Промышленная очистка сточной воды машиностроительного предприятия

Введение. 8

Глава 1. Литературный обзор. 10

1.1. Методы удаления растворимых примесей сточных вод. 10

1.3. Ионообменная сорбция, механизм ионного обмена. 20

1.5. Регенерация ионитов. 33

Глава 2. Методика эксперимента. 39

2.1. Подготовка ионитов и модельной хромсодержащей сточной воды.. 39

2.1.2. Подготовка модельного раствора хромсодержащей сточной воды 39

2.2. Определение содержания хрома (VI) фотоколориметрическим методом 40

2.3. Очистка сточной воды на анионите. 42

2.4. Регенерация СrО^2-₄ 42

2.5. Нейтрализация стоков, содержащих цианиды.. 42

2.6. Определение содержания цианидов в сточных водах. 43

Глава 3. Результаты и их обсуждение. 45

3.1. Очистка сточных вод от хромат–ионов. 45

3.1.2. Определение концентраций хромат - ионов в промывных растворах. 50

3.1.3. Определение величины адсорбции. 50

3.2. Очистка сточных вод от цианид - ионов. 55

Глава 4. Экономическая часть. 56

Выводы.. 62

Библиографический список. 63

Введение

Рост городов, развитие промышленности и сельского хозяйства привели к тому, что располагая гигантскими водными ресурсами, Россия уже испытывает в ряде регионов дефицит воды, а там где его еще нет, качество воды крайне низкое.

Гальванотехника - одно из производств, серьезно влияющих на загрязнение окружающей среды, в частности ионами тяжелых металлов, наиболее опасных для биосферы. Главным поставщиком токсикантов в гальванике (в то же время и основным потребителем воды и главным источником сточных вод) являются промывные воды. Объем сточных вод очень велик из-за несовершенного способа промывки деталей, который требует большого расхода воды (до 2 м³ и более на 1 м² поверхности деталей).

Сточные воды многих гальванических цехов содержат в своем составе токсические вещества такие, как циан, хром, медь, свинец, кислоту, щелочи и др.

Превышение ПДК может вызвать прямое или косвенное вредное влияние на человека, животных, рыб. Действие хрома (VI), например, выражается в токсическом и канцерогенном проявлении.

Поэтому необходимо максимально уменьшить концентрацию токсикантов в промывных водах.

На машиностроительном предприятии обезвреживание сточных вод в том числе и от хромат-и цианид-ионов производят реагентным методом. Так, Сr (VI) восстанавливают до Cr(III), который менее токсичен, затем производят осаждение. Однако у этого метода есть недостатки. Основным недостатком этого метода является большое количество шламов, содержащих токсичные соединения тяжелых металлов. Утилизация и переработка образующихся шламов - очень сложное и дорогостоящее производство, а в некоторых случаях шламы не поддаются переработке. Основным методом обезвреживания таких отходов является захоронение их на специальных площадках, если таковые предусматриваются. Таким образом, возврат химреактивов и металлов в цикл производства практически исключен.

С учетом этого целью данной работы явилась оценка возможности обезвреживания цианидов реагентным способом и хром содержащих сточных вод методом ионообменной сорбции с последующей регенерацией хромат - ионов.

Глава 1. Литературный обзор 1.1. Методы удаления растворимых примесей сточных вод

 

Удаление растворимых примесей осуществляется экстракцией, сорбцией, нейтрализацией, электорокоагуляцией, эвапорацией, ионным обменом, озонированием и т.п.

Экстракция - процесс перераспределение примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей(сточной воды и экстрагента) в соответствии с коэффициентом экстракции. На машиностроительных предприятиях экстракцию применяют для очистки сточных вод от фенола. Для интенсификации процесса экстракции перемешивание смеси сточных вод с экстрагентом осуществляют в экстракционных колоннах, заполненных насадками типа колец Рашига.

Сорбция наряду с использованием в процессах очистки газа широко применяется для очистки сточных вод от растворимых примесей. В качестве сорбента используют практически любые мелкодисперсные вещества (зола, торф, опилки, шлаки, глина), наиболее эффективным сорбентом является активированный уголь.

Электрокоагуляцию применяют для очистки сточных вод гальванических и травильных отделений от хрома и других тяжелых металлов, а также от цианов.

Ионообменные методы очистки сточных вод находят применение практически в любых отраслях промышленности для очистки от многих примесей, в том числе и шестивалентного хрома. Эти методы позволяют обеспечить высокую эффективность очистки, а также получить выделенные из сточной воды металлы в виде относительно чистых и концентрированных солей. Вредность хрома в сточной воде уничтожается переводом хрома шестивалентного в трехвалентный солями сульфатом железа (II) в кислой среде:[19]

 Сr⁺⁶+3Fе⁺²—2Сr⁺³+3Fе⁺³

Например для хромового ангидрида и хромпика:

 2СrО₃+6FеSО₄+6Н₂SО₄ Сr₂(SО₄)₃+3Fе₂(SО₄)₃+6Н₂О

К₂Cr₂О₇+6FеSО₄+7Н₂SО₄→ К₂SО₄+Сr₂(SО₄)₃+3Fе₂(SО₄)₃+7Н₂О

Образовавшиеся трехвалентные соединения хрома переводятся в осадок (оснований).

Сr⁺³+3ОН → Сr(ОН)₃

Сr₂(SО₄)₃+3Са(ОН)₂→2Сr(ОН)₃+3СаSО₄

Рекомендуется брать избыток железного купороса в 1,5 раза и извести в 2,5 раза больше.

Для спуска в канализацию хромовые растворы разбавить водопроводной водой до концентрации хрома около 60 мг/л и добавить известковое молоко 0,3-0,4 г/л и железный купорос 1 г/л.

3.    Количество кислоты, необходимой для образования осадка, определяется в зависимости от начальной кислотности раствора (рН=4,2-6,3). Время отстаивания осадка 1 час. Основными реагентами являются 10% растворы извести и сернокислого железа.

4.    При смене растворов в травильных и обезжиривающих ваннах необходимо перед спуском в канализацию нейтрализовать соответственно щелочью или кислотой непосредственно в самих ваннах.

5.    При смене электролитов в гальванических ваннах обезвреживание должно проводиться в самих ваннах или запасных емкостях.

6.    Растворы промывных ванн один раз в неделю направлять в Ц.З.Л. для определения рН; При рН, выходящих из нормы (6,5-8,5), необходимо принять меры к доведению рН до нормы путем увеличения количества промывных ванн для данного (определенного) количества промываемых деталей [9].

7.    В канализацию разрешается спускать только воды с рН=6,5-8,5.

8.    Производить спуск в канализацию не обезвреженных травильных, обезжиривающих растворов и растворов гальванических ванн цехам завода категорически запрещается.

9.    Спуск в канализацию нейтрализованных растворов гальванических ванн цехам разрешается производить только при получении свидетельства ЦЗЛ о содержании ядовитых веществ в нейтрализованном растворе не выше предельно-допустимых норм.

10.  Цехам, применяющим в работе масла, растворители, нефтепродукты и смазывающе-охлаждающие жидкости, категорически запрещается сбрасывать в канализацию, их следует собирать в отдельные емкости и сдавать для утилизации.

11.  Для организации этих работ на предприятии существует отдел охраны окружающей среды, который занимается контролем качества стоков. Проведение вышеуказанных мероприятий осуществляется на заводских очистных сооружениях.[9]

В состав реагентной установки обезвреживания хромосодержащих и нейтрализации кисло-щелочных сточных вод входит оборудование [10]

Таблица 1

№ п/п	Наименование оборудования	Кол-во	Технические данные
1.	Приемный резервуар	1	У=190м3 У=70м3 У=300м3
2.	Хром-реактор	3	У=60м3
3.	Емкость хранения извести	1	У=60м3
4.	Расходная емкость восстановителя	1	У=700л
5.	Емкость приготовления раствора восстановителя	1	У=6м3
6.	Емкость приготовления раствора коагулянта	1	У=6м3
7.	Расходная емкость коагулянта	1	У=600л
8.	Мерник раствора коагулянта	1	У=6л
9.	Ц/Б насос подачи стоков в реакторы	2	АХ 160/29 Q=160м3/час Н=29м N=37кВт
10.	Ц/Б насос подачи раствора известкового молока в мешалки	2	ГРК-50 Q=50м3/час Н=16м N=10 кВт
11.	Ц/Б насос перемешивания и подачи раствора восстановителя в емкости	2	АХ 20/31 Q=20м3/час Н=31м N=7,5кВт

Продолжение таблицы 1

12.	Ц/Б насос для откачки дренажных вод	2	АХ 20/31 Q=20м3/час Н=31м N=7,5кВт
13.	Ц/Б насос для циркуляции нейтрализующего раствора насадочной ловушки вытяжной системы реакторов	2	К 20/31 Q=20м3/час Н=31м N=4кВт
14.	Ц/Б насос подачи сточной воды из реакторов на хим. Анализ	3	ХМ 8/40 Q=8м3/час Н=40м N=2,7кВт
15.	Ц/Б насос для перемешивания стоков в реакторе и подачи сточной воды на хим. анализ	3	АХ 30/18 Q=20м3/час Н=18м N=4кВт
16.	Ц/Б насосы подачи полиакриламида в расходную емкость	1
17.	Эл. вентили дозировки в реакторы полиакриламида	4	d 50
18.	Эл. задвижка наполнения реакторов	3	d 200
19.	Эл. вентили подачи раствора восстановителя в реакторы	3	d 50
20.	Эл. вентили подачи раствора известкового молока в реакторы	3	d 50

Цианистые соединения.

Обезвреживание синильной кислоты и её солей (цианидов) основано на реакции перевода циан-солей сернокислым железом в ферроцианид (желтая кровяная соль).

6NаСN+FеSО₄→Nа₂SО₄+Nа₄Fе(СN)₆

Образовавшиеся ферроцианиды не ядовиты.

Для нейтрализации цианистых растворов необходимо в ванну добавить смесь, состоящую из 6 весовых частей железного купороса и 3-х весовых частей гашеной извести на 1 весовую часть цианистых соединений. Из данной смеси приготовить 10% раствор, тщательно перемешать и добавить его в ванну.

Смесь приготовить непосредственно перед нейтрализацией. Содержимое ванны после добавления смеси тщательно перемешать в течение 30 мин., дать отстояться для полноты обезвреживания 24 часа, после чего раствор сдать в лабораторию промсанитарии для анализа. В случае содержания циана в растворе более 1 г/л вышеуказанную смесь вновь добавить в ванну, перемешать, дать отстояться и сдать раствор на анализ. При содержании в растворе циана не более 1 г/л довести рН до 11 10-20% раствором щелочи, добавить 10% раствор хлорной извести из расчета на 1 литр раствора 1 литр 10% раствора хлорной извести. Во время нейтрализации в течение 3-4-х часов раствор должен тщательно перемешиваться. Затем раствор сдать на анализ. В случае отсутствия циана в растворе или содержания его до 0,1 мг/л довести рН до 6,5-8,5 фосфорной кислотой, после чего жидкую фазу раствора слить в канализацию, а твердую-вывезти.

Температура в помещении при нейтрализации цианистых растворов не должна превышать 20^оС. В случае, если температура выше 20^оС раствор охладить добавлением в ванну льда или холодной воды [11].

В состав установки обезвреживания циансодержащего сточных вод входит оборудование. Таблица 2

№ п/п	Наименование оборудования	Кол-во  шт.	Техническая характеристика
1.	Приемная емкость	1	V=16м3
2.	Ц/б насос Х 20/18	2	Q=20м3/час Н=18м
3.	Реактор с механической мешалкой	2	V=4м3
4.	Насос 1х2Р дренажный	1	Q=20м3/час Н=5атм.

Циансодержащие сточные воды содержат растворимые соли щелочных металлов NаСN, КСN, соли тяжелых металлов СuСN, Zn(CN)₂ и комплексные соединения Сu(СN)₃ , Сd(СN)₄.Предельно допустимая концентрация цианидов (СN) для водоемов 0,1м²/л.

Циансодержащие сточные воды должны всегда иметь щелочную среду. С уменьшением значения рН уменьшается устойчивость соединения циана и возрастает ядовитость сточных вод. Изменение рН от 7,8 до 7,5 ядовитость сточных вод увеличивается в 10 раз.

Реагентный хлорный метод обезвреживания сточных вод заключается в окислении токсичных цианидов (СN^-) до (СNО^-) (токсичность при этом уменьшается в несколько тысяч раз) или до азота N₂ и углекислого газа СО₂.

 В качестве реагентов могут быть применены:

 - хлорная известь СаОСL₂ ГОСТ 1692-58

 - гипохлорит кальция Са(ОСL)₂ ГОСТ 13392-73

 - гипохлорит натрия NаОСL ГОСТ 11086-64

 - железный купорос FеSО₂^*7Н₂О ГОСТ 6981-75

При взаимодействии реагентов с водой (кроме железного купороса) образуется сильный окислитель-гипохлорит-иона (СNL^-)

2CаОСL₂+2Н₂О=СаСL₂+Са(ОН)₂+2НСLО СаОСL₂→Са²⁺+ОСL^-+СL^-

При взаимодействии гипохлорит-ионов с цианидами в зависимости от рН сточной воды реакции могут идти по двум направлениям:

а) с образованием цианата

 СN^-+ОСL^-→СNО^-+СL^-

б) с образованием сильно-токсичного газа летучего газа хлорциана

СN^-+ОСL^-+Н₂О→СLСN+2ОН^-

Комплексные соединения (кроме комплекса железа) при обработки хлорным методом реагируют согласно уравнению:

 [Сu(CN)₃]^2-+7ОСL^-+2ОН^-+Н₂О→6СNО^-+7СL^-+2Сu(ОН)₂

При снижении рН до нейтральной происходит гидролиз ционатов [11]

СNО^-+2Н₂О→СО^2-+NН₄

При снижении рН и небольшом избытке активного хлора цианаты окисляются до азота и углекислого газа:

2СNО^-+2ОСL^-→2CО2+N₂+2CL^-

Хлорциан при рН=10-11 быстро и полностью переходит в цианаты:

 2СNСL+2ОН^-→СNО^-+СL^-+Н₂О

Расход активного хлора составляет 3 весовые части на 1 весовую часть СN ^- для окисления до цианата и 7-8 вес. Частей до N₂ и СО₂

 При обработке циансодержащих сточных вод железным купоросом токсичные цианиды переводятся в нетоксичные комплексные соединения, такие как

 К₄[Fе(СN)₆]-желтая кровяная соль,

 Fе₄[Fе(СN₆)]₃-берлинская лазурь

 Реакции протекают медленно и не полностью. Остаточные цианиды находятся в пределах 0,2-0,5м²/л

 Обработка железным купоросом применяется для обезвреживания отработанных растворов, когда концентрация цианидов более 1,0г/л, при аварийных выбросах, нейтрализации стоков, попавших на пол [11].

 Купорос применять в смеси с известью 2:1 из 10% процентного раствора железного купороса и 10% процентного раствора гашеной извести.