Очистка сточных вод (кислотно-щелочные сточные воды)

Выбор реагента для нейтрализации кислых стоков зависит от вида кислот и их концентрации, а также от растворимости солей, образующихся в результате химической реакции. Для нейтрализации минеральных кислот применяют любой щелочной реагент, но чаще всего известь в виде пушонки или известкового молока и карбоната кальция или магния в виде суспензии. Эти реагенты сравнительно дешевы и общедоступны, но имеют ряд недостатков: обязательнее устройство усреднителей перед нейтрализационной установкой, затруднительность регулирования дозы реагента по рН нейтрализованной воды, сложность реагентного хозяйства. Скорость реакции между раствором кислоты и твердыми частицами суспензии относитель-невелика и зависит от размеров частиц и растворимости образующегося в результате реакции нейтрализации соединения. Поэтому окончательная активная реакция в жидкой фазе устанавливается не сразу, а по истечении некоторого времени (10-15 мин).

При нейтрализации производственных сточных вод, содержатьщих серную кислоту, реакция, в зависимости от применяемого реагента протекает по уравнениям:

H₂S0₄ + Са(ОН)₂ = CaS0₄ + 2Н₂0,

H₂S0₄ + СаСОз = CaS0₄ + 2Н₂0 + С0₂

Образующийся в результате нейтрализации сульфат кальция (гипс) кристаллизуется из разбавленных растворов в виде CaS0₄·H₂0. Растворимость этой соли при температурах 0-40 °С колеблется от 1,76 до 2,11 г/дм³. При более высокой концентрации сульфат кальция выпадает в осадок, поэтому при нейтрализации сильных кислот, кальциевые соли которых труднорастворимы в воде, необходимо устраивать отстойники-шламонакопители. Существенным недостатком метода нейтрализации серной кислоты известью является также образование пересыщенного раствора гипса (коэффициент пересыщения может достигать 4-6), выделение которого из воды может продолжаться несколько суток, что приводит к зарастанию трубопроводов и аппаратуры. Присутствие в сточных водах многих химических производств высокомолекулярных органических соединений усиливает устойчивость пересыщенных растворов гипса, поскольку эти соединения сорбируются на гранях кристаллов сульфата кальция и препятствуют их дальнейшему росту.

Процессы реагентной нейтрализации производственных сточных вод осуществляются на нейтрализационных установках или станциях, основными элементами которых являются: песколовки; резервуары-усреднители; склады нейтрализующих реагентов; растворные баки для приготовления рабочих растворов реагентов; дозаторы рабочих растворов реагентов; смеситель сточных вод с реагентом; камеры реакции (нейтрализаторы); отстойники для нейтрализованных сточных вод; осадкоуплотнители (перед механическим обезвоживанием обратившихся осадков); сооружения для механического обезвоживания осадков, а при их отсутствии - шламовые площадки; места для складирования обезвоженных осадков; устройства химического контроля процессом нейтрализации.

Песколовки предусматриваются при наличии в сточных водах тяжелых механических примесей. Резервуары-усреднители для кислых и щелочных сточных вод выполняются из материалов с антикоррозионной защитой. Их объем определяется в зависимости от графика притока сточных вод и колебаний концентраций кислоты или щелочи. При отсутствии таких графиков объем резервуаров определяется по технологическим данным. Поступающие в резервуары стоки перемешиваются воздухом. При наличии на предприятии одновременно кислых и щелочных стоков учитывается их взаимная нейтрализация.

Для перемешивания реагента сточной водой применяют гидравлические и механические смесители. В гидравлических смесителю, смешение реагентов с водой достигается за счет энергии потока воды В механических смесителях турбулентность потока усиливается мешалками различных типов.

Из смесителей сточные воды поступают в камеру реакции, где продолжительность контакта колеблется в пределах 5-30 мин.

Для отстаивания получающейся в результате нейтрализации осадков применяют отстойники, рассчитанные на пребывание в них сточной воды не менее 2 ч. После отстойников осадок обезвоживается на шламовых площадках с дренажем.

На рис.5 представлена принципиальная схема реагентной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов [1]. При объемах сточных вод до 30 м³/ч обычно осуществляется периодическая схема очистки, а при больших- смешанная или непрерывная.

Рис. 5. Принципиальная схема реагентной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов: 1-реактор-нейтрализатор кисло-щелочных стоков, 2-дозатор щелочного агента, 3-дозатор флокулянта, 4-дозатор расвора кислоты, 5-отстойник, 6-механический фильтр, 7-насос, 8-нейтрализатор очищенной воды.

Влажность осадка после отстойников составляет 98-99,5%. Для снижения влажности осадка осуществляется дополнительное отстаивание в шламоуплотнителе в течение 3-5 суток. Влажность осадка после шламоуплотнителя 95-97%. Осадок из шламоуплотнителя подается на узел обезвоживания (вакуум-фильтрация, фильтр-прессования или центрифугирования). Влажность осадка после вакуум-фильтра типа БОУ или БсхОУ составляет 80-85%, после центрифуги типа ОГШ - 72-79%, после фильтра-пресса типа ФПАКМ - 65-70%.

2.3.2 ФЕРРИТИЗАЦИЯ

В последнее время находит применение ферритный метод, как модификация реагентного метода очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью железосодержащих реагентов.

Очистка сточных вод методом ферритизации заключается в сорбции примесей (в т.ч. ионов тяжелых металлов) гидроксидом железа (III), образование ферритов и последующей топохимической реакции захвата сорбированных веществ в кристаллической решеткой феррита [16]. Ферриты тяжелых цветных металлов (Ni, Cu, Zn и др.) в отличие от гидроксидов тех же металлов при обычной температуре практически нерастворимы не только в воде, но и в разбавленных водных растворах сильных минеральных кислот и едких щелочей.

Ферромагнетизм и химическая инертность ферритов значительно снижает экологическую опасность твердых отходов гальванического производства.

Основным реагентом ферритизационной обработки сточных вод служит гидрат сернокислого закисного железа FeSO₄*7H₂O, являющихся отходом производства двуокиси титана или травления стали.

Главными преимуществами ферритной очистки стоков являются:

- возможность одновременного удаления различных ионов тяжелых металлов в одну стадию;

- ионы тяжелых металлов клатратируются в виде кристаллических химически инертных продуктов;

- наряду с растворенными тяжелыми металлами эффективно удаляется диспергированные взвеси и эмульгированные загрязнения;

- процесс не чувствителен к влиянию других солей, которые могут присутствовать в стоках в больших концентрациях.

Аппаратурное оформление ферритной очистки отличается простотой [1], в основе го лежит принцип магнитного выделения ферритв с клатратированными загрязнениями (в т.ч. ионами тяжелых металлов). Главным рабочим узлом ферритной очистки является резервуар-накопитель, снабженный мешалкой и магнитными клапанами для спуска обработанной воды.

3.3.3. ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННАЯ ОЧИСТКА

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных (в том числе эмульгированных) примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. В некоторых случаях флотацию используют и для удаления растворенных веществ, например, ПАВ. Такой процесс называют пеной сепарацией или пенным концентрированием.

Процесс очистки сточных вод от грубо- и мелкодисперсных частиц флотацией заключается в образовании комплексов частица - пузырьки, всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося слоя с поверхности воды [24].

В соответствии с методами получения пузырьков воздуха (или любого другого газа) в воде существуют следующие способы флотационной очистки сточных вод:

1) флотация пузырьками, образующимися путем механического дробления воздуха (механическими турбинками-импеллерами, форсунками с помощью пористых пластин и каскадным методом);

2) флотация пузырьками, образующимися из пересыщенных растворов воздуха в воде (вакуумная, напорная);

3) электрофлотация.

Электрофлотационные аппараты выпускаются двух типов: безреагентный электрохимический модуль очистки и электрохимический модуль глубокой доочистки сточных вод. [25]

Безреагентный электрохимический модуль предназначен для очистки сточных вод от ионов тяжелых цветных металлов.

Работа модуля основана на процессах образования дисперсной фазы нерастворимых соединений (главным образом гидроксиды) тяжелых металлов и их электрофлотации.

Использование модуля позволяет от реагентного хозяйства, включающего реакторы, отстойники, фильтры. Модуль легко сочетается с любым другим очистным оборудованием.

Электрохимический модуль глубокой доочистки предназначен для глубокой доочистки сточных вод (после реагентного, электрокоагуляционного и других методов предварительной очистки сточных вод гальванических производств) от ионов меди, никеля, цинка, кадмия, хрома, железа, алюминия и других при любом соотношении компонентов в присутствии различных анионитов.

Работа модуля основана на электрофлотационном извлечении малорастворимых соединений тяжелых цветных металлов в основном в виде фосфатов индивидуально или в смеси при рН=7-10 за счет их флотации пузырьками водорода и кислорода.

Схема использования обоих модулей позволяет очистить сточную воду до ПДК.

Достоинствами электрофлотации является непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделения примесей, большая скорость процесса по сравнению с отстаиванием, а также возможность получения шлама более низкой влажности (90-95%), высокая степень очистки (95-99%), возможность рекуперации выделяемых веществ [26].

2.4. ТЕРМИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЧИСТКИ

2.4.1 ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД МЕТОДОМ ДОЗИРОВАННОГО ВЫПАРИВАНИЯ

Вода на очистку поступает из первого каскада ванны противоточной промывки и под небольшим вакуумом закачивается в термосифон испарителя. С внешней стороны он нагревается острым паром, конденсат от которого удаляется снизу испарителя. Вместо острого пара для нагрева испарителя. Вместо острого пара для нагрева испарителя могут использоваться электронагреватели. Нагреваясь от пара, обрабатываемая вода разделяется на две фазы: жидкую и газообразную - и в таком виде подаётся в сепаратор. Здесь жидкий концентрат собирается в нижней части сепаратора, откуда перекачивается в испаритель повторно до тех пор, пока не будет достигнута требуемая концентрация тяжёлого металла. Пар вакуумируется в холодильник, где он конденсируется, а конденсат направляется вновь в каскадную ванну промывки в последний каскад. При этом количество каскадов противоточной промывки выбирают, исходя из сравнения производительности вакуум-выпарной установки и расхода воды на промывку. При достижении в концентрате нужной концентрации ионов металла установка отключается и концентрат выгружается в сборник, а затем возвращается в рабочую ванну.

На рис.6. представлена принципиальная схема очистки промывной воды методом выпаривания. Фактически представленная схема является схемой безотходной операции нанесения покрытия, так как в ванну нанесения покрытия полностью возвращаются компоненты электролита, вынесенные с деталями, а в промывную ванну - чистая вода. Это справедливо для операций нанесения большинства покрытий: хромирования, никелирования, цинкования, кадмирования, меднения, нанесения многих сплавов.

В случае термического разложения органических добавок промывную воду перед дистилляцией пропускают через адсорбционный фильтр, а раствор электролита корректируют новой порцией добавки. Применение вакуум-выпарной установки позволяет исключить предварительную адсорбционную очистку промывных вод от органических компонентов, так как за счёт повышенного вакуума в испарителе в качестве греющего агента вместо острого пара применена горячая вода с температурой 70-90 ⁰С, что резко снижает опасность разложения органических добавок.

Рис.6. Принципиальная схема очистки промывной воды методом выпаривания: 1-сборник промывной воды, 2-насос, 3,4,5-вакуум-выпарная установка (3-испаритель, 4-сепаратор, 5-холодильник), 6-вакуумный насос, 7-сборник концентрированного регенерированного раствора, 8-ванна нанесения покрытия, 9-каскадная ванна промывки.

Убыль воды в промывной ванне за счёт естественного испарения и уноса деталями можно компенсировать конденсатом острого пара от испарителя.

3. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И СХЕМЫ

3.1. ХАРАКТЕРИСТИКА КИСЛОТО-ЩЕЛОЧНЫХ СТОЧНЫХ ВОД

На предприятии ОАО «ЗЭиМ» в результате гальванической обработки металлических заготовок образуются кислото-шелочные сточные воды объемом 180,8 м?/сут. Наиболее часто встречающиеся загрязнения в сточных водах следующие: неорганические кислоты (при травлении металлов), щелочи, неорганические соли тяжелых металлов (при гальванотехнических процессах).

Таблица 1. Состав кислото-щелочных сточных вод ОАО «ЗЭиМ»

№ пп	Показатели	Содержание компонента в неочищенной сточной воде, мг/л	Содержание компонента в очищенной сточной воде, мг/л
1	2	3	4
1	Взвешенные вещества	53,62	150
2	Хлориды	160	150
3	Сульфаты	140	133
4	Фосфаты	1,5	5,5
5	Нитриты	0,3	0,6
6	Нитраты	1,2	0,48
7	Хром 3+	0,6	0,01
8	Хром 6+	0	0
9	Железо 2+	3,1	0,1
10	Железо 3+	4,7	0,3
11	Никель	0,68	0
12	Цинк	0,302	0,088
13	Медь	0,13	0,027
14	Кадмий	отс.	0
15	Нефтепродукты	отс.	0,3

Таблица 2. Физико-химические свойства сточных вод.

№ пп	Наименование сточных вод	Наименование показателей
		Физическое состояние	Рабочие диапазоны температур, ?С	Плотность, кг/м?	рН
1	2	3	4	5	6
1	Неочищенные кислото-щелочные сточные воды	Жидкость	5 - 25	1000	6,5 - 9,2
2	Очищенные кислото-щелочные сточные воды	Жидкость	5 - 25	1000	8,0 - 8,5

3.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЯ ПО ОЧИСТНЫМ СООРУЖЕНИЯМ

В соответствии с техническим заданием на очистные сооружения периодически сбрасывается 53.12 м?/год отработанных растворов.

Общее количество загрязнений, поступающее с отработанными растворами составляет 12823,16кг/год, в том числе:

- отработанными щелочными растворами 6015, 63 кг/год загрязнений;

- с отработанными кислыми растворами 6784, 45 кг/год загрязнений;

- с отработанными хромсодержащими растворами 23,1 кг/год загрязнений. Количество тяжелых металлов, поступающих с промывными водами составляет 2641,24 кг/год, в том числе:

- с кислотно-щелочным потоком 1031,5 кг/год загрязнений;

- с хромсодержащим потоком 2641,24 кг/год.

Суммарный расход соков от гальванического производства указан в таблице 3. Достижение норм, установленных ВCC и частичный возврат воды на повторное использование:

- раздельной обработкой концентрированных стоков (без дозирования промывные воды) с последующим упариванием концентрата для снижения содержания нитратов, фосфатов, хлоридов и сульфатов в очищенных стоках, поступающих в горколлектор;

- обработкой промывных вод двумя потоками непрерывном режиме для ликвидации гидравлических нагрузок на отстойники;

- применение средств автоматического дозирования, реагентов и контроля за технологическими параметрами с целью исключения перерасхода реагентов и поддержание оптимальных параметров процессов очистки;

- организация узлов доочистки стоков с использованием механических фильтров с зернистой загрузкой с целью снижения содержания металлов в очищенной воде.

Для обезвреживания химически загрязненных стоков гальванического производства проектом предусматривается:

- узел обезвреживания кислотно-щелочных стоков с доочисткой на механических фильтрах;

- узел обезвреживания хромсодержащих стоков с доочисткой на механических фильтрах;

- узел обработки отработанных растворов;

- узел сгущения и обезвоживания осадка;

- узел приготовления и дозирования реагентов.

Таблица 3. Суммарный расход соков от гальванического производства

№	Наименование потока	Расход ндк все
		м?/час	м?/сутки	м?/год
	Непрерывный сток
1	Кислотно-щелочные промывные воды	22,6	180,8	-
2	Хромсодержащие промывные воды	5,15	41,2	-
	Итого	27,75	222,0	-
Периодически сбрасываемые отработанные растворы
3	Щелочные отработанные растворы	-	-	31,42
4	Кислые отработанные растворы	-	-	21,28
5	Хромсодержащие отработанные растворы	-	-	0,42
	Итого	-	-	52,12

3.2.1. УЗЕЛ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Принципиальная технологическая схема обезвреживания кислотно-щелочных стоков предусматривает обработку стока щелочным реагентом до рН=8,5 - 9,7 для нейтрализации свободных кислот и связывания, содержащихся в стоках ионов металлов в малорастворимые соединения (гидроокиси, гидрокарбонаты, карбонаты) с последующим гравитационным осаждением их в горизонтальных отстойниках. Осветленные стоки проходят напорное фильтрование через фильтры с зернистой загрузкой (дробленый керамзит, кварцевый песок, антрацит) для очистки от остаточных взвешенных веществ. Органические вещества адсорбируются на свежеобразованных хлопьевидных агрегатах гидроокисей металлов при нейтрализации стоков и удаляются на стадии осветления и доочистки.

Кислотно-щелочные сточные воды К10 из гальванического цеха двумя трубопроводами самотеком подаются в 2-х секционную камеру реакций проточного типа поз.1 с рабочим объемом 10 м⁵. Камера реакций оборудована барботерами и датчиком рН-метра. Щелочной реагент РЗ.З из расходной емкости поз.33/1 самотеком дозируется через электрозадвижку по показаниям рН-метра, установленного в камере реакций поз.1. Поддержание рН в камере реакций в заданном интервале осуществляется автоматически.

Осветление нейтрализованных стоков происходит в существующих горизонтальных отстойниках поз.2а,2б, куда они поступают самотеком из камеры реакции. Для повышения эффективности и ускорения процесса осветления стоков на выходе из камеры реакций дозируется 0,05-0,1%-ный раствор флокулянта Р11 из растворно-расходных емкостей поз.38. Необходимая доза флокулянта 2-4 мг/л.

Из горизонтальных отстойников поз.2а,2б осветленная вода К10.2 самотеком поступает в накопитель осветленных кислотно-щелочных стоков поз.З, откуда насосом поз.4 №1 подается на напорные фильтры поз.5/1,2 и насосом поз.4 №2 на фильтр поз.5/3, загруженные керамзитом для доочистки от взвешенных частиц. Скорость фильтрации осветленных стоков около 7м/ч. Дочищенная вода после фильтра поз. 5/3 сбрасывается в горколлектор. Доочищенные кислотно-щелочные стоки после фильтров поз.5/1 и 5/2 поступают в бак поз.6, где проводится корректировка значения рН в автоматическом режиме путем дозирования раствора кислоты из расходной емкости поз.ба.

Из бака поз.6 очищенная вода насосом поз.7а направляется на повторное использование в гальванический цех и на очистные сооружения (приготовление растворов реагентов). Избыток очищенной воды из бака поз.6 по переливной линии поступает в горколлектор.

Регенерация фильтров выполняется в конце смены поочередно насосом поз.7 из накопителя осветленной воды поз.З. Регенерат после отмывки фильтров Кб.4 направляется в сборник поз. 16, где производится отстаивание его гравитационным методом. Для повышения эффективности осветления регенерационной воды в накопитель поз. 16 подается 0,1% раствор флокулянта. Декантированная осветленная вода через гребенку сборника поз. 16 направляется для дополнительной доочистки на сорбционный фильтр поз. 17а, а затем отводится в горколлектор.

Осадок К6.4.1 из сборника поз. 16 насосом поз. 18 подается в шламонакопители поз.20а,20б. При необходимости опорожнения сборника поз. 16 или недостаточной степени очистки вод (высокое содержание взвешенных веществ в декантированной воде) предусмотрена возможность подачи регенератов насосом поз. 18 в камеру реакций поз.1.

Шлам К6.3 из горизонтальных отстойников поз.2а,2б влажностью 99-99,5% периодически (в конце смены) отводится насосом поз. 48 в шламонакопители поз.20а,20б.

Нагрузка на горизонтальные отстойники по взвешенным веществам снижается почти вдвое за счет исключения осадков, образующихся при обработке хромового потока и отработанных растворов

3.2.2. УЗЕЛ СГУЩЕНИЯ И ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКА

Из горизонтальных отстойников поз.2а,2б влажный осадок насосом поз.48 подается на узел уплотнения в шламонакопители поз.20а,206., где осадок уплотняется гравитационным методом. Для контроля заполнения емкостей в шламонакопителях установлены уровнемеры. Вода, образующаяся над слоем осадка, отводится через гребенку шламонакопителей и сорбционный фильтр поз. 176 в горколлектор или в накопитель поз.44, а затем в горизонтальные отстойники для дополнительного осветления.

Уплотненный в шламонакопителях поз.20а,20б осадок К6.1 (влажность снижается до 94-98%) отводится через электрозадвижку в промежуточную емкость поз. 19/2 и автоматически передавливается сжатым воздухом в корыто барабанного вакуум-фильтра поз.21 для дальнейшего обезвоживания.

Обезвоживание осадка до 70-75% влажности происходит за счет фильтрации жидкой массы через полотно, натянутое на барабан вакуумного фильтра Фильтрация происходит за счет разряжения, создаваемого водокольцевым насосом поз.2 Сбор фильтрата происходит в ресивере поз.22, откуда фильтрат подается насосе поз.24 в сборники фильтрата поз.41а,41б или 25. Обезвоженный осадок с полотно вакуумного фильтра поз.21 срезается ножом в тележку и досушивается в печах. По мере накопления осадок складируется в отведенном месте.

Условно-чистые воды от водокольцевого насоса поз.23 направляются в накопитель поз.42, откуда насосом поз.43 подаются в промывные ванны линии хим.оксидирования стали.

Переливы и шлам из корыта вакуум-фильтра, при необходимости его опорожнения, направляются в накопитель стоков трапов и переливов со шламонакопителей поз.44, откуда насосом поз.45 подаются в камеру реакций поз. 11 или горизонтальные отстойники поз.2а,2б.

В накопителях поз.41а,41б при отстаивании происходит гравитационное осаждение взвешенных веществ, поступающих с фильтратом. Декантированная вода образующаяся над слоем осадка, самотеком направляется в городскую канализацию через сорбционный фильтр поз.17в. Уплотненный осадок из накопителей поз.41а,41б насосом поз.49 возвращается в шламонакопитель поз.206

3.2.3. УЗЕЛ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ДОЗИРОВАНИЯ РЕАГЕНТОВ

Технологический процесс очистки промывных вод и отработанных технологических растворов предусматривает использование растворов следующих реагентов:

- 14% раствора известкового молока;

- 3% раствора известкового молока или другого щелочного реагента;

- 0,05-0,1% раствора флокулянта;

- 5% раствора серной кислоты.

Для приготовления растворов реагентов технологической схемой предусматривается применение воды повторного использования В16:

1. Щелочные реагенты

В качестве щелочного реагента для обработки сточных вод может быть использовано известковое молоко (отходы ацетиленового производства) или раствор кальцинированной или каустической соды.

Раствор (14%) известкового молока РЗ привозится в автоцистерне и передавливается в приемную емкость поз.3О, а затем насосом поз.32 подается в расходную емкость поз.31, где приготавливается рабочий раствор реагента Р3.3.

В случае использования твердой извести загрузка ее осуществляется с помощью электротельфера в растворную емкость поз.30. Рабочий раствор готовится в емкости поз.31.

Для нейтрализации сточных вод щелочной реагент из емкости поз.31 подается насосом поз.32 в расходные емкости поз.33/1,2,3, откуда он автоматически дозируется в соответствующие камеры реакций по показаниям рН-метров.

2. Флокулянты

Для интенсификации процесса осветления сточных вод применяются флокулянты. Растворы импортных и отечественных флокулянтов имеют ограниченную растворимость, так растворы 0,05-0,1 %-ной концентрации, сохраняют свои свойства в течении 1-2 суток в зависимости от марки флокулянта. Растворы с концентрацией можно хранить 7-10 суток.

Учитывая ограниченность помещения по высоте больший расход раствора флокулянта для обработки кислотно-щелочного потока, на камере реакций поз.1 установлены две расходно-растворные емкости поз.38а,б для приготовления и дозирования раствора флокулянта. Для обработки шламов и отработанных растворов используется растворно-расходная емкость поз.40.

Оптимальная доза флокулянта при обработке промывных вод 2 мг/л. Однако, в случае плохого осветления стоков, необходимо уточнять требуемые дозы флокулянта. При обработке концентрированных стоков доза флокулянта увеличивается.

3. Кислоты

В качестве реагентов используются отработанные кислоты, поступающие из гальванического цеха (кроме азотной и фосфорной кислот). В случае отложения отработанных кислот предусматривается подача раствора технической серной кислоты из растворной емкости поз.46. Из этой же емкости раствор серной кислоты подается в расходную емкость поз.6а для корректировки значения рН доочищенных стоков в баке поз.6.

4. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОИЗВОДСТВА

Наименование стадии 1: Усреднение и аккумуляция кислото-щелочных стоков в резервуаре-усреднителе

№ пп	Наименование загруженных ингредиентов	Массовая доля, мг/л	Масса, кг	Объем, м?	Плотность, кг/ м?
			техн.	100%
1	2	3	4	5	6	7
1	Производственный сток, в т.ч.:		886 387,6		886,38	1000
	Взвешенные вещества	63,12		55,95
	Нефтепродукты	8,63		7,65
	Хром 3+	0,608		0,5396
	Железо 2+	2,535		2,247
	Железо 3+	10,956		9,711
	Никель	0,507		0,449
	Цинк	0,608		0,539
	Медь	0,405		0,359
	Вода			886310,1
2	Сточные воды со стадии 3, в т.ч.:		11 241		11,22	1001
	Взвешенные в-ва	3,3		0,0369
	Нефтепродукты	0,096		0,00108
	Хром 3+	0,01		0,00015
	Железо 2+	0,13		0,00147
	Железо 3+	0,29		0,00327
	Никель	0,01		0,00012
	Цинк	0,01		0,00015
	Медь	0,01		0,00009
	Вода			11240,96
3	Сточные воды со стадии 4, в т.ч.:		2 367,1		2,36	1000
	Взвешенные в-ва	22,8		0,056
	Нефтепродукты	0,41		0,001
	Хром 3+	0,12		0,0003
	Железо 2+	0,49		0,0012
	Железо 3+	2,11		0,0052
	Никель	0,12		0,0003
	Цинк	0,12		0,0003
	Медь	0,08		0,0002
	Вода			2 367,04
4	Сточные воды со стадии 5, в т.ч.:		4,29		0,0043	1000
	Взвешенные вещества	41,86		0,00018
	Нефтепродукты	18,6		0,00008
	Вода			4,29
	Итого:		900 000	900 000
	Взвешенные вещества	62,17		55,95
	Нефтепродукты	8,5		7,65
	Хром 3+	0,6		0,54
	Железо 2+	2,5		2,25
	Железо 3+	10,8		9,72
	Никель	0,5		0,45
	Цинк	0,6		0,54
	Медь	0,4		0,36
	Вода			899 920

Получено со стадии 1.

№ пп	Наименование загруженных ингредиентов	Массо-вая доля, мг/л	Масса, кг	Объем, м?	Плот-ность, кг/ м?	Куда направ-ляются
			техн.	100%
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Усредненный производственный сток, в т.ч.:		900000		900	1000	На от-стаива-ние в отстой-ник
	Взвешенные вещества	62,17		55,95
	Нефтепродукты	8,5		7,65
	Железо 2+	2,5		2,25
	Железо 3+	10,8		9,72
	Хром 3+	0,6		0,54
	Никель	0,5		0,45
	Цинк	0,6		0,54
	Медь	0,4		0,36
	Вода			899920
	Итого		900000	900000	900	1000

Наименование стадии 2: Отстаивание кислото-щелочных стоков в тонкослойном отстойнике

№ пп	Наименование загруженных ингредиентов	Массовая доля, мг/л	Масса, кг	Объем, м?	Плотность, кг/ м?
			техн.	100%
1	2	3	4	5	6	7
1	Усредненный производственный сток, в т.ч.:		900000		900	1000
	Взвешенные вещества	62,17		55,95
	Нефтепродукты	8,5		7,65
	Железо 2+	2,5		2,25
	Железо 3+	10,8		9,72
	Хром 3+	0,6		0,54
	Никель	0,5		0,45
	Цинк	0,6		0,54
	Медь	0,4		0,36
	Вода			899920
2	Реагенты:	%	224,5		0,2018
	а) суспензия известкового молока, в т.ч.:		222,6		0,2	1083
	Са(ОН)2	10		22,26
	Вода	90		200,34
	б) раствор серной кислоты, в т.ч.:		1,9		0,0018	1056
	Н2SO4	10		0,19
	Вода	90		1,71
	Итого:		900 224,5	900 224,5	899,3	1001
	Взвешенные вещества, в т.ч.:	87,7		78,9
	Cr(OH)3	0,82		0,742
	Fe(OH)2	4,05		3,645
	Fe(OH)3	13,8		12,42
	Ni(OH)2	0,79		0,711
	Zn(OH)2	0,89		0,802
	Cu(OH)2	0,59		0,529
	Остальные взвеси	66,72		60, 051
	Нефтепродукты	8,5		7,65
	Вода			900 145,6

Получено со стадии 2.

№ пп	Наименование загруженных ингредиентов	Массо-вая доля, мг/л	Масса, кг	Объем, м?	Плотность, кг/ м?	Куда направляются
			техн.	100%
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Осветленный производственный сток, в т.ч.:		886 368		886,4	1000	В город-ской коллек-тор
	Взвешенные вещества	10,5		9,45
	Нефтепродукты	1,7		1,53
	Вода			886357
2	Нефтепродукты, в т.ч.:	%	12,79		0,0145	870	В масло-сборный колодец
	Взвешенные вещества	1,8		0,23
	Нефтепродукты	46,8		5,99
	Вода	50,4		6,45
3	Шлам, в т.ч.:	%	13 844		13,44	1030	В шламо-сборник
	Нефтепродукты	0,0009		0,13
	Вода	99,4991		13 774
	Взвешенные вещества, в т.ч.:	0,5		69,22
	Взвешенные вещества, в т.ч.:	г/л	5,2	69,22
	Cr(OH)3	0,055		0,742
	Fe(OH)2	0,271		3,645
	Fe(OH)3	0,924		12,42
	Ni(OH)2	0,053		0,711
	Zn(OH)2	0,060		0,802
	Cu(OH)2	0,039		0,529
	Остальные взвеси	3,75		50, 371
	Итого:		900224,5	900224,5
	Нефтепродукты	8,5		7,65
	Взвешенные вещества, в т.ч.:	87,7		78,9
	Cr(OH)3	0,82		0,742
	Fe(OH)2	4,05		3,645
	Fe(OH)3	13,8		12,42
	Ni(OH)2	0,79		0,711
	Zn(OH)2	0,89		0,802
	Cu(OH)2	0,59		0,529
	Остальные взвеси	66,72		60, 051
	Вода			900145,6

Наименование стадии 3: Отстаивание шлама

№ пп Наименование загруженных ингредиентов Массовая доля, % Масса, кг Объем, м? Плотность, кг/ м? техн. 100% 1 2 3 4 5 6 7 1 Шлам со стадии 2, в т.ч.: 13 844 13,44 1030 Нефтепродукты 0,0009 0,13 Вода 99,4991 13 774 Взвешенные вещества, в т.ч.: 0,5 69,22 Cr(OH)3 0,005 0,742 Fe(OH)2 0,027 3,645 Fe(OH)3 0,077 12,42 Ni(OH)2 0,005 0,711 Zn(OH)2 0,006 0,802 Cu(OH)2 0,004 0,529 Остальные взвеси 0,377 50, 371 Итого 13 844 13 844 13,44 1030

Получено со стадии 3.

№ пп	Наименование загруженных ингредиентов	Массо-вая доля, мг/л	Масса, кг	Объем, м?	Плотность, кг/ м?	Куда направляются
			техн.	100%
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Сточные воды, в т.ч.:		11241		11,22	1001	В усред-нитель
	Взвешенные вещества	3,3		0,0369
	Нефтепродукты	0,096		0,00108
	Хром 3+	0,01		0,00015
	Железо 2+	0,13		0,00147
	Железо 3+	0,29		0,00327
	Никель	0,01		0,00012
	Цинк	0,01		0,00015
	Медь	0,01		0,00009
	Вода			11240,96
2	Шлам, в т.ч.:	%	2603		2,5	1040	На фильтр- пресс
	Нефтепродукты	0,0049		0,128
	Вода	97,3		2532,72
	Взвешенные вещества, в т.ч.:	2,658		69,183
	Cr(OH)3	0,03		0,742
	Fe(OH)2	0,14		3,643
	Fe(OH)3	0,48		12,41
	Ni(OH)2	0,03		0,709
	Zn(OH)2	0,03		0,796
	Cu(OH)2	0,02		0,528
	Остальные взвеси	1,93		50, 355
	Итого:	%	13 844	13 844	13,44	1030
	Нефтепродукты	0,0009		0,13
	Вода	99,4991		13 774
	Взвешенные вещества, в т.ч.:	0,5		69,22
	Cr(OH)3	0,005		0,742
	Fe(OH)2	0,027		3,645
	Fe(OH)3	0,077		12,42
	Ni(OH)2	0,005		0,711
	Zn(OH)2	0,006		0,802
	Cu(OH)2	0,004		0,529
	Остальные взвеси	0,377		50, 371

Наименование стадии 4: Обезвоживание шлама на фильтр-прессе

№ пп	Наименование загруженных ингредиентов	Массовая доля, %	Масса, кг	Объем, м?	Плотность, кг/ м?
			техн.	100%
1	2	3	4	5	6	7
1	Шлам со стадии 3, в т.ч.:		2603		2,5	1040
	Нефтепродукты	0,0049		0,128
	Вода	97,3		2532,72
	Взвешенные вещества, в т.ч.:	2,658		69,183
	Cr(OH)3	0,03		0,742
	Fe(OH)2	0,14		3,643
	Fe(OH)3	0,48		12,41
	Ni(OH)2	0,03		0,709
	Zn(OH)2	0,03		0,796
	Cu(OH)2	0,02		0,528
	Остальные взвеси	1,93		50, 355
	Итого		2603	2603	2,5	1040

Получено со стадии 4.

№ пп	Наименование загруженных ингредиентов	Массо-вая доля, мг/л	Масса, кг	Объем, м?	Плот-ность, кг/ м?	Куда направ-ляются
			техн.	100%
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Сточные воды, в т.ч.:		2462,61		2,46	1000	В усред-нитель
	Взвешенные вещества	22,8		0,056
	Нефтепродукты	0,41		0,001
	Хром 3+	0,12		0,0003
	Железо 2+	0,49		0,0012
	Железо 3+	2,11		0,0052
	Никель	0,12		0,0003
	Цинк	0,12		0,0003
	Медь	0,08		0,0002
	Вода			2462,6
2	Шлам, в т.ч.:	%	140,39		0,14		На ути-лиза-цию
	Нефтепродукты	0,09		0,127
	Вода	50,67		71,136
	Взвешенные вещества, в т.ч.:	49,24		69,127
	Cr(OH)3	0,53		0,7414
	Fe(OH)2	2,59		3,6411
	Fe(OH)3	8,83		12,4001
	Ni(OH)2	0,5		0,70853
	Zn(OH)2	0,56		0,79554
	Cu(OH)2	0,37		0,52769
	Остальные взвеси: MnO; СаО; Аl2O3; MgO; SiO2	35,84		50,313
	Итого:	%	2603	2603	2,5	1040
	Нефтепродукты	0,0049		0,128
	Вода	97,3		2532,72
	Взвешенные вещества, в т.ч.:	2,658		69,183
	Cr(OH)3	0,03		0,742
	Fe(OH)2	0,14		3,643
	Fe(OH)3	0,48		12,41
	Ni(OH)2	0,03		0,709
	Zn(OH)2	0,03		0,796
	Cu(OH)2	0,02		0,528
	Остальные взвеси	1,93		50, 355

Наименование стадии 5: Отстаивание нефтепродуктов в маслосборных колодцах

№ пп	Наименование загруженных ингредиентов	Массовая доля, %	Масса, кг	Объем, м?	Плотность, кг/ м?
			техн.	100%
1	2	3	4	5	6	7
1	Нефтепродукты со стадии 2, в т.ч.:		12,79		0,0145	870
	Взвешенные вещества	1,8		0,23
	Нефтепродукты	46,8		5,99
	Вода	51,4		6,57
	Итого		12,79	12,79	0,0145	870

Получено со стадии 5.

№ пп	Наименование загруженных ингредиентов	Массо-вая доля, мг/л	Масса, кг	Объем, м?	Плот-ность, кг/ м?	Куда направ-ляются
			техн.	100%
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Сточные воды, в т.ч.:		4,29		0,0043	1000	В усред-нитель
	Взвешенные вещества	41,86		0,00018
	Нефтепродукты	18,6		0,00008
	Вода			4,29
2	Нефтепродукты, в т.ч.:		8,5		0,011	800	На ути-лиза-цию
	Взвешенные вещества	2,68		0,2282
	Нефтепродукты	70,46		5,989
	Вода	26,86		2,283
	Итого:	%	12,79	12,79	0,0145	870
	Взвешенные вещества	1,8		0,23
	Нефтепродукты	46,8		5,99
	Вода	51,4		6,57

5. НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА И КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВА

5.1. ОБСЛУЖИВАНИЕ ОЧИСТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В соответствии с аппаратурным оформлением схемы и режимом работы очистного комплекса численность обслуживающего персонала предусматривается в количестве 4 человек в смену. В состав обслуживаемых сооружений и оборудования входят насосная станция, реагентное хозяйство, компрессорная установка, камера реакции, отстойник, илоуплотнитель, барабанный вакуум-фильтр, канализационные сети.

Ремонтное обслуживание установок предполагается осуществлять силами ремонтной службы предприятия.

Обслуживание очистных сооружений (технологическое и ремонтное) должно осуществляться с соблюдением общих правил по технике безопасности и стандартов ССТБ.

В соответствии со СНиП 2.04.03.-85 работа допускается при температуре воздуха в помещении не менее 16?С.

В соответствии со СНиП 2.04.03.-85 температура воздуха в складских помещениях с реагентами должна быть не менее 5?С.

В соответствии со СНиП 2.04.03.-85 очистной комплекс должен быть оснащен приточно-вытяжной вентиляцией. Кратность обмена воздуха в час: приток - 3, вытяжка - 3.

5.2. КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА

В связи с высокими требованиями, предъявляемыми к качеству очищенной сточной воды, в процессе эксплуатации комплекса необходим постоянный аналитический контроль за технологическим состоянием очистного комплекса. Аналитический контроль обеспечивается санитарно-промышленной группой центральной заводской лаборатории. Данные по методам аналитического контроля представлены в таблице 6.1.

Таблица 4. Методы определения веществ

Взвешенные вещества	Гравиметрический метод ПНД Ф 14.1:2.110-97
Сульфат-ионы	Турбидиметрический метод ПНД Ф 14.1:2.159-2000
Нитрит-ионы	Фотометрический метод ПНД Ф 14.1:2.3-95
Нитрат-ионы	Фотометрический метод ПНД Ф 14.1:2.4-95
Ионы аммония	Фотометрический метод ПНД Ф 14.1.1-95
Фосфат-ионы	Фотометрический метод ПНД Ф 14.1:2.112-97 Лист изм. и доп. от 03.03.2004г.
Хлориды	Аргентометрический метод ПНД Ф 14.1:2.96-97
Общее железо	Фотометрический метод ПНД Ф 14.1:2.50-96 Лист изм. и доп. от 03.03.2004г.
Хром	Фотометрический метод ПНД Ф 14.1:2.52-96 Лист изм. и доп. от 03.03.2004г.
Ионы цинка	Фотометрический метод ПНД Ф 14.1:2.60-96 Лист изм. и доп. от 03.03.2004г.
Никель	Фотометрический метод ПНД Ф 14.1.46-96 Лист изм. и доп. от 03.03.2004г.
Ионы меди	Фотометрический метод ПНД Ф 14.1:2.48-96 Лист изм. и доп. от 03.03.2004г.
ХПК	Титриметрический метод ПНД Ф 14.1:2.100-97
Нефтепродукты	Метод колоночной хроматографии со спектрофотометрическим окончанием ПНД Ф 14.1:2.62-96

Таблица 5. Требования, предъявляемые к качеству очищенных стоков [26,27].

№ пп	Показатели	НДК	Лимит
1	2	3	4
1	рН	8 - 8,5	8 - 8,5
2	Температура, ?С
3	Аммоний солевой, мг/л	0.039	15.58
4	Взвешенные вещества, мг/л	80.9	350.3
5	Хлориды, мг/л	12.4	114.6
6	Сульфаты, мг/л	9.5	142.5
7	Фосфаты, мг/л	0.61	2.6
8	Нитриты, мг/л	0.0005	0.191
9	Нитраты, мг/л	0.36	0.9
10	Железо, мг/л	0.025	5.054
11	Хром 3+, мг/л	0.003	0.191
12	Хром 6+, мг/л	0.012	0.19
13	Никель, мг/л	0.004	0.38
14	Цинк, мг/л	0.0018	0.043
15	Кадмий, мг/л	0.0009	0.02
16	Медь, мг/л	0.0003	0.06
17	СПАВ-ОП-10, мг/л	0.143	1.79
18	Нефтепродукты, мг/л	0.13	2.69
19	БПК, мг/л	20.6	236.0
20	Сухой остаток, мг/л	840.0	783.0
21	Фенол, мг/л	0.005	0.015

5.3. ПЕРЕЧЕНЬ ОБОРУДОВАНИЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

№ п/п	Наименование	Габариты, мм
1.	Камера реакции для обезвреживания кислотно-щелочных стоков V=11,5 м3 Материал: сталь футерованная	1500 х 4500 х 1700h
2.	Тонкослойный отстойник для осветления кислотно-щелочных стоков,2 ед. Q=12 м3/час Материал: сталь	6000 х 1800 х 4050h
3.	Накопитель осветленных кислотно-щелочных стоков Материал: сталь	1500 х 2500 х 2000h
4.	Насос Х65-50-125 Q=25 м3/час, Н=32,0 м.в.ст.
5.	Фильтр осветлительный вертикальный ФОВ-2,0-6 Материал: сталь	D=2000 мм Н=3600 мм
6.	Бак для дочищенной воды Материал: сталь футерованная	2400 х 4000 х 2400h
7.	Расходная емкость для кислого реагента V=0,30 м3 Материал: сталь футерованная	800 х 600 х 600
8.	Насос ВКС 10/45А Q=35,0 м3/час, Н=45,0 м.в.ст.
9.	Насос К100-80-160 Q=100,0 м3/час, Н=32,0 м.в.ст.
10.	Насос ХЦМ 12/25 Q=12,0 м3/час, Н=25,0 м.в.ст. Материал: полипропилен
11.	Бак для осветленной воды Материал: сталь футерованная	1300 х 2000 х 2000h
12.	Насос Х50-32-125 Q=12,5 м3/час, Н=20,0 м.в.ст.
13.	Фильтр осветлительный вертикальный ФОВ - 0,8 Материал: сталь	D=800 мм Н=2600 мм
14.	Сборник воды после регенерации фильтров Материал: сталь	1500 х 3400 х 4500h
15.	Фильтр сорбционный Материал: нерж. сталь	D=200 мм L=1000 мм
16.	Насос ВКС 1/16 Q=3,6 м3/час, Н=18,0 м.в.ст.
17.	Емкость для передавливания осадка в шламонакопитель V=0,4 м3 Материал: сталь	D=800 мм Н=1000 мм
18.	Шламонакопитель V=4,5 м3 Материал: сталь	1200 х 1200 х 3200h
19.	Вакуумный фильтр БОУ - 3 S=3,0 м2
20.	Ресивер V=0,8 м3 Материал: сталь	D=800 мм Н=1200 мм
21.	Водокольцевой вакуумный насос ВВН-3 Q=3,0 м3/час, Н=32,0 м.в.ст.
22.	Влагоотделитель
23.	Приемная емкость для известкового молока V=2,0 м3 Материал: сталь	D=1400 мм Н=1500 мм
24.	Расходная емкость известкового молока V=7,0 м3 Материал: сталь	2000 х 2000 х 2500h
25.	Насос центробежный песковой типа НП 1МАО-2-31-4 Q=7,2 м3/час, Н=13,0 м.в.ст.
26.	Дозатор известкового молока бункерный автоматический ДИМБА Материал: сталь	530 х 400 х 450h
27.	Расходно-растворная емкость для 0,1 - 0,5% раствора флокулянта V=0,30 м3 V=0,1 м3 Материал: сталь футерованная	700 х 800 х 600h 500 х 510 х 410h
28.	Накопитель фильтрата обезвоживания осадков промывных вод V=2,0 м3 Материал: сталь	800 х 800 х 3200h
29.	Накопитель стоков трапов и переливов с вакуумного фильтра V=0,3 м3 Материал: сталь футерованная	800 х 500 х 800h
30.	Накопитель условно-чистой воды от водокольцевого насоса ВВН-3 V=0,3 м3 Материал: сталь футерованная	800 х 500 х 800h
31.	Насос типа ХЦМ 1/10 Q=1,0 м3/час, Н=10,0 м.в.ст. Материал: полипропилен
32.	Растворная емкость серной кислоты Материал: сталь эмалированная	D=1400 мм Н=1380 мм

6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТОВ

6.1. Расчет концентрации взвешенных веществ после нейтрализации стоков

Следует определить концентрацию взвешенных веществ перед отстойником после осуществления нейтрализации и выпадения образующихся соединений в осадок.

Вычислим дозу реагентов для нейтрализации сточных вод. Принимаем, что на нейтрализацию после усреднения поступает 180,8 м? кислых сточных вод с рН = 5. Кислые сточные воды, имеющие рН = 5 содержат свободную серную кислоту. Найдем ее концентрацию. Известно, что серная кислота является сильной кислотой и в растворах практически полностью ионизирована. Концентрацию водородных ионов в растворах серной кислоты можно считать равными активности серной кислоты [28]:

рН = - lg а(H2SO4), (19)

где рН - отрицательный логарифм концентрации водородных ионов;

а(H2SO4) - активность раствора серной кислоты, г-ион/л.

Вычислим активность раствора серной кислоты из выражения:

рН = - lg [Н⁺] = - lg а(H2SO4),

рН = - lg [10^-5] = - lg а(H2SO4),

откуда активность серной кислоты равна: а(H2SO4) = 10^-5(г-ион/л).

Вычислим концентрацию серной кислоты С(H2SO4), г/л, по выражению:

С(H2SO4) = а(H2SO4) / f, (20)

где а(H2SO4) - активность раствора серной кислоты, г-ион/л;

f - коэффициент активности.

Коэффициент активности f зависит от ионной силы раствора м

м = 0,5 ?Сi · (zi )?, (21)

где Сi - концентрации ионов - катионов и анионов, г-ион/л;

zi - заряды ионов.

Зная состав сточных вод, найдем ионную силу раствора м :

м = 0,5 ?( [Cl^-] · (-1)? + [SO4^2-] · (-2)? + [PO4^3-] · (-3)? + [NO2^-] · (-1)? + [NO3^-] · (-1)? + [Fe²⁺] · (+2)? + [Fe³⁺] · (+3)? + [Ni²⁺] · (+2)? + [Zn²⁺] · (+2)? + [Cu²⁺] · (+2)? + )= 0,5·(0,16 + 0,14 ·4 + 0,0015 · 9 + 0,0003 1 + 0,0012 + 0,0031· 4 + 0,0048· 9 + 0,00068 · 4 + 0,000302· 4 + 0,00013· 4 + 0,0012· 9 + 0,000003 4 + 0,00001 4 ) = 0,4029

При м > 0,01 расчет коэффициента активности f производится по формуле:

lg f = - 0,5 · z?·[(м) ^-? / { (м) ^-? + 1 }], (22)

где zi - заряды ионов;

м - ионная сила раствора.

Подставив найденное значение ионной силы раствора в формулу (22), найдем коэффициент активности f :

g f = - 0,5 · (2)? · [(0,40295) ^-? / { (0,4029) ^-? + 1 }],

lg f = - 0,5 · 4 · [0,6347/ { 0,6347 + 1 }],

lg f = - 0,5 · 4 · 0,388

lg f = - 0,7765

f = 0,10986

Найдем концентрацию серной кислоты по формуле (20):

С(H2SO4) = 10 ^-5 / 0,148 = 6,8 · 10 ^-5(г/л) = 6,8 · 10 ^-5 (кг/м?).

Дозу реагента для нейтрализации кислых сточных вод следует определять с учетом выделения в осадок солей тяжелых металлов [7]. Количество реагента G, кг, при нейтрализации кислых сточных вод, содержащих соли тяжелых металлов, вычисляем по выражению:

G = k · (100/ B) · Q · [a ·A + b1·C1+ b2·C2+ b3·C3+ b4·C4+ b5·C5+ b6·C6], (23)

где k - коэффициент запаса расхода реагента по сравнению с теоретическим,

равный для известкового молока 1,1;

B - количество активной части в товарном продукте (извести), %;

Q - количество сточных вод, подлежащих нейтрализации, м?;

a - расход реагента для нейтрализации, кг/кг;

A - концентрация кислоты, кг/м?;

b1 - расход реагента, требуемого для перевода Al³⁺ из растворенного

состояния в осадок, кг/кг;

C1 - концентрация Al³⁺ в сточной воде, кг/м?;

b2 - расход реагента, требуемого для перевода Fe²⁺ из растворенного

состояния в осадок, кг/кг;

C2 - концентрация Fe²⁺ в сточной воде, кг/м?;

b3 - расход реагента, требуемого для перевода Fe³⁺ из растворенного

состояния в осадок, кг/кг;

C3 - концентрация Fe³⁺ в сточной воде, кг/м?;

b4 - расход реагента, требуемого для перевода Ni²⁺ из растворенного

состояния в осадок, кг/кг;

C4 - концентрация Ni²⁺ в сточной воде, кг/м?;

b5 - расход реагента, требуемого для перевода Zn²⁺ из растворенного

состояния в осадок, кг/кг;

C5 - концентрация Zn²⁺ в сточной воде, кг/м?;

b6 - расход реагента, требуемого для перевода Cu²⁺ из растворенного

состояния в осадок, кг/кг;

C6 - концентрация Cu²⁺ в сточной воде, кг/м?.

Поскольку товарным продуктом является известь негашеная комовая (химическая формула СаО) третьего сорта (ГОСТ 9179-70), то содержание активного вещества составляет 60%. Расход гашеной извести для нейтрализации серной кислоты составляет 0,76 кг/кг, негашеной - 0,56 кг/кг. Расход реагентов для осаждения ионов тяжелых металлов находим из таблицы 6.

Таблица 6. Расход реагентов, кг/кг, требуемых для удаления металлов.

Металл	Реагент
	СаО	Са(ОН)2
Свинец	0,27	0,36
Железо	1	1,32
Никель	0,95	1,26
Цинк	0,85	1,13
Медь	0,88	1,16
Алюминий	3,11	4,11

Концентрации тяжелых металлов в сточных водах представлены в таблице 1.

Вычислим количество гашеной извести, необходимой для нейтрализации поступающего объема сточных вод, по формуле (23):

G = 1,1 · 100 · (180,8 / 60) · [ 0,76 · 6,8 · 10 ^-5 +4,11 1,2 + 1,32 · 3,1· 10 ^-3 + 1,32 · 4,7· 10 ^-3 + +1,26 ·0 ,68· 10 ^-3 + 1,13 · 0,302· 10 ^-3 + 1,16 · 0,13· 10 ^-3 ] = 5,502 кг.

Количество сухого вещества осадка М, кг, который образуется при нейтрализации 1 м? сточных вод, содержащих свободную серную кислоту и соли тяжелых металлов, вычисляют по формуле:

М =[(100 - В)·( х1 + х2 )/ B] + х3 + ( у1 - у2 - 2 ), (24)

где B - содержание активной окиси кальция в используемой извести, %;

х1 - количество активной окиси кальция, необходимой для осаждения тяжелых металлов, кг;

х2 - количество активной окиси кальция, необходимой для нейтрализации свободной серной кислоты, кг;

х3 - количество образующихся гидроксидов металлов, кг;

у1 - количество сульфата кальция, образующегося при осаждении металлов, кг;

у2 - количество сульфата кальция, образующегося при нейтрализации свободной серной кислоты, кг.

Если значение третьего члена в формуле отрицательно, то он не учитывается.

Вычислим количество активной окиси кальция х1, необходимой для осаждения тяжелых металлов. В 1 м? сточных вод содержится 1,2· 10 ^-3 кг алюминия (ЙЙЙ), 4,7· 10 ^-3 кг железа (ЙЙЙ), 3,1· 10 ^-3 кг железа (ЙЙ), ,68· 10 ^-3 кг никеля, 0,302· 10 ^-3 кг цинка, 0,13· 10 ^-3 кг меди (ЙЙ).

На удаление металлов, которые содержатся в 1 м? сточных вод, будет израсходовано 12,55· 10 ^-3 кг негашеной извести:

на осаждение ионов алюминия - (3,11·1,2·10 ^-3) = 3,732 · 10 ^-3 кг;

на осаждение ионов железа - (1·7,8·10 ^-3) = 7,8 · 10 ^-3 кг;

на осаждение ионов никеля - (0,95·,68·10 ^-3) = 0,646 · 10 ^-3 кг;

на осаждение ионов цинка - (0,85·0,302·10 ^-3) = 0,257 · 10 ^-3 кг;

на осаждение ионов меди - (0,88·0,13·10 ^-3) = 0,1144 · 10 ^-3 кг.

Тогда количество активной окиси кальция с учетом коэффициента запаса расхода реагента составит х1 = (12,55 · 10 ^-3·0,6·1,1) = 8,28 · 10 ^-3 кг.

Вычислим количество активной окиси кальция х2, необходимой для нейтрализации свободной серной кислоты. В 1 м? сточных вод содержится 6,8 · 10 ^-5 кг серной кислоты. Поскольку на нейтрализацию 1 кг серной кислоты тратится 0,56 кг негашеной извести, то на нейтрализацию 6,8 · 10 ^-5 кг серной кислоты пойдет (0,56·6,8 · 10 ^-5) = 3,8 · 10 ^-5 кг негашеной извести, что составит с учетом коэффициента запаса расхода реагента (3,8·10^-5·0,6·1,1) = 2,5·10^-5 кг активной окиси кальция, следовательно х2 = 2,5·10^-5 кг.

Найдем количество образующихся гидроксидов металлов и количество сульфата кальция, образующегося при осаждении металлов при нейтрализации свободной серной кислоты, для этого напишем уравнения реакций:

Al2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 = 2 Al(OH)3v + 3 CaSO4 v (а)

FeSO4 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 v + CaSO4 v (б)

Fe2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 = 2 Fe(OH) 3v + 3 CaSO4 v (в)

NiSO4 + Ca(OH)2 = Ni(OH)2 v + CaSO4 v (г)

ZnSO4 + Ca(OH)2 = Zn(OH)2 v + CaSO4 v (д)

CuSO4 + Сa(OH)2 = Cu(OH)2 v + СaSO4 v (е)

Н2SO4 + Сa(OH)2 = 2 H2O + СaSO4 v (ж)

На удаление металлов, которые содержатся в 1 м? сточных вод, будет израсходовано гашеной извести:

на осаждение ионов алюминия - (4,11·1,2·10 ^-3) = 4,932·10 ^-3 кг;

на осаждение ионов железа (+2 )- (1,32·3,1·10 ^-3) = 4,092·10 ^-3 кг;

на осаждение ионов железа (+3 )- (1,99·4,7·10 ^-3) = 9,353·10 ^-3 кг;

на осаждение ионов никеля - (1,26·0,68·10 ^-3) = 0,8568·10 ^-3 кг;

на осаждение ионов цинка - (1,13·0,302·10 ^-3) = 0,3413·10 ^-3 кг;

на осаждение ионов меди - (1,16·0,13·10 ^-3) = 0,1508·10 ^-3 кг.

Рассмотрим реакцию (а): на 3 кмоль Ca(OH)2 приходится 2 кмоля Al(OH)3 и 3 кмоль CaSO4. Молярная масса Ca(OH)2 74 кг/кмоль. По формуле найдем количество моль Ca(OH)2 вступивших в реакцию (а): н = m/М = 4,932·10 ^-3/74 = 0,0667·10 ^-3 (кмоль). Значит, в ходе реакции образовалось 0,0444·10 ^-3 кмоля Al(OH)3 и 0,0667·10 ^-3 кмоль CaSO4. Зная молярную массу Al(OH)3, равную 78кг/кмоль, и молярную массу CaSO4, равную 136 кг/кмоль, найдем массу образовавшихся в данной реакции Al(OH)3 и CaSO4 по формуле:m(Al(OH)3) = н ·М = 0,0444·10^-3·78 = 3,466·10 ^-3 (кг) и m(CaSO4) = 0,0667·10 ^-3·136 = 9,071·10 ^-3(кг).