного предприятия.

     Создание замкнутых систем очистки сточных вод предопределяет необходимость разработки научно обоснованных требований к качеству воды, используемой в технологических процессах и операциях. Локальная очистка сточных вод во многих случаях дешевле их полной очистки в соответствии с существующими требованиями, а создание систем оборотного водоснабжения промышленных предприятий, предусматривающих полное выделение всех компонентов из сточных вод, является важнейшей частью безотходного производства. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       2 Специальная часть (технологическая)

      2.1 Выбор оборудования и технологической схемы очистки сточных вод 

      Электрофлотатор может работать, как самостоятельно, так и в комбинации с другим оборудованием, например в качестве промежуточного звена (отстойник – фильтр) между грубой (реагентной) и тонкой очисткой (ультрафильтрация – обратный осмос). 

                 

      Рисунок 4 - Схема электрофлотатора: 1 – Камера флокуляции (грубой очистки), 2 – Патрубки для подачи сточной воды, 3 – Патрубки для дренажа (технологического слива), 4 – Патрубок для отвода шлама, 5 – Камера для сбора шлама, 6 – Пеносборное устройство, 7 – Уровень воды в аппарате, 8 – Перегородки, 9 – Электродвигатель, 10 – Патрубок для отвода очищенной воды, 11 – Гидрозатвор, 12 – Камера флотации (тонкой очистки), 13 – Электродные блоки, 14 – Токоподводы. Потоки: I – Сточная вода, II – Очищенная вода, III – Флотошлам

    Эктрофлотатор изготовляется в форме прямоугольной емкости из полипропилена, состоящей из нескольких камер с расположенными в них электродными блоками. Корпус аппарата оборудован входными и выходными патрубками с фланцами для присоединения к трубопроводам. В верхней части аппарата на раме монтируется автоматизированное пеносборное устройство расположенное выше уровня воды и состоящее из электродвигателя и транспортера с лопатками для сбора образующейся пены (шлама). Пеносборное устройство приводится в движение электродвигателем.

      Процесс электрофлотации проходит следующим образом: Сточная вода поступает через патрубки 2 в нижнюю часть камеры флокуляции (грубой очистки) 1, переливается через перегородку 8 в камеру флотации (тонкой очистки) 12 и через отверстие в нижней части поступает в сборник очищенной воды 11, обеспечивающий контроль уровня в установке. После наполнения аппарата жидкостью включают источник питания, и на электроды 13 подается ток. В результате протекания процесса электролиза воды на поверхности электродов идёт выделение газовых пузырьков, которые, поднимаясь вверх, взаимодействуют с дисперсными частицами загрязнений с образованием флотокомплексов «частица-пузырьки газа».    Плотность образующихся флотокомплексов меньше плотности воды, что обеспечивает их подъём на поверхность сточной жидкости и образование пенного слоя (флотошлама), состоящего из газовых пузырьков, водных прослоек и дисперсных частиц загрязнений.

      Очищенная вода через патрубки 10 вытекает из аппарата. Пенный слой периодически удаляется с поверхности сточной воды пеносборным устройством в направлении против ее течения в камеру 5 с конусным днищем, располагаемую в торце аппарата со стороны входа в него сточной воды. Удаление шлама происходит через патрубок 4. Выделяющиеся газы удаляются вытяжным зонтом, расположенным над электрофлотатором.

      Модуль конструктивно разделен на 2 части продольной перегородкой, разделяющей потоки воды и шлама в электрофлотаторе. Такая конструкция позволяет использовать электрофлотатор для обработки, как двух различных стоков (при независимом подключении камер), так и одного общего стока (при параллельном подключении камер). Слив жидкости из электрофлотатора осуществляется через дренажные штуцера 3.

Интенсификация  процесса флотации осуществляется путем  дополнительного применения реагентов  – коагулянтов и флокулянтов. 

      

                Рисунок 5 - Технологическая схема очистки сточных вод 

      2.2 Описание технологической схемы 

     На  рисунке представлена технологическая схема очистки сточных вод гальванического цеха машиностроительного предприятия с последующим сбросом очищенной воды в систему городской канализации, либо возвратом для использования на технические нужды предприятия. Данная система очистки сточных вод рекомендуется для использования при проектировании новых очистных сооружений, либо реконструкции и модернизации действующих станций водоочистки в целях повышения их экономической эффективности и экологической безопасности.

    Технологическая схема очистки сточных вод: Е1, Е2, Е3 – накопительная ёмкость; Н1, Н2 – насос; Д1, Д2, – ёмкость приготовления раствора реагента; НД1, НД2, НД3 – дозирующий насос; Р1 – реактор смешения; ЭФ – Электрофлотационный модуль; ИПТ – источник питания электрофлотационного модуля; ФП – фильтр пресс; КФ – кварцевый фильтр; ИФ – ионообменный фильтр.

     Система работает следующим образом: промывные и сточные воды гальванического производства подаются в накопительную емкость Е1. Из емкости Е1 стоки насосом Н1 подается в реактор Р1. В реактор Р1 для предварительной обработки сточных вод дозаторами НД2 и НД3 дозируются реагенты: раствор щелочи и флокулянта. Из реактора Р1 стоки поступают на электрофлотатор ЭФ, в котором по представленному ниже механизму осуществляется извлечение гидроксидов тяжелых металлов, нефтепродуктов и СПАВ. Из накопительной емкости Е2 в емкость Е1 дозатором НД1 дозируются отработанные технологические растворы. Из электрофлотатора очищенная вода поступает в сборную емкость Е3. Осветленная вода из сборной емкости Е3 подается насосом Н2 на механический фильтр КФ, и далее на ионообменные фильтры ИФ, в которых методом ионного обмена происходит извлечение следовых концентраций ионов тяжелых металлов до региональных требований ПДК по сбросам. После очистки вода сбрасывается в канализацию, либо может быть частично возвращена в технологический цикл на повторное использование для технических нужд предприятия.

     Шлам подается для обезвоживания на фильтр-пресс ФП. Обезвоженный шлам влажностью не более 70% утилизируется.

     Основным техническим узлом системы очистки является электрофлотатор, включающий в себя блок нерастворимых электродов, систему сбора шлама, источник постоянного тока и вытяжной зонт. Работа аппарата основана на электрохимических процессах выделения водорода и кислорода за счет электролиза воды и флотационного эффекта. Установка работает, как в непрерывном, так и в периодическом режимах и обеспечивает извлечение взвешенных веществ, нефтепродуктов, ПАВ, ионов тяжелых металлов Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Cr3+, Al3+, Pb2+, Fe2+, Fe3+ Ca2+, Mg2+ и др. в виде гидроксидов и фосфатов. 

     2.3 Расчет материального баланса 

    Исходные данные для проектирования: 

    Рассчитать локальную установку для очистки сточных вод гальванического производства. Рассчитать электрофлотатор как основную ступень очистки.

   Расход сточных вод - 10 м³/ч; концентрация взвешенных веществ – 450 м³/ч; концентрация соли - 60 м³/ч. 

1. Масса взвешенных веществ в загрязнённой сточной воде:

G взвешенных  веществ =450×10=4500 м³/ч;

   2) Масса соли  в загрязнённой сточной воде:

G соли =60×10=600 м³/ч. 
 
 
 

       2.4 Расчет основного оборудования 

      Рассчитать локальную установку для очистки сточных вод гальванического производства. Рассчитать электрофлотатор как основную ступень очистки.

     Расчет электрофлотатора.

     Материальные потоки в электрофлотаторе.

     Исходные данные:

     I = 50 А – токовая нагрузка на аппарат;

    t^оэл=25ºС – температура электролита;

    Вт=98%;

    Расстояние между электродами 5 – 10 мм.

    Экспериментальные данные по составу воды, поступающей в аппарат:

     NiSO4=60 г/м³, песок – 450 г/м³;

     рН=8,5.

    Катодные реакции

    H2O→H2 + ОН- – 2ē

    Анодные реакции

    2H2O→O2+4H++4ē

    Определение расхода воды при электрофлотации, GH2O:

                                                               (1)

где GH2O кг/ч – скорость электрохимической реакции на электроде;

     Вт – выход по току, доли единицы;

     М = 18 – молекулярная масса воды;

     26.8 – количество электричества, равная 1 Р, А-ч;

     n = 4, 2 соответственно – число электронов, участвующих в электрохимической реакции.

    G1H2O = 0,0082 кг/ч – скорость реакции на аноде;

    G2H2O = 0,0165 кг/ч – скорость реакции на катоде;

    GH2O = G1H2O + G2H2O;

    GH2O = 0,0247 кг/ч.

     Определение  скорости образования газов:

                                                                  (2)

где GH2кг/ч – скорость образования водорода;

    МН₂ = 2 – молекулярная масса водорода;

    n = 2 – число электронов, участвующих в электрохимической реакции; 

        = 0,0019 кг/ч.

     (3)

где кг/ч – скорость образования кислорода;

     МO₂ = 32 – молекулярная масса кислорода;

     = 0,2195 кг/ч.

    Определение расхода растворителя (воды), уносимого с газообразными продуктами:

    а) Определение расхода растворителя, уносимого с водородом:

                                         (4)

где t⁰эл = 25 – температура электролита, °С;

    22,4 л – объем одного г-моль газа при нормальных условиях;

    р = 23,76 мм. рт. ст. = 23,76133 = 3167,2 Па = 31,672 – упругость водяного пара при температуре электролита, гПа;

    ρр = 0,02304 – плотность паров растворителя при t0эл, г/л;

         = 5,5246∙ 10^–4 кг/ч.

   б) Определение расхода растворителя, уносимого с кислородом:

                                            (5)

     = 2,7623∙ 10^–4 кг/ч.

      Таким образом суммарный расход воды на электролиз:

       ;

       =0,0503 кг/ч. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                    Заключение 

        Итак, гальваническое производство является одним из крупнейших потребителей воды, а его сточные воды – одними из самых токсичных и вредных.