Определение требований к воде на каждой технологической операции; выбор способа и технологической схемы очистки

Вид материала

Документы

Содержание Основные физико-химические методы очистки воды. 2.1 Методы электрокоагуляции и электрофлотации. Адсорбция активированным углем с предварительным хлориро ванием Оборотное водоснабжение Устройство и принцип работы УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАЮЩЕГО ХЛОРРЕАГЕНТА - ГИПОХЛОРИТА НАТРИЯ ИЗ ПОВАРЕННОЙ СОЛИ В БЕЗДИАФРАГМЕННОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ

Подобный материал:

• Удк 001(06) Инновационные проекты, 23.67kb.
• Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. №2 (10), 298.44kb.
• Ю. А. Воронцова технологическая культура как компонент подготовки производственных, 91.26kb.
• Технологический переход законченная часть технологической операции, характеризуемая, 345.27kb.
• 29% от прямых затрат строительства с применением традиционной схемы железобетонного, 55.7kb.
• Продукции. Основные положения, 255.88kb.
• Программа обучения управленческо-педагогического персонала образовательного учреждения, 2174.46kb.
• Доклад по результатам комплексной проверки выполнения Линейной производственно-диспетчерской, 36.04kb.
• Методические указания к курсовому проекту по предмету: «Технология ремонта пс» специальность, 222.83kb.
• О развитии элементной и конструктивно технологической базы ЭВМ, 205.3kb.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД И ОБОРОТНОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ


В зависимости от экологической ситуации в отдельных регионах страны, в том числе и Орловской области к очищенным сточным водам предъявляются более высокие требования.

Требования к качеству воды используемой для оборотного водоснабжения по некоторым параметрам ниже чем к сточным, что в свою очередь ведет к тенденции оборотного водоснабжения на предприятиях.

В настоящее время предлагаются различные варианты систем оборотного водоснабжения и локальных методов очистки сточных вод применительно к определенным предприятиям различных отраслей промышленности.

В комплексе мероприятий по охране водного бассейна от загрязнений решающая роль отводится созданию систем оборотного водоснабжения, что позволяет сократить потребление свежей воды и сократить затраты на водоочистку.

Для достижения высокой степени высокой степени водооборота и уменьшения или полного предотвращения сброса загрязнений в водоемы необходима очистка отработанной воды на локальных установках.

При создании системы оборотного водоснабжения необходимо проведение следующих работ:

• определение требований к воде на каждой технологической операции;
  
• выбор способа и технологической схемы очистки;
  
• разработка технологического регламента очистки воды;
  
• выбор оптимальной схемы водооборота на основе многовариантного технико-экономического расчета;
  
• выполнение проектных работ.
  

. Указанная степень очистки может быть получена при сочетании физико-химических, окислительно-сорбционных, а в некоторых случаях и ионнообменных методов во многоступенчатых схемах очистки.


Основные физико-химические методы очистки воды.

1. ОЗОНИРОВАНИЕ
   

В настоящее время целесообразность использования озона в технологии очистки воды уже не вызывает сомнений. Полученные данные говорят о том, что озонирование во многих случаях более эффективно, чем традиционные методы обработки воды, особенно при необходимости глубокой очистки. Оно может с успехом заменить некоторые технологические процессы, например коагуляцию с быстрым фильтрованием, адсорбцию на стадии третичной очистки сточных вод или использоваться в сочетании с другими физико-химическими методами очистки.

При взаимодействии озона с водой происходит два основных процесса - обеззараживание и окисление загрязняющих веществ. Обеззараживающее действие озона основано на его высокой окислительной способности за счет отдачи им активного атома кислорода. Благодаря высокому окислительному потенциалу озон разрушает цитоплазму бактериальных клеток. Озон является сильнейшим окислителем и для неорганических соединений, в частности, железо, находящееся в большом количестве в скважинной воде в двухвалентном состоянии, которое окисляется озоном до гидрооксида железа (Ш), и выпадает в осадок в виде рыхлого шлама.

В то же время при озонировании, как и при хлорировании, возможно образование продуктов, классифицируемых как токсичные. Вследствие этого целесообразность применения озона в каждом конкретном случае должна решаться отдельно с позиции экономической эффективности и экологической безопасности. Возможно использование озона как первичной стадии очистки, при большой концентрации вредных примесей, с последующей очисткой от продуктов разложения.

Обработка сточных вод озоном на заключительном этапе позволяет получить более высокую степень их очистки, обезвредить различные токсичные соединения. Также исследования процесса озонирования сточных вод показали возможность совмещения с другими процессами водоподготовки, например, совмещение с процессом флотации в одном контактном аппарате.

Наиболее универсальным методом глубокой доочистки сточных вод, в особенности от биорезистентных и токсичных соединений (СПАВ, фенолы), является адсорбция на активированном угле с одновременным окислением озоном.

Для более полного использования активированного угля в технологической схеме используется окислительно-сорбционный способ доочистки сточных вод, который заключается в введении в воду окислителя (озона) и фильтрование через слой гранулированного угля. При обработке воды происходит не простое суммирование эффекта окисления и сорбции загрязнений, а окислительно-сорбционное взаимодействие. В его основе лежит улучшение сорбционных свойств образующихся в процессе окисления продуктов и ускорение реакции окисления на поверхности угля вследствие увеличения на ней концентрации реагирующих веществ. Эффект окислительно-сорбционного взаимодействия проявляется в увеличении срока службы угля. Применяемый озон обеззараживает сточную жидкость и полностью обесцвечивает воду от специфически желтого цвета.

Обеззараживание очищенных сточных вод озоном проводится в тех случаях, когда по экологическим условиям использование хлора запрещено.

2. ФЛОТАЦИЯ
   

Флотация применяется для очистки воды от нефтепродуктов, жиров, волокон, поверхностно-активных веществ. Существуют различные способы флотации :

• напорная;
  
• вакуумная;
  
• с механическим диспергированием воздуха;
  
• электрофлотация.
  

Важной особенностью флотационного метода является насыщение очистной воды кислородом воздуха, что имеет положительные стороны при сбросе воды в водоемы. Однако, при водообороте наличие в воде значительного количества кислорода существенно усиливает коррозию оборудования и трубопроводов.

Для улучшения технико-экономических показателей напорной флотации рекомендуется насыщать не весь объем обрабатываемой воды, а лишь только часть ее.

При напорной и вакуумной флотации образуются очень мелкие пузырьки воздуха, что позволяет извлекать из воды мельчайшие частицы загрязнений.

При очистке сточных вод электрофлотацией имеют место следующие процессы: электролиз, электрофорез, окислительно-восстановительные и химические реакции. На эти процессы влияют химический состав жидкости, материал электродов, напряжение (V) и плотность тока (Di). Электрофлотационные установки состоят из электродного отделения и отстойной части. Взвешенные вещества отделяются в отстойной части .

Высокая эффективность электрофлотации обусловлена малыми размерами пузырьков образующегося газа (10-50 мкм), которые зависят от плотности тока и кривизны электродов. Небольшие скорости подъема пузырьков газа (1-3 мм/с) обеспечивают длительное время контакта жидкости и газа и отсутствие турбулентного перемешивания жидкости. Отмечается способность малых пузырьков внедряться внутрь хлопьевидных частиц в зависимости от рН. Для флотации можно использовать как водород. так и кислород в зависимости от рН воды.

2.1 Методы электрокоагуляции и электрофлотации.


В практике очистки воды получили широкое применение флотационные методы использующие в процессе очистки различные коагулянты.

Рассматривается действие однородного постоянного электрического поля на дисперсную фазу в жидкости и происходящие при этом явления электрокоагуляции и электрофлотации.

Практически полную очистку сточных вод от сульфидов, сероводорода, алкил- и арилмеркаптанов и других сернистых соединений обеспечивает метод, основанный на электролитической обработке сточных вод, где в ванне в качестве катода используется железо или цинк, а в качестве анода - контактирующие пластины из железа и алюминия. При электролизе происходит растворение материалов анода с образованием нерастворимых сульфидов железа или цинка, которые осаждаются вместе с гидратом окиси алюминия. Осадок отделяется фильтрованием или центрифугированием.

Электрокоагуляция основана на анодном растворении железа и алюминия. Расход электроэнергии зависит от расстояния между электродами и скорости движения воды. Расстояние между электродами должно быть не более 20 мм. С увеличением скорости движения воды напряжение уменьшается. В резервуаре с 55 железными пластинами площадью по 1 м ² расход электроэнергии при напряжении 3-6 В составляет 5,5кВт ч/кг растворенного железа. При замене железа на алюминий напряжение возрастает до 6-15 В.

При электрокоагуляции вода не обогащается ионами солей, что имеет важное значение в случае последующего обессоливания воды.

Электрическое поле вызывает в суспензиях и эмульсиях электрофоретическое концентрирование и коагуляцию с участием продуктов электролиза . По мере окисления материала электродов накапливается гидроокись, которая вызывает флокуляционную коагуляцию и ускорение исходных частиц.

Электрокоагуляционный метод используется для очистки растворов от органических примесей.

Электрофлотация дает хорошие результаты при выведении солей и гидроокисей металлов из водных систем. Методом воздушной флотации из сточных вод удается частично извлекать гидроокись цинка, а электрофлотацией достигается полное удаление органических соединений гидроокиси цинка, сероводорода, сероуглерода и гидроокиси железа (Ш).

Предлагается применение электрофлотации для взвесей с небольшим количеством тяжелых металлов, образующихся при обезвреживании и нейтрализации сточных вод гальваноцехов и в сбросах нефтеперерабатывающих заводах. Фенол и другие кислородосодержащие соединения .

При электролизе фенола материалами анода и катода обычно служат графит и сталь, перфорированный свинец и графит , платиновая и железные сетки соответственно.

В отдельных случаях для разложения фенолов в сточную воду добавляют хлориды в виде NaCI или NH₄CI.

В отличие от электроокисления цианидов, электрохимическое окисление фенолов экономически выгодно лишь после того, как их основная часть извлечена из раствора. В этом случае способ может конкурировать с физико-химической и биологической очисткой

После электрохимической стадии следует фильтрация жидкости. В качестве фильтрующей загрузки применяются для верхнего слоя антрацитная крошка (диаметр 2-4 мм) и нижнего - кварцевый песок (диаметр 1-2мм). Для повышения качества осветления применяли активированную кремниевую кислоту. Остаточная концентрация алюминия менее 0,05 мг/л.

Применение электрохимического окисления и восстановления для очистки сточных вод в ряде случаев позволяет полностью окупить эксплуатационные расходы, затраты на электроэнергию и реактивы за счет продуктов электролиза : водород и хлор из стоков производства четырехлористого углерода; NaOH, H₂SO₄, HCI или CI₂ - производства синтетических волокон, жирозаменители и красители с большим содержанием ионов SO₄ и СI; меди и других тяжелых металлов - из травильных растворов.

Экономичной и весьма эффективной является очистка электрическим током концентрированных сернисто-щелочных стоков нефтеперерабатывающих заводов, сточных вод целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности. Электролиз по сравнению с химическим методом позволяет резко уменьшить расход реагентов, значительно упростить и автоматизировать работы, сократить обслуживающий персонал при обезвреживании цианистых стоков гальваноцехов, шахтных вод.

В других случаях электролитическое разложение примесей выгодно лишь как доочистка : когда отделена основная масса органических соединений, например фенола, или после биологической очистки.

Преимуществами электрокоагуляции и электрофлотации являются простата управления, возможность регулирования качества очищенной сточной воды за счет изменения электрических параметров, малая чувствительность к изменению условий проведения процесса (температуры, рН, наличия токсичных веществ), отсутствие необходимости в химикатах, снижение количества шлама, чем при химической обработке, и получение шлама с лучшими структурно-механическими свойствами.

3. АДСОРБЦИЯ

С использованием очищенных сточных вод в системах замкнутого водоснабжения возврастает актуальности разработки методов очистки сточных вод от азота и фосфора

В результате наличия в используемой воде соединений азота и фосфора на стенках аппаратов и труб появляются слизистые отложения, а на открытых поверхностях охлаждающих систем, особенно в брызгальных бассейнах и градирнях, развиваются водоросли, мшанки и губки.

Биологические обрастания увеличиваются при соотношении C : N = 10 : 1. В случае отмирания обрастаний количество органических загрязнений в воде повышается в несколько раз, кроме того, при этом возрастает окисляемость воды. Стандарты качества воды, используемой в сельском и городском хозяйстве, а также для нужд промышленности, предусматривают все более жесткие нормы на содержание соединений азота в очищенных сточных водах при повторном их использовании.

Основные методы и данные по эффективности различных способов удаления из сточных вод органического, нитратного и аммонийного азота приведены в табл. 1.


Таблица 1.

	Удаление азота в %
	органический	аммонийный	нитратный	общий
Отдувка воздухом	не удаляется	60-98	не удаляется	50-90
Хлорирование	не удаляется	80-100	не удаляется	80-95
Адсорбция активированным углем	50-90	не удаляется	не удаляется	10-20
Адсорбция активированным углем с предварительным хлорированием	50-90	80-100	не удаляется	80-95
Ионный обмен с помощью : синтетических смол цеолитов	80-95 удаляется незначительно	85-98 85-98	75-90 не удаляется	70-95 80-95
Электролиз	—//—	70-95	—//—	80-95
Озонирование	—//—	80-95	—//—	—//—
Химическое восстановление	—//—	—//—	50-90	—//—
Химическая коагуляция	30-70	5-15*	не удаляется	20-30

- в качестве коагулянта использовалась известь

Наиболее изученными и экономически приемлемыми методами является отдувка воздухом, адсорбция активированным углем с предварительным хлорированием и ионный обмен на цеолитах.


Адсорбция активированным углем с предварительным хлориро ванием


Активированный уголь (АУ) применяют для удаления из воды растворенных органических веществ, в том числе органического азота. Он не сорбирует аммиак и соли азота, но хорошо сорбирует их соединения с хлором - хлорамины.

По опытным данным хлор следует вводить в воду непосредственно перед поступлением на угольную загрузку, что способствует образованию поверхностных окислов и адсорбции хлораминов.

После осаждения и фильтрования через механические и скорые фильтры сточная вода поступает последовательно на три угольных адсорбера для удаления органических веществ (стадия предварительной адсорбции, время контакта 15 мин), затем ее хлорируют в контактном резервуаре (22 мин) и фильтруют через два угольных адсорбера стадия постадсорбции, время контакта с углем 25 мин.) для дехлорирования и удаления аммиака и хлораминов. Скорость фильтрования 15м/час.

Исследования показали, что в процессе хлорирования - адсорбции удаляется в среднем 85-91% аммонийного азота со снижением его концентрации в воде с 12 до 0,7-1,8 мг/л. При этом удаляется также свободный хлор и все хлорамины. Расход угля, необходимого для удаления органических веществ, - 60 кг/1000 м³.

Эффективность удаления аммиака не снижалась в течение 2 месяцев. Это показывает, что регенерация угля может не потребоваться.

Для окисления аммонийного азота используют гипохлорит натрия или хлор.

Процесс адсорбции-хлорирования имеет ряд преимуществ перед другими методами удаления азота: полное превращение аммиака в азот - безвредный газ, низкие капитальные затраты, обеззараживание воды.


ОБОРОТНОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ


Оборотное водоснабжение промышленных предприятий - главное направление в организации рационального использования водных ресурсов, в охране водоисточников от загрязнений и истощения.

Разработана и предлагается система оборотного водоснабжения предприятий различных отраслей промышленности по комбинированной схеме, включающей в себя:

1-й этап: (в соответствии с рис.1) задержка осадка и крупных взвешенных частиц в уловителе ;

2-ой этап: (в соответствии с рис.2)

• электрокоагуляция и электрофлотация с целью удаления органических о неорганических примесей в электрофлотаторе (1) и отделения образованных взвешенных веществ в контактном резервуаре (2), отстойнике (3) и фильтре с зернистой загрузкой (6) (в зависимости от состава сточных вод возможно применение напорной флотации с применением различных коагулянтов);
  
• окислительно-сорбционная очистка воды с целью обеззараживания и удаления оставшихся органических примесей.
  
• 
  

Устройство и принцип работы


Хозбытовые стоки поступают в уловитель твердых примесей (рис.1) включающий в себя камеру гашения напора, решетки, песколовки и отстойник с целью отделения твердых примесей. Далее поток поступает (рис.2) в электрофлотационную установку в которой происходит электрофлотация, электрокоагуляция и флокуляция за счет растворения железных или аллюминевых электродов. Из электрофлотатора вода попадает в контактный резервуар (2) который имеет две камеры. В первой камере происходит отстой с целью хлопьеобразования, а во второй камере барботаж поступающей воды воздухом для перевода растворенных металлов из двухвалентного состояния в трехвалентное. Далее в системе происходит отделение образованных хлопьев и скоагулированных частиц в отстойнике (3) и фильтре с зернистой загрузкой (6) в виде шлама с промывной водой. Для сбора шлама предусмотрена промывка электрофлотатора, контактного резервуара, отстойника и фильтра. Вода после промывки поступает в отстойник (4) куда подается гипохлорит натрия с целью обеззараживания промывной воды и недопущения вторичного загрязнения воды в самой системе. После отстоя вода сливается в резервуар промывной воды (5) , а из отстойника удаляется шлам.

На заключительной стадии после фильтра (6) вода обрабатывается хлором в контактном резервуаре (7) откуда поступает в блок фильтров (8) и (9) заполненных активированным углем. Количество вводимого хлора должно быть таким, чтоб остаточный хлор в готовой воде на выходе имел концентрацию не ниже 0,3 мг/л.

В зависимости от параметров к требуемой воде и исходной воды возможна обработка воды другими окислителями в том числе хлором, гипохлоритом калия или озоном, что приведет к некоторым изменениям в технологии очистки воды.

Гипохлорит натрия возможно получать в условиях производства. Система по производству гипохлорита натрия представленна в приложении 1.


Технические характеристики

• эффективность очистки по химическим примесям - 80 - 99%
  
• эффективность очистки по взвешенным веществам - 99%
  
• эффективность обеззараживания - 99,9%
  
• возврат воды в систему предприятия - 80 - 90%
  
• срок службы системы - не менее 10 лет
  
• гарантийный срок - 1год
  
• габариты и энергоемкость в зависимости от параметров и объёма обрабатываемой воды.
  

Рис. 1

1 - камера гашения напора воды;

2 - решетки;

3 - песколовка;

4 - отстойник




Приложение 1

УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАЮЩЕГО ХЛОРРЕАГЕНТА - ГИПОХЛОРИТА НАТРИЯ ИЗ ПОВАРЕННОЙ СОЛИ В БЕЗДИАФРАГМЕННОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ (по ГОСТ 11086-76)

Хлорное хозяйство является особо опасным с точки зрения возникновения чрезвычайных ситуаций поэтому в последнее время осуществляются мероприятия по сокращению объектов, использующих жидкий хлор. Одним из путей является переход на обеззараживание воды гипохлоритом натрия.

Технические характеристики

- потребляемая мощностьроизводительность по требованию Заказчика

- содержание активного хлора - 5-7 г/л

Устройство и принцип работы

Электролитический метод получения гипохлорита натрия из поваренной соли основан на получении хлора и его взаимодействии со щелочью в одном и том же аппарате — электролизере. Установка работает следующим образом: в растворный бак (1) загружается поваренная соль, которая заливается водой и перемешивается до получения раствора нужной концентрации и затем готовый электролит поступает в электролизер (2) с графитовыми электродами. После процесса электролиза готовый продукт - гипохлорит натрия сливается в бак-накопитель (3) откуда расходуется на использование.

Н₂О + е = ОН^- + Н⁺ атомы водорода выделяются из раствора в виде газа, оставшиеся же в растворе ионы ОН^- образуют возле катода с ионами Nа⁺ щелочь.

При взаимодействии хлорноватистой кислоты со щелочью образуете гипохлорит натрия: НСI0 = NaOH = NaCIO + Н_зО. При введении гипохлорита натрия в воду происходит его гидролиз с образованием хлорирующих агентов:

NaCIO + Н₂О = NaOH + НС10, НСIO ---- СI0 ^-.

Преимущества получения и использования гипохлорита натрия перед другими хлорирующим реагентами

1. Установка проста по конструкции и в эксплуатации, безопасна, в отличие от установки получения жидкого хлора, которая требует квалифицированный персонал, точность дозирования хлора, высокую технику безопасности и частую замену коммуникаций.

2. Гипохлорит натрия, получаемый по ГОСТ 11086-76 универсален в использовании, так как может применяться в пищевой и медицинской промышленности в отличие от гипохлорита натрия получаемого по ТУ-6-01-1287-84 в диафрагменном электролизере путем растворения газообразного хлора в щелочи и имеющего вследствие технологии высокое содержание щелочи до 90 г/л, что недопустимо в пищевой отрасли и нежелательно в медицинской.

3. Токсичность воды, обработанной гипохлоритом натрия ниже на 10-13% относительно воды обработанной жидким хлором, при этом обеззараживающее действие одинаково в обоих случаях.

4. Скорость коррозии аппаратуры и коммуникаций ниже в 4-20 раз при использовании гипохлорита натрия в отличие от использования жидкого хлора.

5. Простота установки, экономичность, надежность, безопасность,

универсальность использования позволяет получать гипохлорит натрия высокого качества в любых количествах по требованию заказчика.