Содержание

 

Введение 4

Глава 1. Аналитический обзор 5

1.1. Механическая очистка сточных вод 5

1.1.1. Термический метод: выпаривание/дистилляция 6

1.2. Физико-химическая очистка сточных вод 7

1.2.1. Сорбционные и ионообменные установки 7

1.2.2. Мембранные аппараты для очистки сточных вод 8

1.3. Химическая очистка сточных вод 9

1.3.1. Электрохимическое окисление 10

Глава 2. Основные свойства рабочих сред 11

Глава 3. Технологическая часть 12

3.1. Общее описание технологической схемы 12

3.2. Мембранная технология 14

3.3 Аппараты для очистки воды методом обратного осмоса 16

Глава 4. Расчетная часть 18

Заключение 21

Список литературы 22

Приложения 23 

 

    

    Введение

    Среди различных видов загрязнения  окружающей среды, химическое загрязнение  природных вод имеет особое значение. Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней  средой. На него оказывают влияние  условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные  природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний  является привнесение в водную среду  новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Кардинальное решение проблемы охраны окружающей среды состоит в разработке и  внедрении экологически безопасных, безотходных технологических процессов  и производств. Рациональное использование  природных ресурсов и охрана окружающей среды в настоящее время решаются в двух направлениях. Одно из них - разработка и внедрение малоотходных и безотходных  технологий и процессов, другое - модернизация действующих предприятий, замена устаревших процессов новыми, повышение качества очистки сточных вод, внедрение замкнутых производственных циклов.

    Тема  курсовой работы связана с одной  из актуальных проблем современного производства - дешевой и качественной очисткой сточных вод предприятий. Целью работы является анализ существующих методов очищения воды от сульфата меди и выбор наиболее подходящего. 

 

    

    Глава 1. Аналитический обзор

 

    Сточные воды промышленных предприятий очищают  механическими, физико-химическими  и биологическими методами. Выбор  схемы очистки определяется рядом  факторов, включающих показатели очищаемого стока, возможность утилизации примесей и повторного использования воды для производственных нужд, состояние  водоема, качество воды в нем и  т.д.

    Вследствие  сильной загрязненности сточных  вод промышленных предприятий их очистка от примесей производится в  несколько этапов. Во всех случаях  очистки стоков первой стадией является механическая очистка, предназначенная  для удаления наиболее крупных механических примесей, взвесей и дисперсно-коллоидных частиц. Последующая очистка от химических веществ осуществляется различными методами: физико-химическими (флотация, абсорбция, ионообмен; дистилляция, обратный осмос и ультрафильтрация и др.), химическими (реагентная очистка), электрохимическими (электрохимическое окисление и восстановление, электродиализ, электрокоагуляция, электрофлотация и т.п.), биологическими. Если в сточных водах имеются весьма вредные вещества, применяют термические методы, позволяющие уничтожить примеси. Как правило, во многих случаях приходится применять комбинацию указанных методов. 

    При концентрации неорганические загрязняющих веществ равной 500 мг/л могут применяться следующие методы очистки: механический, химический, сорбционный, возможно выпаривание [1]. 

    Рассмотрим  каждый из возможных методов для  выбора наиболее подходящего.

    1.1. Механическая очистка сточных вод

    Механическая  очистка применяется для выделения  из сточной воды нерастворенных минеральных  и органических примесей. Назначение механической очистки заключается в подготовке сточных вод при необходимости к биологическому, физико-химическому или другому методу более глубокой очистки. Механическая очистка на современных очистных станциях состоит из процеживания через решетки, пескоулавливания, отстаивания и фильтрования. Типы и размеры этих сооружений зависят в основном от состава, свойств и расхода производственных сточных вод, а также от методов их дальнейшей обработки.

    Как правило, механическая очистка является предварительным, реже — окончательным  этапом для очистки производственных сточных вод. Она обеспечивает выделение взвешенных веществ из этих вод до 90…95 % и снижение органических загрязнений (по показателю БПK_пoлн) дo 20…25%.

    1.1.1. Термический метод: выпаривание/дистилляция

    Самым древним методом разделения веществ является дистилляция. Для выпаривания воды предлагаются различные технические решения. В каждом случае для оптимального энергобаланса требуется использовать энергию конденсации для процессов нагрева и испарения исходной жидкости. Поэтому выпариватели с внешним нагревом, как правило, дороже, чем выпариватели с тепловым насосом или выпариватели, основанные на принципе прямой конденсации водяного пара.

    1. Выпариватели с тепловым насосом

    В данных установках создаётся вакуум (около 40-80 мБар), рабочая температура составляет 30-45 °С. Передача энергии от конденсации пара для нагрева поступающей холодной жидкости производится с помощью теплового насоса, состоящего из компрессора и циркулирующего хладагента. Таким образом, теплопередача осуществляется путём циркуляции дополнительной жидкости (хладагента).

    Преимуществами этого метода являются низкие температуры, следовательно, переработка агрессивных жидкостей не вызывает коррозию стенок рабочей камеры. Так, например, с помощью этих выпаривателей производится сгущение фруктовых соков в пищевой промышленности. При таких температурах не разрушаются ароматические и красящие вещества.

    Значительным недостатком данного метода является высокое энергопотребление по сравнению с выпариванием с прямой конденсацией водяного пара. Из-за многоступенчатой передачи энергии от воды хладагенту и наоборот происходит значительная потеря энергии. Кроме того, наличие хладагента затрудняет демонтаж системы. Но главный недостаток данных выпаривателей состоит в необходимости доочистки дистиллята с помощью угольных или других систем фильтрации для достижения качества, позволяющего использовать его повторно или сливать в канализацию. 
 

    2. Выпаривание с прямой конденсацией водяного пара

    Для снижения потребления энергии, необходимой для испарения воды, были разработаны вакуумно-дистилляционные установки, где энергопередача осуществляется путём прямой конденсации водяного пара.

    С помощью вакуумного насоса в испарителе создаётся давление около 600 мБар. Благодаря создаваемому вакууму исходная жидкость всасывается в систему. Благодаря пониженному давлению вода начинает кипеть при температуре 86 °С. Образующийся водяной пар всасывается через вакуумный насос, конденсируется при атмосферном давлении и подаётся на внешнюю стенку теплообменника (испарителя) для нагрева исходной жидкости. Так как температура конденсации пара при атмосферном давлении 100 °С, то благодаря более низкой температуре исходной жидкости (86 °С) пар конденсируется на стенках теплообменника и передаёт исходной жидкости необходимую для испарения энергию.

    В системе возникает энергетическое равновесие. Единственным источником энергопотребления системы является вакуумный насос. По сравнению с выпаривателями с тепловым насосом данные установки характеризуются более низким потреблением энергии (45-60 Вт/л). Однако после вакуумно-дистилляционных установок, как и после выпаривателей с тепловым насосом, требуется доочистка дистиллята.

    1.2. Физико-химическая очистка сточных вод

    Физико-химические методы играют значительную роль при  очистке сточных вод. Они применяются  как самостоятельно, так и в  сочетании с механическими, химическими и биологическими методами. В последние годы область применения физико-химических методов очистки расширяется, а доля их среди других методов очистки возрастает.

    К физико-химическим методам очистки  относятся коагуляция, флокуляция, сорбция, флотация, экстракция, ионный обмен, гиперфильтрация, диализ, эвапорация, выпаривание, испарение, кристаллизация, магнитная обработка, а также методы, связанные с наложением электрического поля — электрокоагуляция, электрофлотация,

    1.2.1. Сорбционные и ионообменные установки

    Сорбция используется для глубокой очистки  вод замкнутого водопотребления  и доочистки сточных вод от органических веществ, в том числе  и от биологически жестких. Сорбция  представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки  сточных вод от растворенных органических веществ. Сорбционная очистка сточных  вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, неэлектролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы) алифатические соединения. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов этот метод не применим.

    1.2.2. Мембранные аппараты для очистки сточных вод

    Методы  мембранного разделения, используемые в технологии очистки воды, условно  делятся на микрофильтрацию, ультрафильтрацию, обратный осмос, испарение через  мембраны, диализ, электродиализ. Наибольшие успехи в отношении эффективности  и технологичности очистки сточных  вод от растворенных примесей достигнуты при использовании обратного  осмоса, ультрафильтрации и электродиализа.

    Обратный  осмос (гиперфильтрация) — непрерывный процесс молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полупроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы либо ионы растворенного вещества. При приложении давления выше осмотического (равновесного) осуществляется перенос растворителя в обратном направлении (от раствора к чистому растворителю через мембрану) и обеспечивается достаточная селективность очистки. Необходимое давление, превышающее осмотическое давление растворенного вещества в растворе, составляет при концентрации солей 2…5 г/л 0,1…1 МПа и при концентрации солей 20…30 г/л — 5…10 МПа.

    Преимущества  данного процесса:

• при очистке воды от сульфатов при помощи обратного осмоса мы получаем очищенную воду очень высокого качества, попутно очищенную от хлоридов, нитратов, карбонатов, других солей жесткости, тяжелых металлов, пестицидов, гербицидов, большинства органических соединений;
• отсутствие большого реагентного хозяйства - эксплуатационные расходы и расходы на обслуживание крайне низки;
• возможность изменять производительность установки и качество получаемой воды, применяя мембраны различной селективности;
• установки легко поддаются консервации, характеристики очищаемой воды не меняются в ходе эксплуатации;
• установки для очистки воды от сульфатов при помощи обратного осмоса обладают высокой устойчивостью к воздействию агрессивных компонентов очищаемой среды;
• установки удобны в хранении и транспортировки, просты в монтаже, обладают компактными размерами;
• возможность варьировать до определенного предела как уровень автоматизации процесса, так и соответственно размер установки;
• низкие по сравнению с рядом других установок эксплуатационные затраты