Химические методы очистки сточных вод

Министерство образования  и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет  им. И.Н. Ульянова»

 

Химико-фармацевтический факультет

 

Кафедра охраны окружающей среды

и рационального использования  природных ресурсов

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

по дисциплине «Промышленная экология»  на тему:

 

Химические методы очистки сточных вод

 

 

                                                                                                               

 

 

 

 

 

           Выполнил студент группы 

           Проверил к.т.н., доцент                                          Эндюськин П.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чебоксары

2012

Содержание

Введение	3
1 Нейтрализация сточных  вод	5
1.1 Нейтрализация смешением кислых сточных вод со щелочными	7
1.2 Нейтрализация сточных  вод добавлением реагентов	8
1.3 Ферритизация	16
2 Окисление	17
2.1 Обеззараживание хлором	17
2.2 Хлорирование воды  порошкообразными хлорсодержащими  реагентами и диоксидом хлора	24
2.3 Хлорирование воды  гипохлоритом натрия	25
2.4 Перехлорирование и  дехлорирование, с аммонизацией	27
2.5 Озонирование воды	28
2.6 Применение окислитилей  и сорбентов для дезодорации  воды и удаления токсичных  веществ	31
3 Восстановление	34
Заключение	37
Литература	38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Одним из важнейших вопросов охраны окружающей среды является охрана водного бассейна от загрязнения.

Наиболее опасны для  водоемов сточные воды предприятий  химической и нефтехимической промышленности, несмотря на то, что объем их по сравнению с объемом сточных вод предприятий других видов промышленности невелик. Сточные воды предприятий химической и нефтехимической промышленности характеризуются сложным и переменным составом, высокой токсичностью, преимущественным содержанием растворенных, а не взвешенных загрязнений, поэтому биологические методы не всегда обеспечивают очистку, достаточную для повторного использования воды на предприятиях.

Химические методы очистки сточных вод наряду с обеспечением необходимого качества воды в соответствии с требованиями водоподготовки позволяют также извлечь из сточных вод ценные продукты и снизить потери производства.

Основными методами химической очистки производственных сточных  вод являются нейтрализация, окисление, восстановление и осаждение примесей.

Химическая очистка  может применяться как самостоятельный метод перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоем или в городскую канализационную сеть. Применение химической очистки в ряде случаев целесообразно (в качестве предварительной) перед биологической или, физико-химической очисткой. Химическая обработка находит применение также и как метод доочистки производственных сточных вод с целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных компонентов. При локальной очистке производственных стоков в большинстве случаев предпочтение отдается химическим методам.

Выбор того или иного  метода очистки (или нескольких методов) производят с учетом санитарных и технологических требований, предъявляемых к очищенным производственным сточным водам с целью дальнейшего их использования, а также с учетом количества сточных вод и концентрации загрязнений в них, наличия необходимых материальных и энергетических ресурсов и экономичности процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Нейтрализация  сточных вод

Производственные сточные  воды от технологических процессов  многих отраслей промышленности содержат щелочи и кислоты. В большинстве кислых стоков содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделять из сточных вод.

С целью предупреждения коррозии материалов канализационных очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и в водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации.

Реакция нейтрализации - это химическая реакция между  веществом, имеющим свойства кислоты, и основания, которая приводит потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типична реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксила, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях. В результате концентрация каждого из этих ионов становится равно той, которая свойственна самой воде, т. е. активная peaкция водной среды приближается к рН=7 [1].

При спуске производственных сточных вод в водоем или в  городскую канализационную сеть практически нейтральными следу е считать смеси с рН = 6,5-8,5. Следовательно, подвергать нейтрализации следует сточные воды с рН менее 6,5 и более 8,5, при этом необходимо учитывать нейтрализующую способность водоема, а также щелочной резерв городских сточных вод. Из условий сброса производственных стоков в водоем или городскую канализацию следует, что большую опасность представляют кислые стоки, которые встречаются к тому же значительно чаще, чем щелочные (количество производственных сточных вод с рН более 8,5 невелико).

Если отработанные производственные сточные воды подаются систему оборотного водоснабжения, то требования к величине активной реакции зависят от специфики технологических процессов.

Наиболее  часто сточные воды загрязнены минеральными кислотами:- серной H₂S0₄, азотной HN0₃, соляной НС1, а также их смесями. Значительно реже в сточных водах встречаются азотистая HN0_2; фосфорная Н₃Р0₄, сернистая H₂SO₃, сероводородная H₂S, плавиковая HF, хромовая Н₂Сг0₄ кислоты, а также органические кислоты: уксусная, пикриновая, салициловая и др.

Концентрация кислот в сточных водах обычно не превышает 3 %, но иногда достигает большей величины; например, в отдельных производствах органического синтеза содержание серной кислоты в сточных водах составляет 40 % и более.

При химической очистке  применяют следующие способы  нейтрализации:

а) взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод;

б) нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная из 
весть СаО, гашеная известь Са(ОН)₂, кальцинированная сода Na₂C0₃, каустическая сода NaOH, аммиачная вода NH4OH);

в) фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, из 
вестняк СаСОз, доломит CaC0₃- MgC0₃, магнезит MgC0₃, обожженный магнезит MgO);

г) абсорбция  кислых газов щелочными сточными водами;

д) абсорбция  аммиака кислыми водами.

Выбор способа нейтрализации  зависит от многих факторов: вида концентрации кислот, загрязняющих производственные сточные воды, расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию, наличия реагентов и т. П [4].

 

1.1 Нейтрализация смешением кислых сточных вод

со щелочными

 Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоту и отработанную щелочь, как правило, различны. Кислые воды обычно сбрасываются в канализацию равномерно в течение суток и имеют постоянную концентрацию; щелочные воды сбрасываются периодически дан или два раза в смену по мере того, как срабатывается щелочной раствор. В связи с этим для щелочных вод часто необходимо устранить регулирующий резервуар, объем которого должен быть достаточным, чтобы принять суточное количество щелочных вод. Из резервуара щелочные воды равномерно выпускают в камеру реакции, где в результате смешения их с кислыми водами происходит взаимная нейтрализация.

Процесс нейтрализации  осуществляется в нейтрализаторах  проточного или контактного типа, которые могут конструктивно  объединяться с отстойниками.

При благоприятных местных  условиях осветление нейтрализованной сточной воды может производиться в накопителях, рассчитываемых на хранение в них осадка в течение 10—15 лет.

Выбор способа осветления (в отстойниках, осветлителях или  накопителях)  производится на основе технико-экономических расчетов.

Объем выпадающего осадка зависит от концентрации в нейтрализуемой сточной воде кислоты и ионов тяжелых металлов, а также от вида и дозы реагента, от полноты осветления и т. д. Наибольшее количество осадка выпадает при нейтрализации сточной воды известковым молоком, приготовленным из товарной извести, которая содержит 50% активной окиси кальция [2].

Нейтрализация производственных сточных вод реагентами затруднена тем, что состав и приток сточной  воды на установку резко колеблются в течение суток. Вместо устройства усреднителей большой вместимости в этих условиях следует применять автоматическое регулирование подачи реагентов. За регулируемый параметр во многих случаях может быть взята величина рН сточной воды. Для измерения рН поступающих сточных вод следует применять погружные датчики, которые в меньшей степени подвержены засорению. Для измерения рН очищенных стоков могут применяться проточные датчики.

Баланс кислых и щелочных сточных вод составляется на период, в течение которого производится выпуск сточных вод от всех цехов и агрегатов, в том числе таких, от которых стоки спускаются периодически.

 

1.2 Нейтрализация сточных вод добавлением реагентов

Если промышленных предприятиях имеются только кислые или только щелочные стоки, невозможно обеспечить взаимную нейтрализацию, применяют реагентный метод нейтрализации. Этот метод наиболее широк: используют для нейтрализации кислых сточных вод.

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).

Различают три вида кислотосодержащих  сточных вод:

- воды, содержащие сильные кислоты (HN0₃), кальциевые соли которых хорошо растворимы в воде; для нейтрализации этих кислот может быть использован любой из указанных выше реагентов;

- воды, содержащие сильные кислоты (H₂S0₄, H₂S0₃), кальциевые соли которых трудно растворимы в воде;

воды, содержащие слабые кислоты (Н₂С0₃, СН₃СООН).

При нейтрализации  производственных сточных вод, содержащих 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.