Нейтрализация сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Физико-химические основы процесса

1.1 Нейтрализация железосодержащих сточных вод от обработки метала кислотами

1.2 Способы нейтрализации кислых стоков

1.2.1 Полусухая нейтрализация отработавших растворов

1.2.2 Нейтрализация кислых стоков фильтрованием через щелочные металлы

1.2.3 Нейтрализация кислых стоков реагентами

2. Кинетика и механизм процесса очистки

3. Технология процесса очистки

4. Описание основного аппарата

5. Технико-экономический анализ выбранного метода

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Большое внимание в нашей стране уделяется охране окружающей среды. В документах правительства подчеркивается необходимость повышения эффективности мер по охране природы, создания производств и процессов, обеспечивающих полное и комплексное использование природных ресурсов, сырья и материалов, исключающих или значительно снижающих вредное воздействие на окружающую среду. В Украине и за рубежом выполнен ряд работ по созданию мало-отходных процессов, цехов и предприятий в целом. Планами дальнейшего развития черной металлургии предусмотрены совершенствование и внедрение методов защиты водоемов от загрязнений сточными водами, в том числе и тех, которые содержат соли железа.

Водные растворы солей железа подвергают переработке при получении ферритов, железооксидных пигментов, электродной массы, железного порошка, коагулянтов, при травлении сталей, очистке природных и сточных вод. Одной из важнейших задач в любом из указанных производств является максимально полное выделение тех или иных компонентов из раствора.

Трудности получения осадков с заданными свойствами и структурой связаны со сложностью и недостаточной изученностью процессов, протекающих при формировании твердой фазы вообще и оксидов и гидрооксидов железа в особенности. Слабо изучены вопросы формирования высокодисперсных суспензий, их структурно-реологические характеристики, закономерности разделения.

Большое место уделено очистке и использованию растворов солей железа, образующихся при кислотной обработке стали в металлургии. Помимо совершенствования технологии переработки таких растворов путем управления свойствами осадков и достижения требуемой степени разделения компонентов, рассматриваются еще два направления, способствующие созданию безотходной технологии. Первое- снижение уровня образования отходов в основной технологии. Рассматриваются условия образования растворов солей железа и возможные пути их устранения или сокращения. Объем сточных вод, образующихся при промывке изделий после химической обработки в металлургии, как правило, в десятки раз превышает объем отработанных рабочих растворов. Это характерно для химической и других отраслей промышленности при промывке твердой фазы. Поэтому совершенствование методов промывки является важной экономической и экологической задачей

Другое направление по созданию безотходной и малоотходной технологии - выбор методов переработки отходов, позволяющих превратить их в полезные продукты или сырье для других производств (сельского хозяйства, строительства, химической промышленности и т. д.). Существуют так же термические и электрохимические способы переработки растворов, их нейтрализация различными химическими реагентами.[1]

Предельно допустимые концентрации веществ в воде:

Азотная кислота HNO₃ ПДК_в=40 мг/л; ПДК_в.р = 0,08 мг/л

Серная кислота H₂SO₄ ПДК_в=500(SO₄^2-); pH=6.5 ? 8.5

Хлороводород HCl ПДК_в=300(С1?)

ПДК_в - предельно допустимая концентрация химического вещества в воде водоема, мг/л. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течении всей его жизни и на здоровье последующих поколений и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.

ПДК_в.р - предельно допустимая концентрация химического вещества в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей, мг/л. [3]

1. Физико-химические основы процесса

1.1 Нейтрализация железосодержащих сточных вод от обработки металла кислотами

нейтрализация сточный фильтрование очистка

Если отработавшие травильные растворы не подвергают переработке на купоросной или другой регенерационной установке, то они как сточные воды, подлежат обезвреживанию путем нейтрализации содержащейся в них кислоты (свободной и связанной с железом) и выделения из нейтрализованных стоков железа и прочих нерастворимых примесей (окалины и др.). Нейтрализуют и осветляют также воды от промывки металла. Процесс лучше всего происходит при совместной нейтрализации отработавших растворов с промывными сточными водами.

При полной нейтрализации, предусматривающей связывание ионов железа и основной массы кислоты, расчет количества щелочи всегда ведут на общее содержание кислоты.

Решение задачи по нейтрализации и очистке сточных вод от обработки металла кислотами зависит от характера и состава этих сточных вод и включает последовательное рассмотрение следующих вопросов:

а) выбор метода нейтрализации и реагента; б) определение схемы и режима нейтрализации, осветления и повторного использования очищенной воды, а также переработки (удаление, обезвоживание и складирование) продуктов нейтрализации (осадка); в) установление состава и конструкции необходимых сооружений и оборудования; г) назначения режима проведения нейтрализации, осветления и подготовки воды к повторному использованию (если это целесообразно), а также методов и пунктов контроля процессов.

1.2 Способы нейтрализации кислых стоков

Выбор способа нейтрализации и реагента зависит главным образом от режима сброса, состава и количества сточных вод, а также наличия тех или иных реагентов. Можно считать количество отработавших травильных растворов равным 5-7 кубических метров на одну тонну расходуемой кислоты, количество воды от промывки отработанного в кислоте металла обычно в 20 раз больше количества отработавших растворов, или от 100 до 150 куб. метров на одну тонну расходуемой кислоты.

На заводах черной металлургии металлы травят преимущественно серной кислотой и реже другими кислотами (например, на заводах, изготовляющих оцинкованную сталь, белую жесть или обрабатывающих специальные сорта металла, кроме серной кислоты, применяют соляную, азотную и фосфорную к-ты).

При контакте сточных вод, поступающих после травления черных металлов, загрязненных кислотой ( серной, соляной и др.), с реагентами (известью) кислота нейтрализуется с выделением солей железа и шлама (механических примесей- нерастворимых солей кислоты, окалины и пр.) в осадок.

Различают три способа нейтрализации кислых сточных вод:

Реагентный, когда в отработавший раствор, промывную воду или смесь добавляют реагент в виде раствора или сухого вещества (известь, соду или шлак); при этом в качестве реагентного раствора может быть использована также какая-либо другая сточная вода, содержащая щелочи. Этот способ получил наибольшее распространение;

Полусухой, когда отработавший раствор смешивают с сухим реагентом (известью или шлаком), в результате жидкая фаза полностью устраняется и образуется тестообразная масса. Способ применим для малых количеств стоков;

Фильтрационный, при котором сточную воду, содержащую азотную и соляную кислоты, фильтруют через кусковый или зернистый нейтрализующий материал.

При выборе способа нейтрализации железосодержащих кислых стоков следует руководствоваться следующими требованиями:

выбранный способ нейтрализации должен обеспечить достаточную стабильность очищенных стоков, чтобы при повторном использовании их не было отложений в системе оборотного водоснабжения;

реагентный способ должен обеспечивать формирование продуктов нейтрализации (осадка), способных по возможности хорошо выделяться в отстойниках или осветлителях и на фильтрах, а также уплотняться при его хранении;

принятый способ должен быть наиболее экономичным для условий данного предприятия. [2]

1.2.1 Полусухая нейтрализация отработавших растворов

При нейтрализации отработавших травильных растворов известковым тестом или молотой известью, во-первых, полностью устраняется жидкая фаза; во-вторых, объем продуктов нейтрализации сокращается в 2,5-3 раза ( по сравнению с нейтрализацией известковым молоком); в-третьих, влажность получаемых продуктов нейтрализации (осадка) через двое суток составляет только 60-65% вместо 87-99% в случае применения известкового молока и, наконец, полученная масса не растекается и удобна для транспортирования навалом. Однако при нейтрализации тестом расход извести больше, чем в случае применения известкового молока,- в среднем на 26%, а при нейтрализации молотой известью--на 36% .

Полусухая нейтрализация осуществляется следующим образом. В барабан бетономешалки С-159 со смесительным барабаном емкостью 425 литров (или другой) и скоростью вращения 18,2 оборотов в минуту загружают некоторое количество извести и чистой воды, после чего барабан бетономешалки вращают в течение 5-7 минут. При этом образуется известковое тесто, которое обволакивает внутреннюю поверхность барабана. Затем в барабан заливают небольшое количество отработавшего травильного раствора, который, реагируя с известковым тестом, образует корочку гипса, защищающего металл от разрушения кислотой. После этого загружают известь, заливают отработавший раствор и 20-30 минут вращают барабан; в результате образуется тесто из нейтрализованной массы. Можно поступать и наоборот--заливать раствор, затем засыпать известь. Емкость бетономешалки используется на 85-90%.

Полусухую нейтрализацию можно с успехом применять для обработки небольших количеств травильных растворов (например, при расходе кислоты до 200 тонн в год). Масса после двух-трехсуточного пребывания в помещении хорошо захватывается грейфером, что позволяет легко доставлять ее автотранспортом на общезаводскую свалку.

1.2.2 Нейтрализация кислых стоков фильтрованием через щелочные материалы

Для нейтрализации солянокислых, азотнокислых сточных вод, а также сернокислотных сточных вод, содержащих не более 5 г/л H₂SO₄ и не содержащих солей тяжелых металлов, можно применять непрерывно действующие фильтры. Установка для нейтрализации кислот фильтрованием через щелочные материалы состоит из усреднительного резервуара и фильтров, загруженных кусковым мелом, известняком, магнетитом, доломитом, мрамором или другим материалом.

Начальная крупность загрузочного материала 3-8 сантиметров; с течением времени крупность уменьшается ввиду растворения материала в фильтруемой воде. Фильтрующий материал загружают в фильтр слоем: при нейтрализации сточных вод, содержащих азотную и соляную кислоту, 1-1,5 м ; при нейтрализации сточных вод, содержащих серную кислоту, 1,5-2 м.

Фильтрование воды может быть сверху вниз или снизу вверх. Скорость фильтрования допускается не более 5м/ч, длительность контакта воды с фильтрующей массой - не менее 10 минут. Фильтр промывают всегда потоком воды снизу вверх.

Скорость фильтрования через доломит средней крупности частиц 4-6 сантиметров (пределы крупности 0,2--13,6 см) рекомендуется 0,6--0,9 м/ч. Чем больше концентрация кислоты в сточной воде, тем меньше должна быть скорость фильтрования. При концентрации кислоты до 2% скорость фильтрования должна быть уменьшена до 0,35 м/ч. При нейтрализации сточных вод, содержащих азотную и соляную кислоты, через известняк скорость фильтрования можно принимать в зависимости от концентрации кислоты в нейтрализуемой воде от 0,5 до 1 м/ч. Меньшая скорость соответствует большей концентрации.

1.2.3 Нейтрализация кислых стоков реагентами

Основной задачей добавки к кислым железосодержащим стокам реагентов (обычно извести) является обеспечение полной нейтрализации стоков и выделение растворенных в них железа и других металлов, что достигается повышением рН стоков до 8-9.

При нейтрализации сточных вод, поступающих после травления черных металлов, известью происходят следующие реакции:

Нейтрализация кислот известью заключается в заготовке, дозировании и смешивании извести с водой и последующем выделении продуктов нейтрализации (осадка) в отстойнике или осветлителе, а иногда дополнительно в фильтре. Расчет процесса нейтрализации сводится к определению количества реагентов, необходимых для нейтрализации. В результате нейтрализации кислот щелочами образуются соли, часть которых растворяется в воде. Нерастворившиеся соли, выпадают в осадок.

Режим поступления травильных сточных вод на станцию нейтрализации определяется технологическим процессом производства.

Для расчета станции нейтрализации можно принимать следующие концентрации стоков: в отработавших травильных растворах содержание серной кислоты 70 г/л и железного купороса 300 г/л; в промывных водах содержание серной кислоты 5 г/л, железного купороса 5 г/л; практически содержание указанных веществ бывает намного больше; в водах от щелочных ванн содержание извести ( по СаО) 30 г/л.

Образующаяся после нейтрализации известью железистых сернокислотных сточных вод взвесь состоит в основном из сернокислого кальция СaSO₄, гидрата окиси и закиси железа Fe(OH)₂ и Fe(OH)₃, углекислого кальция СаСО₃ и других нерастворимых веществ, содержащихся в извести. Эта взвесь весьма подвижна, легко взмучивается, а выпавшая в осадок очень медленно уплотняется и плохо отдает воду. В малоконцентрированных промывных водах (с количеством образующейся взвеси М=1-5 кг/м³) образуется более влажный гидратный осадок, который занимает объем, больший в три раза, считая на сухой осадок, по сравнению с концентрированными отработанными травильными растворами (М=40-50 кг/м³). Даже после длительного отстаивания влажность осадка в малоконцентрированных сточных водах остается значительно выше. Поэтому рекомендуется совместная нейтрализация отработавших травильных растворов и промывных вод; при нейтрализации только промывных вод разбавление их другими водами или нейтрализация известковым молоком с очень малым содержанием СаО значительно ухудшают условия по уплотнению и обезвоживанию гидратного осадка, и поэтому разбавление кислых сточных вод в производственных условиях вообще допускать не следует, особенно при использовании этих вод в обороте.

Щелочные воды должны быть присоединены к промывным водам. Из приведенных реакций (V-7) - (V-11) видно, что на нейтрализацию 1 вес. ч. расходуется кальция в следующих количествах, вес. ч. :

Серной кислоты …………………56 : 98= 0,56

Железного купороса……………..56 : 152= 0,37

Соляной кислоты…………………56 : 73 = 0,77

Азотной кислоты…………………56 : 126 = 0,44 [2]

Предложен метод очистки от примесей водного р-ра FeSO₄ образующегося в ходе травления стальных изделий раствором серной кислоты. Метод основан на соосаждении примесей вместе с CaSO₄. На первой стадии процент в обрабатываемом растворе создается определенной концентрации Fe³⁺ путем добавления соответствующей соли или частичного окисления Fe(II) при аэрировании раствора. Затем раствор переводят в реактор, в который добавляют кальциевую щелочь, доводя рН до 2-5. После отделения образующегося в реакторе гипса, раствор подвергают дополнительной фильтрации. При необходимости из очищенного раствора FeSO₄ может быть получен оксид железа высокой чистоты.[4]

2. Кинетика и механизм процесса очистки

На практике к количеству окиси кальция, полученному по расчету, нужно прибавить 20-50% на неполноту реакции и для лучшего осаждения железа. Так, зная содержание свободной кислоты и связанного железа в отработавших травильных растворах или промывных водах, можно определить расход извести на нейтрализацию сточных вод по следующим формулам:

При травлении металла серной кислотой

G_изв=A(0.57H₂SO₄ + 0.37FeSO₄)W/C кг

При травлении металла соляной кислотой

G_изв=A(0.77HCI + 0.44FeCI₂)W/C кг

При травлении металла азотной кислотой

G_изв=A[0.44HNO₃ + 0.35Fe(NO₃)₃]W/C кг

Где А - коэффициент запаса расхода извести по сравнению с теоретическим (для известкового молока -1,1, для сухой извести и известкового теста-1,5 );

С--содержание СаО в продажной извести;

W--количество нейтрализуемого раствора м³.

Эту дозу уточняют в процессе эксплуатации, руководствуясь данными контрольных анализов. По приведенным формулам можно определять также расход известковой пыли (пыленки), общее содержание СаО в которой составляет до 40%.

Необходимо иметь в виду, что нейтрализация известковым молоком без дополнительных мероприятий по обработке стоков с целью предотвращения отложения гипса возможна лишь при невысокой концентрации сульфата кальция (гипса) в исходных стоках, не превышающей 1,4-1,5 г/л, то есть предела его растворимости. Такой случай может наблюдаться лишь при очистке одних промывных вод без приема в них отработавших растворов из травильных ванн.

Если концентрация образующегося при нейтрализации стоков сульфата кальция превышает предел его растворимости (2 г/л), то во избежание интенсивного выпадения осадка и возможного загипсовывания системы может быть рекомендовано: введение раствора извести в воду при выходе ее непосредственно в отстойник или в начало зоны взвешенного фильтра осветлителя. В этом случае устраняется зарастание трубопровода от места ввода известкового молока до отстойника или до отстойника осветлителя. Загипсовывание самого отстойника или осветлителя не происходит, так как в нем образуется преимущественно рыхлый осадок;

введение раствора извести в воду в два этапа - для частичной нейтрализации на нейтрализационной установке до рН = 6--6,5 и дополнительная нейтрализация воды при выходе ее в отстойник. Такое решение может применяться в схемах с осветлением (отстаиванием) нейтрализованной воды в шламонокопителе.[2]

3. Технология процесса очистки

Известковая нейтрализация с получением уплотненного осадка и оборотным водоснабжением[1]

После того как выбраны способ нейтрализации и реагент, определяют схему и режим нейтрализации, осветления нейтрализованных стоков и обработки осадка. Может быть принята одна из следующих схем:

Одноступенчатая, когда нейтрализованные сточные воды вместе с продуктами нейтрализации (осадком) направляют в пруд-осветлитель;

Двухступенчатая, когда нейтрализованные сточные воды очищают от продуктов нейтрализации в отстойниках или осветлителях, а осадок направляют в шламонакопитель или на шламовые площадки;

Трехступенчатая, когда нейтрализованные сточные воды очищают, отстаивают в осветлителях, а шлам обезвоживают и вывозят в отвал.[2]

Технология ферритизации шлама

Недостатки, присущие известковой нейтрализации по этим трем схемам, вытекают из самой природы коллоидно-дисперсного осадка и могут быть существенно уменьшены или устранены при ферритизации шлама.

Получение магнетита осуществляется в зависимости от состава стоков, концентрации и производительности линии различными методами. Наиболее просто осуществляется периодический процесс. В этом случае магнетит можно получить в том же реакторе, где происходит нейтрализация, по достижении рН=8-9. Для этого необходимо оборудовать реактор устройством для подвода пара и воздуха (возможен и другой способ нагрева: газом, с помощью паровой рубашки и т. д.). Расход тепла зависит от скорости процесса, определяемой объемом емкости и расходом стоков; скорость рассчитывается с учетом достижения суспензией температуры 50-70⁰ С. Расход воздуха составляет при стехиометрическом соотношении 212л на 1кг FeSO₄ и зависит от концентрации железа, совершенства распределительного устройства, температуры и рН. На практике он в два три раза превышает стехиометрический. В связи со сложностью контроля степени окисления (требуется измерение окислительно-восстановительного потенциала системы или аналитический контроль) целесообразно при наладке отрегулировать расход воздуха так, чтобы скорость окисления не опережала скорости образования магнетита.[1]

Опыт эксплуатации промышленной установки с оборотным водоснабжением. На Магнитогорском метизно-металлургическом заводе функционирует головная промышленная установка, на которой выполнены комплексные исследования и проверена эффективность различных вариантов технологических схем(на рисунке).

Реакционные камеры представляют собой полые цилиндрические аппараты с отношением высоты к диаметру 5:8. Ввод воды осуществляется снизу, перемешивание--лопастными мешалками. Объем реактора выбран таким, чтобы суспензия пребывала в нем в течение времени, необходимого для снижения гипсового пересыщения. Исследования показали, что наиболее крупные частицы гипса создают частично взвешенный слой: концентрация в средней части реактора оказалась выше, чем в нижней и верхней, примерно на 30%, хотя концентрация более легкой фракции (гидрооксида железа и магнетита) оказалась везде одинаковой.

Узел получения магнетита включает в себя реакторы-аэраторы, оборудованные распределительными устройствами для подачи пара и сжатого воздуха, и сгустители- дозреватели, предназначенные для завершения реакции образования магнетита и сгущения шлама. Получение магнетита из ОТР осуществляется периодически, а из шлама ПВ непрерывно. Из дозревателей магнетит непрерывно подают в камеру нейтрализации в качестве затравки и флокулянта-осадителя. Предусмотрена возможность его подачи на обезвоживание.[1]

Наиболее сложным в очистке травильных сточных вод является решение вопроса удаления, накопления и использования осадка. В практике этот вопрос решается несколькими способами: гидравлическим удалением в шламонакопитель; обезвоживанием на дренажных площадках с перевозкой осадка в отвал; обезвоживанием на вакуумных фильтрах с перевозкой осадка в отвал.

Шламонакопитель является наиболее простым и экономически целесообразным приемником осадка, удаляемого от станции нейтрализации гидравлическим способом.

Если на заводе есть общий шламонакопитель или система гидроудаления с золонакопителем, то шлам, получающийся при нейтрализации, целесообразно удалять в шламонакопитель или золонакопитель гидравлическим способом совместно с другими шламами или с золой . Можно устраивать и самостоятельный шламонакопитель при наличии вблизи подходящей площадки. В последнем случае воду из пруда-осветлителя можно возвращать в замкнутый цикл промывки металла после травления.

Шламообезвоживающие площадки устраиваются тогда, когда по местным условиям невозможно устройство шламонакопителя емкостью, обеспечивающей его заполнение не менее через десять лет.[2]

Для осветления воды и уплотнения шлама используется радиальные отстойники.

При исходной концентрации стоков 800--1000 миллиграмм на литр по железу в период исследований при скоростях восходящего потока от 0, 9 до 0,22 мм в секунду мутность (по водоанализатору) не превышала 15--40 на миллион, или 50--100 миллиграмм на литр по взвешенным веществам и зависела в большей мере от рН, чем от скорости потока.

Наибольший интерес представляло изучение характера сгущения шлама в конической части отстойника и определение на основании этого оптимальных режимов выгрузки шлама. Результаты исследований (пробы отбирали батометром)приведены на рисунке. На основании полученных данных рекомендован полунепрерывный режим, т.е. непрерывное поступление нейтрализованной воды и отвод осветленной при удалении шлама один раз в сутки. При скорости движения скребка 0,1 мин^-1осаждение шлама не нарушается и обеспечивается равномерная влажность осадка в объеме выводимого шлама (в течение 1 часа выпускают 130 м³ шлама, при выходе воды 250м³ в час). Средняя влажность смешанного шлама 94--96%, обычного 97--98%.

Структура осадка, влияющая на его влажность, объем, скорость седиментации и другие свойства, может широко регулироваться с помощью различных приемов, обеспечивающих укрупнение частиц и улучшение агрегации.

В работе приведены данные промышленных исследований о влиянии различных приемов подготовки шлама к обезвоживанию на его водоотдачу. Оказалось, что при получении магнетита снижение влажности кека ( с 60-70 до 30-40% ) происходит параллельно с повышением производительности, что характерно для кристаллических осадков. Производительность до 40 кг/(м²·ч) получена при переработке шлама вместе с травильными растворами при его вторичном уплотнении.

При исследованиях наблюдали почти линейное возрастание производительности фильтрпресса с увеличением содержания твердого в пульпе. Влажность кека снижается с увеличением его толщины. Помимо подготовки пульпы, большое значение при выборе оптимальных условий имеют режимы фильтрования. Условия максимальной производительности были найдены на основании анализа данных о скорости истечения фильтрата из патрубка на фильтратопроводе (на рисунке, точка А ). Такой анализ позволил построить кривые зависимости объема фильтрата от времени фильтрования и на основании их рассчитать удельное сопротивление шлама и удельную поверхность частиц. Они оказались соответственно равны 1-2·10¹¹ м/кг и 20-30 м²/г. По этим же данным определяли режимы, обеспечивающие максимальную производительность оборудования, однако с целью уменьшения его износа в дальнейшем пришлось снизить производительность и работать в более экономичном режиме.

В связи с недостатком мощностей для обезвоживания всех шламов травильных отделений завода часть из них направляется в шламонакопитель. За счет увеличения плотности шлама в накопителе срок его службы увеличивается в 4-5 раз.

Опыт проектирования и наладки установок нейтрализации с получением уплотнительного осадка. Выбор технологической схемы зависит от состава сточных вод и других условий. Наиболее простой является технологическая схема совместной переработки концентрированных и разбавленных стоков. Метод целесообразно применять, когда концентрация сульфата железа в стоках выше 10-20 г/л (при осуществлении каскадной промывки ) и осветлении нейтрализованных сточных вод в отстойниках практически не происходит, а общий расход невелик.

При больших объемах осветленной воды целесообразна технологическая схема, предусматривающая совместную переработку ОТР и осадка нейтрализованных промывных вод. Возможна переработка ОТР с получением смеси магнетита с гипсом и использованием этого осадка для интенсификации осветления ПВ. Эта схема целесообразна в тех случаях, когда содержание примесей мешающих получению магнетита из осадка нейтрализованных ПВ, велико.

Если ОТР нейтрализации не подлежит, например при его переработке другими способами, то для этой цели может использоваться магнетит, получаемый из осадка промывных вод. Такая схема с рециркуляцией осадка осуществима, если содержание мешающих примесей невелико.

При температуре осадка, не превышающей 30⁰С (при недостаточном нагреве или его отсутствии ), образование магнетита происходит медленно, осадок уплотняется с трудом, и его рециркуляция в этих условиях может оказаться нецелесообразной. Для предотвращения излишнего окисления железа при аэрации осадка может применяться разделение сточных вод на два потока с аэрацией и окислением железа в одном из них и последующим смешиванием обоих потоков для ферритизации. Это интенсифицирует процесс разделения, но не так значительно, как при других вариантах. Возможны и другие варианты технологии, основанной на ферритизации нейтрализованного осадка.

Работоспособность выбранной схемы во многом зависит от достоверности принятых при проектировании исходных данных, поэтому перед проектированием исходных данных, поэтому перед проектированием их необходимо уточнять, а в ряде случаев и проводить лабораторные исследования.

Немаловажное значение имеет выбор оборудования. В основном при нейтрализации с ферритизацией осадка используется стандартное оборудование, хорошо описанное в литературе. Устройство для аэрации суспензии может быть выполнено в виде простейших трубопроводов, снабженных отверстиями для равномерного распределения пара и воздуха в реакторе. Операции нейтрализации нагрева и аэрации можно совмещать в одном аппарате. При необходимости интенсивного ведения процесса на установках большой производительности следует эти операции разделять и применять в отдельных случаях непрерывный процесс. В этих случаях можно использовать реактор, изображенный выше, что уменьшает образование пены.

Необходимо также учитывать, что низкая температура, чрезмерно высокое рН суспензии и высокая скорость аэрации ведут к переокислению суспензии и плохому качеству затравки, низкий рН--к увеличению времени получения затравки, неполному снятию пересыщений и т. д. . Необходимо исключить возможность попадания в реакторы для ферритизации обезжиривающих растворов, а также других растворов, мешающих реакции образования магнетита.

Контроль процесса образования магнетита в период постоянной эксплуатации практически не требуется, так как магнетит образуется автоматически при соблюдении режимов нейтрализации, нагрева и аэрации. На случай отклонения исходных данных и режимов обработки, особенно на период освоения метода, рекомендуется вести контроль рН, температуры (непрерывно или периодически ), а также контроль степени окисления железа (до 50-70% ) с помощью химического анализа по обычным методикам (титрованием или электро-химически).

При наладке и контроле работы очистных сооружений возможно применение обычных методов, но благодаря магнитным свойствам осадка здесь могут быть применены и некоторые упрощения, например магнитные щупы для оценки глубины залегания осадка в отстойниках. Контроль эффективности работы камеры-аэратора и завершения реакции ферритизации можно вести по скорости осаждения магнетита в магнитном поле, что значительно проще химического анализа и др.

Как правило, очистные сооружения, запроектированные для обычной нейтрализации, могут быть реконструированы и для осуществления технологической схемы нейтрализации с получением уплотненного осадка без значительных затрат. При достаточно высокой производительности эти затраты сравнительно быстро компенсируются повышением производительности установок обезвоживания и увеличением степени очистки осветленной воды, а также возможностью утилизации осадка.

Утилизация шлама при известковой нейтрализации. Несмотря на содержание в нейтрализованном шламе до 30-50% соединений железа, утилизация его в металлургии затрудняется из-за вредного влияния серы, а разделение на компоненты связано с большими трудностями. Изучалась возможность утилизации шлама в сельском хозяйстве. Несмотря на положительные результаты экспериментов, внедрение метода связано с трудностями (хранение шлама, гранулирование и др.).

Многолетние исследования показали возможность использования шлама в качестве гипсосодержащего продукта, в частности, в качестве добавок к природному сырью, а также в производстве вяжущих в качестве пигмента для строительных растворов, при приготовлении силикатного кирпича, в качестве активизатора твердения доменных шлаков, для изготовления гипсоцементпуццоланового вяжущего и легких бетонов на его основе и др.

Иногда можно утилизировать ОТР без предварительной нейтрализации, например в качестве реагента для обезвреживания щелочных отходов (в частности, для очистки газов), в качестве коагулянта и т. д. Такие возможности зависят главным образом от местных условий.

Более универсальным, хотя и более дорогими, являются методы, основанные на разделении компонентов или получении на основе входящих в ОТР ингредиентов новых ценных продуктов. [1]

4. Описание основного аппарата

При высокой производительности может быть применен и непрерывный процесс получения магнетита с помощью каскада реакторов. Для интенсификации процесса следует использовать устройство, позволяющее уменьшить пенообразование, которое неизбежно происходит при интенсивной аэрации стоков, содержащих ПАВ. Для этого достаточно предусмотреть обработку образующегося газопенного потока исходным кислым раствором. Противоточное движение газов и жидкости позволяет при этом, как и обычно в химической технологии, увеличить "выход реакции" (уменьшить потери тепла, улучшить использование воздуха и др.). На рисунке показан аппарат, разработанный для этой цели.

5. Технико-экономический анализ выбранного метода

Наиболее существенным преимуществом метода очистки стоков, основанного на получении магнетита, кроме прямого снижения затрат на обезвоживания шламов, является возможность организации оборотного водоснабжения. Основные технико-экономические показатели процессов очистки промывных вод приведены в таблице.

Затраты на очистку промывных вод при нейтрализации, руб/т стали¹.

¹ Числитель-обычная нейтрализация известковым молоком; знаменатель-с ферритизацией шлама и оборотным водоснабжением.

² Стоимость воды с учетом платы за сброс в канализацию принята 10 коп/м³.

Сущность метода заключается в применении активной гипсовой затравки, ускоряющей снятие пересыщения. Затравка, приготовленная из ОТР или из ПВ с добавлением небольшого количества ОТР для ее активации, обеспечивает резкое увеличение скорости кристаллизации растворенного гипса и одновременно играет роль утяжелителя и флокулянта (седиментанта), так как она содержит и магнетит.

Применение активной затравки, приготовляемой из серной кислоты и извести, как это практикуется в других отраслях, потребовало бы специальной аппаратуры и дополнительного расхода реагентов энергии и не привело бы к интенсификации осаждения взвеси и ее отделения от воды.

Комплексное решение вопросов интенсификации уплотнения осадка и стабилизации воды является одним из преимуществ метода. Дополнительный эффект его применения - улучшение качества осветленной воды в шламонакопителях.

При обычной нейтрализации, даже в случае избытка извести, как известно, гидрооксида, образуется также и основные соли, например:

2FeSO₄+Ca(OH)₂=[Fe(OH)₂]SO₄+CaSO₄

С течением времени происходят их окисление растворенным кислородом и гидролиз с образованием свободной кислоты:

[Fe(OH)₂]SO₄+H₂O+0,5O₂=2FeOOH+H₂SO₄

В результате часть осадка растворяется и загрязняет осветленную воду солями железа. Так, вода над шламом одного из накопителей даже при нейтрализации до рН=8 содержала до 1г/л железа.

Длительное наблюдение за составом воды, контактировавшей с влажным и высушенным осадком, полученным при нейтрализации модельных растворов различных видов, показало, что при нейтрализации до рН=8-9 при слабом перемешивании кислотность воды вначале снижается (что связано с растворением избытка извести), а затем повышается до рН=4-5. В суспензии, нейтрализованной до рН=8,1, содержание железа в отфильтрованной пробе составляло 100 мг/л, а через 10 суток достигло уже 200. В образцах, предохраняемых от воздействия воздуха, снижения рН практически не наблюдалось.

Если нейтрализацию проводить при длительном перемешивании, первоначально повышения рН не происходит (известь реагирует полностью), но снижение рН в результате гидролиза все равно имеет место. Над осадком магнетита и солей железа, а также в контрольной пробе, не содержащей железа (осадок извести), подкисление обусловлено только влиянием углекислоты воздуха и незначительно (на единицу рН за 6 месяцев).

Для выяснения необходимой длительности перемешивания известкового молока со стоками в целях более полного протекания реакции были проведены эксперименты, которые подтвердили ту же закономерность: рН суспензии вначале повышается, а затем через 30-40 минут стабилизируется.

Таким образом, для предотвращения загрязнения водоемов и почвы растворимыми солями необходимо либо полное окисление солей железа до Fe(III), либо перевод осадка в форму магнетита. Для более полного использования извести с учетом реакции гидролиза основных солей требуется перемешивать нейтрализованную суспензию не менее 30-40 минут.

Заключение

К настоящему времени имеются методы регенерации отработанных травильных растворов (ОТР) практически любого состава. Наибольшее распространение нашла нейтрализация с образованием отходов. Наиболее просто утилизировать обезвоженный после нейтрализации ОТР шлам или шлам без обезвоживания (а еще проще и ОТР без предварительной обработки) на близко расположенных предприятиях, используя их в качестве специфического сырья, полуфабриката, например в качестве коагулянта при очистке сточных вод, нейтрализатора при переработке щелочных отходов, добавок для регулирования сроков схватывания вяжущих или окрашивания и производстве стройматериалов и др. Такой метод должен найти самое широкое распространение, так как он, как правило, не требует больших затрат. Если количество отходов не велико и в своем составе они имеют ценные компоненты, которые содержатся и в природном сырье, то такие отходы целесообразно перерабатывать централизованно.

Разработаны методы получения магнетита и гипса или магнетита и сульфата аммония и при переработка ОТР сернокислого травления. В институте "черметэноргоочистка" выполнено технико-экономическое сравнение ряда методов переработки ОТР. Оценка сделана на основании проектных проработок для заводов различной производительности. Анализ показал, что самый простой метод очистки - нейтрализации стоков со сбросом их в шламонакопитель - не только не обеспечивает защиты среды, но и в экономическом отношении уступает другим, если учитывать стоимость шламонакопителя. Метод с получением уплотненного осадка предпочтительнее.[1]

Список используемой литературы

1 Вайнштейн И.А. Очистка и использование сточных вод травильных отделений. - М.: Металлургия, 1986. - 112с.

2 Шабалин А.Ф. Очистка и использование сточных вод на предприятиях черной металлургии. - М.: Металлургия, 1968. - 505с.

3 Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации веществ в окружающей среде: Справочник. - Л.: Химия, 1985. - 528с.

4 Мичри А.А. Очистка водного раствора сульфата закисного железа// РЖХ сводный том. - М.: Химия. - №19. - 248с.

Размещено на Allbest.ru