Очистка сточных вод машиностроительного завода

 , 

 ,  

где - сложный комплекс катионита;

       - катион, находящийся в сточной воде.

Слабоосновные анионы обменивают анионы сильных кислот:

, 

При наличии в воде анионов сильных  и слабых кислот анионирование производят в две ступени. В начале производят анионирование сильных кислот на слабоосновных анионитах, а затем  анионы слабых кислот на сильноосновных анионитах.

В процессе очистки иониты уплотняются. По мере насыщения ионитов производится их регенерация. Перед регенерацией иониты взрыхляются водой или воздухом с интенсивностью 3–5 л/с×м². Регенерация катионита осуществляется 2–8% растворами кислот, анионитов – 2–6% растворами щелочей. После регенерации производится отмывка ионитов водой.

, 

. 

Продуктами регенерации  являются элюаты – растворы кислот и щелочей, содержащие извлекаемые из ионитов  компоненты. Первые порции элюатов  являются наиболее концентрированными. Их  нейтрализуют или обрабатывают с целью утилизации ценных продуктов. Нейтрализацию осуществляют смешением  кислых и щелочных элюатов, а также  введением дополнительных щелочей  и кислот.

Поскольку в сточных, как правило, содержится несколько катионов, большое значение имеет селективность их поглощения. Для каждого вида катионита установлены ряды катионов по энергии их вытеснения. При обмене на сильнокислотном катионите КУ-2 установлен следующий ряд катионов:   

Н⁺<Na⁺< NH₄⁺<Mg²⁺<Zn²⁺<Co²⁺<Cu²⁺<Cd²⁺<Ni²⁺<Ca²⁺<Sr²⁺<Pb²⁺<Ba²⁺.

Для большинства  анионов справедлив следующий ряд  по поглощающей способности: .

Процессы  ионообменной очистки сточных вод  осуществляются в аппаратах периодического (фильтрах) или непрерывного действия.

Фильтр  периодического действия представляет собой закрытый цилиндрический резервуар  с расположенным у днища щелевым  дренажным устройством, обеспечивающим равномерное отведение воды по всему сечению фильтра. Высота слоя загрузки ионита 1,5-2,5 м. Фильтр может работать по параллельно-точной схеме (при подаче сточной воды и регенерирующего раствора сверху) и по противоточной схеме (сточная вода подается снизу, а регенерирующий раствор – сверху). На продолжительность фильтроцикла большое влияние оказывает содержание взвешенных веществ, поэтому перед подачей воды в ионообменную установку следует обеспечить максимальное их удаление.

Содержание  взвешенных веществ в очищаемой  воде и её ХПК не должны превышать 8 мг/л. В противном случае в состав установки включают сооружения предварительной  очистки с кварцевыми и сорбционными фильтрами [5].

 

3.3.2. Расчет ионообменной  установки

 

Производительность  кислотно-щелочного потока м³/сут.

 

Таблица 4

Состав сточных вод первого  потока

 

Ионы	Содержание вещества, г/м3	Расход вещества, г/м3 на 1 г-экв/м3	Содержание вещества,            г-экв/м3
Катионы
Cu2+	1,5	31,77	0,047
Zn2+	10,7	32,68	0,327
Fe3+	0,9	18,61	0,048
Ni2+	10	29,35	0,341
Al3+	9	8,99	1,001
∑[K]	–	–	1,764
Анионы
SO42-	190	48,03	3,956
∑[A]	–	–	3,956

 

В качестве первой ступени ионообменной установки принимаем                    Н-катионитовые фильтры, загруженные  сильнокислотным катионитом КУ-2. Объем катионита определяем по формуле:

_, (3.6)

где – коэффициент для учета расхода воды на собственные нужды установки;

 – полезный расход обезвреженной сточной воды, м³/сут;

– число фильтроциклов в сутки ( [9]);

– рабочая обменная способность катионита, г-экв/м³;

, (3.7)

где – коэффициент эффективности регенерации при удельных расходах H₂SO₄, г/г-экв поглощенных катионов 50; 100; 150; 200 (равен соответственно 0,68; 0,85; 0,91; 0,93);

 – коэффициент для учета снижения обменной способности катионита;

 – полная обменная способность  катионита, равная для КУ-2 800 г-экв/м³;

 – удельный расход осветленной  воды на отмывку 1 м³ Н-катионита, равен    4-6 м³/м³.

Тогда

 г-экв/м³,

 м³.

Определяем  общую площадь катионитовых фильтров , принимая высоту загрузки м:

. (3.8)

м².

Принимаем 2 рабочих катионитовых фильтра и один резервный диаметром  м, тогда общая площадь фильтров составит 3,53 м².

Скорость фильтрования воды для напорных фильтров первой ступени составляет м/ч, (см. приложение табл. 1).

В качестве второй ступени ионообменной установки принимаем анионитовые  фильтры со слабоосновным анионитом  АН-18.

Расчетную скорость фильтрования определяем по формуле:

, (3.9)

где – высота загрузки анионитового фильтра, принимаем равной 2 м;

 – содержание анионов сильных  кислот в сточной воде, г-экв/м³;

– рабочая обменная способность анионитов, г-экв/м³, (для АН-18 равна 1000);

 – продолжительность работы  каждого фильтра между регенерациями,

, (3.10)

где – число, регенераций, сут;

 ч – продолжительность  взрыхления анионита;

 ч – продолжительность  пропускания через анионит регенерационного  раствора щелочи;

 ч – продолжительность  отмывки анионита после регенерации.

ч;

тогда

м/ч.

Общую площадь анионитовых фильтров рассчитываем по формуле:

. (3.11)

м².

Принимаем 4 рабочих анионитовых фильтра и один резервный диаметром м, тогда общая площадь фильтров составит 7,065 м², а фактическую скорость фильтрации определяем по формуле:

. (3.12)

 м/ч.

Регенерацию катионитов предусматриваем 8%-ным раствором серной кислоты, а анионитов 5%-ным раствором щелочи [6].

 

3.3.3. Расчет реагентного хозяйства

 

При регенерации Н-катионитового  фильтра количество подаваемой на него кислоты точно отвечает стехиометрическому расчету и определяем по формуле:

,  (3.13)

где – расход серной кислоты на регенерацию фильтра, кг;

0,049 – удельный расход серной  кислоты на 1 г-экв поглощенных  катионитов      в кг;

– рабочая обменная способность  катионита по иону в г-экв/м³             ( г-экв/м³);

– объем катионита в фильтре, м³.

кг.

Полезную емкость мерника для  концентрированной серной кислоты определяем по формуле:

, (3.14)

где – площадь поперечного сечения одного Н-катионитового фильтра, м²;

– высота загрузки фильтра катионитом, м;

– полная  обменная  способность  катионита, равная для КУ-2 800 г-экв/м³;

 – удельный расход кислоты на регенерацию катионита, г/г-экв;

– удельный вес кислоты, т/м³ ( т/м³ [3]);

– концентрация серной кислоты, % ( [3]).

м³.

 

3.4. Резервуар сбора очищенной воды

 

3.4.1. Назначение резервуара

 

Резервуар сбора очищенной воды устанавливается  для возможности временного ограничения  сброса воды в городской сточный  коллектор (например, утром и вечером  в рабочие дни). График ограничений  сброса согласовывается с работниками  очистных сооружений населенного пункта [5].

 

3.4.2. Расчет резервуара сбора очищенной воды

 

Производительность потока составляет м³/сут. Рассчитываем на время пребывания в резервуаре сточной воды ч.

Часовой расход сточной воды определяем по формуле:

. (3.15)

 м³/ч.

Объем резервуара определяем по формуле:

. (3.16)

 м³.

Принимаем 2 резервуара объемом м³ каждый.

Пусть глубина резервуара составляет м. Тогда площадь резервуара  определяем по формуле:

. (3.17)

м².

Используем  резервуары длиной м и шириной м.

 

3.5. Нефтеловушка

 

3.5.1. Описание нефтеловушки

 

Нефтеловушки применяют для  механической очистки сточных вод  от нефтепродуктов, способных к гравитационному отделению (всплыванию), и от осаждающихся твердых механических примесей.

Горизонтальная нефтеловушка представляет собой отстойник, разделенный продольными стенками на параллельные секции. Сточная вода из отдельно расположенной распределительной  камеры по самостоятельным трубопроводам поступает через щелевую перегородку в каждую секцию нефтеловушки. Освобожденная от нефти вода в конце секции проходит под затопленной нефтеудерживающей стенкой, через водослив переливается в отводящий лоток и далее в трубопровод. Для снижения вязкости нефти в зимнее время предусматривается обогрев поверхности жидкости (змеевиком).

Всплывшая нефть по мере ее накопления сгоняется скребковым транспортером  к щелевым поворотным трубам и выводится по ним из нефтеловушки. Осадок, выпадающий на дно, тем же транспортером сгребается к приямку, откуда его периодически по илопроводу удаляют через донные клапаны или гидроэлеваторами.

Одним из недостатков конструкции нефтеловушки является то, что их распределительные  устройства в виде щелевых перегородок, как правило изготовлены из железобетона и жестко соединены со стенками. Это значительно усложняет их регулировку при наладочных работах [7].

 

3.5.2. Расчет нефтеловушки

 

Производительность  II потока м³/сут.

Рассчитаем  средний секундный расход сточных  вод:

. (3.18)

м³/с.

В нефтеловушке эффек тивность очистки  от нефти составляет Э=99%, концентрация нефтепродуктов в сточной воде составляет мг/л.

Максимальный секундный расход сточной воды определяем по формуле:

, (3.19)

где – коэффициент неравномерности ( ).

 м³/с.

Принимаем 2 отделения нефтеловушки (n =2), глубину проточной части м, расчетная скорость движения воды мм/с, гидравлическую крупность мм/с [1].

Определяем  длину нефтеловушки по формуле:

, (3.20)

где – коэффициент, учитывающий турбулентность потока воды ( при [1]).

м.

Ширину  и высоту нефтеловушки выбираем по таблице 2 (см. приложение): м, м.

Общий объем  проточной части сооружения определяем по формуле:

. (3.21)

м³.

Продолжительность всплывания нефтяных частиц определяем по формуле:

. (3.22)

с = 0,11 ч.

Массу улавливаемой нефти за сутки найдем по формуле:

. (3.23)

т/сут.

 

3.6. Смеситель

 

3.6.1. Описание смесителя

 

Хромосодержащие сточные воды (III поток) поступают в смеситель. Смесители на очистных сооружениях применяются для смешивания сточных вод с реагентами различных видов перед последующей обработкой. Смешение происходит быстро и осуществляется в течении 1-2 минуты.

Также сточные  воды II и III потоков, смешиваясь, поступают в смеситель для нейтрализации серной кислоты. В качестве реагента используем известковое молоко. 

На практике применяют следующие типы смесителей:  шайбовый, вертикальный (вихревой), дырчатый и перегородчатый. Необходимо отметить, что на станциях, где вода обрабатывается известковым молоком, применение дырчатых и перегородчатых смесителей не рекомендуется. Скорость движения воды в смесителях указанных типов не обеспечивает поддержания частиц извести во взвешенном состоянии, что приводит к их осаждению перед перегородками.