Проект участка очистки сточных вод гальванического производства

Очищенная вода через патрубки 10 вытекает из аппарата. Пенный слой периодически удаляется с поверхности сточной  воды пеносборным устройством в направлении против ее течения в камеру 5 с конусным днищем, располагаемую в торце аппарата со стороны входа в него сточной воды. Удаление шлама происходит через патрубок 4. Выделяющиеся газы удаляются вытяжным зонтом, расположенным над электрофлотатором.

Модуль конструктивно  разделен на 2 части продольной перегородкой, разделяющей потоки воды и шлама  в электрофлотаторе. Такая конструкция позволяет использовать электрофлотатор для обработки, как двух различных стоков (при независимом подключении камер), так и одного общего стока (при параллельном подключении камер). Слив жидкости из электрофлотатора осуществляется через дренажные штуцера 3.

Интенсификация процесса флотации осуществляется путем дополнительного  применения реагентов – коагулянтов  и флокулянтов.

 

Технологическая схема очистки  сточных вод

 

2.2 Описание технологической  схемы

 

На Рис. 1. представлена технологическая схема очистки сточных вод гальванического цеха машиностроительного предприятия с последующим сбросом очищенной воды в систему городской канализации, либо возвратом для использования на технические нужды предприятия. Данная система очистки сточных вод рекомендуется для использования при проектировании новых очистных сооружений, либо реконструкции и модернизации действующих станций водоочистки в целях повышения их экономической эффективности и экологической безопасности.

Технологическая схема очистки  сточных вод: Е1, Е2, Е3 – накопительная ёмкость; Н1, Н2 – насос; Д1, Д2, – ёмкость приготовления раствора реагента; НД1, НД2, НД3 – дозирующий насос; Р1 – реактор смешения; ЭФ – Электрофлотационный модуль; ИПТ – источник питания электрофлотационного модуля; ФП – фильтр пресс; КФ – кварцевый фильтр; ИФ – ионообменный фильтр.

Система работает следующим  образом: промывные и сточные  воды гальванического производства подаются в накопительную емкость  Е1. Из емкости Е1 стоки насосом Н1 подается в реактор Р1. В реактор Р1 для предварительной обработки сточных вод дозаторами НД2 и НД3 дозируются реагенты: раствор щелочи и флокулянта. Из реактора Р1 стоки поступают на электрофлотатор ЭФ, в котором по представленному ниже механизму осуществляется извлечение гидроксидов тяжелых металлов, нефтепродуктов и СПАВ. Из накопительной емкости Е2 в емкость Е1 дозатором НД1 дозируются отработанные технологические растворы. Из электрофлотатора очищенная вода поступает в сборную емкость Е3. Осветленная вода из сборной емкости Е3 подается насосом Н2 на механический фильтр КФ, и далее на ионообменные фильтры ИФ, в которых методом ионного обмена происходит извлечение следовых концентраций ионов тяжелых металлов до региональных требований ПДК по сбросам. После очистки вода сбрасывается в канализацию, либо может быть частично возвращена в технологический цикл на повторное использование для технических нужд предприятия (в соответствии с ГОСТ 9.314–90 вода 2-й категории).

Шлам подается для обезвоживания  на фильтр-пресс ФП. Обезвоженный шлам влажностью не более 70% утилизируется.

Основным техническим  узлом системы очистки является электрофлотатор, включающий в себя блок нерастворимых электродов, систему сбора шлама, источник постоянного тока и вытяжной зонт. Работа аппарата основана на электрохимических процессах выделения водорода и кислорода за счет электролиза воды и флотационного эффекта. Установка работает, как в непрерывном, так и в периодическом режимах и обеспечивает извлечение взвешенных веществ, нефтепродуктов, ПАВ, ионов тяжелых металлов Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Cr3+, Al3+, Pb2+, Fe2+, Fe3+ Ca2+, Mg2+ и др. в виде гидроксидов и фосфатов.

 

2.3 Расчет материального  баланса

 

Исходные данные для проектирования:

Рассчитать локальную  установку для очистки сточных  вод гальванического производства. Рассчитать электрофлотатор как основную ступень очистки.

 

Расход сточных вод	1920 м3/сут
Концентрация взвешенных веществ на входе	250 мг/л
Концентрация взвешенных веществ на выходе	1,3 мг/л
Концентрация тяжелых  металлов на входе	98 мг/л
Концентрация тяжелых  металлов на выходе	0,6 мг/л

 

Расход сточных вод=1920 м3/сут= 80 м3/ч (1920/24 ч=80)

1) Масса взвешенных веществ  в загрязнённой сточной воде:

С взвешенных веществ =250 мг/л=0,25 г./л=250 г./м3

G взвешенных веществ =250*80=20000 г./ч

2) Масса тяжелых металлов  в загрязнённой сточной воде:

С тяжелых металлов =98 мг/л=0,098г/л=98г/м3

G тяжелых металлов =98*80=7840г/ч

3) Масса взвешенных веществ  в очищенной сточной воде:

С взвешенных веществ =1,3 мг/л=0,0013г/л=1,3 г/м3

G взвешенных веществ =1,3*80=104 г./ч

4) Масса тяжелых металлов  в очищенной сточной воде:

С тяжелых металлов =0,6 мг/л=0,0006г/л=0,6 г/м3

G тяжелых металлов =0,6*80=48 г./ч

5) Масса извлечённых взвешенных  веществ:

G извлечённых в. в.= 20000–104=19896 г./ч

6) Масса извлечённых тяжёлых  металлов:

Gизвлеч. тяж. Ме= 7840–48 =7792 г./ч

 

2.4 Расчет основного  оборудования

 

Расчет электрофлотатора.

Материальные потоки в  электрофлотаторе.

Исходные данные:

I = 50 А – токовая нагрузка на аппарат;

tоэл=25єС – температура электролита;

Вт=98%;

Расстояние между электродами 5 – 10 мм

Экспериментальные данные по составу воды, поступающей в аппарат:

Na2SO4=2000 мг/л, Скипидар=0,01 мг/л,  Масло веретенное=5 мг/л, ПАВ «Брулин»=30 мг/л, K2Cr2O7 =0,02 мг/л

рН=8,5

Катодные реакции

H2O→H2 + ОН- – 2ē

Анодные реакции

2H2O→O2+4H++4ē

Определение расхода воды при электрофлотации, GH2O

 

 

где GH2O кг/ч – количество воды, вступившее в электрохимическую  реакцию на электроде;

Вт – выход по току, доли единицы;

М = 18 – молекулярная масса  воды;

26.8 – количество электричества,  равная 1 Р, А-ч;

n = 4, 2 соответственно –  количество электронов, участвующих  в электрохимической реакции.

G1H2O = 0,0082 кг/ч – количество  воды, вступившее в реакцию на  аноде.

G2H2O = 0,0165 кг/ч – количество  воды, вступившее в реакцию на  катоде.

GH2O = G1H2O + G2H2O

GH2O = 0,0247 кг/ч

Определение количества образовавшихся газов

 

 

где кг/ч – количество образовавшегося водорода,

МН2 = 2 – молекулярная масса водорода;

n = 2 – количество электронов, участвующих в электрохимической  реакции.

= 0,0019 кг/ч

 

 

где кг/ч – количество образовавшегося кислорода,

МO2 = 32 – молекулярная масса  кислорода.

= 0,2195 кг/ч

Определение количества растворителя (воды), уносимого с газообразными  продуктами

а) Определение количества растворителя, уносимого с водородом

 

где t0эл = 25 – температура  электролита, °С;

22,4 л – объем одного г-моль газа при нормальных условиях;

р = 23,76 мм. рт. ст. = 23,76133 = 3167,2 Па = 31,672 – упругость водяного пара при температуре электролита, гПа;

ρр = 0,02304 – плотность паров растворителя при t0эл, г/л.

= 5,5246 10–4 кг/ч

б) Определение количества растворителя, уносимого с кислородом

 

 

где – количество образовавшегося кислорода, кг/ч.

= 2,7623 10–4 кг/ч

Таким образом суммарный расход воды на электролиз:

=0,0503 кг/ч

 

Заключение

 

Итак, гальваническое производство является одним из крупнейших потребителей воды, а его сточные воды –  одними из самых токсичных и вредных.

Основным видом отходов  в гальваническом производстве являются промывные воды смешанного состава, содержащие несколько видов тяжелых  металлов и других примесей. Очистка  таких стоков затруднена. При этом не удается выделить металлы из шлама  сложного состава, а если и удается, то возникают проблемы с дальнейшим использованием и переработкой отходов. Для решения проблемы снижения количества тяжелых металлов в сточных водах  до ПДК необходимо использовать замкнутую  систему водоснабжения с электрофлотационной очисткой, то есть промывные воды, подвергшиеся очистке от примесей возвращать в технологический цикл, а извлеченные примеси – на захоронение или переработку.

И действительно, в сравнении  с другими методами очистки промышленных сточных вод преимущества использования  электрофлотационных модулей очевидны:

высокая эффективность извлечения дисперсных веществ (гидроксидов и  фосфатов тяжелых металлов и кальция, нефтепродуктов, поверхностно-активных и взвешенных веществ);

высокая производительность (1м2 оборудования – 4 м3/ч очищаемой воды);

отсутствие вторичного загрязнения  воды благодаря примению нерастворимых электродов ОРТА;

низкие затраты электроэнергии от 0,5 до 1 кВт·ч/м3;

отсутствие заменяемых материалов (электродов, фильтров, сорбентов и  пр.);

простота эксплуатации, автоматический режим работы не требуют ежегодного ремонта и остановок;

шлам менее влажный (94–96%), в 3–5 раз легче обезвоживается и  может быть использован при изготовлении строительных материалов и / или пигментов для красителей.

В проекте рассмотрен электрофлотатор как основная ступень очистки, приведена его технологическая схема, её описание, рассчитан материальный баланс сточных вод.

 

Список литературы

 

Волоцков Ф.П. Очистка и использование сточных вод гальванических производств. М.: Химия, 1983.

Бучило Э. Очистка сточных  вод травильных и гальванических отделений. М.: Энергия, 1977.

Костюк В.Н. Очистка сточных вод машиностроительных предприятий. Л.: Химия, 1990.

Алферова Л.А. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. М.: Стройиздат, 1984.

Яковлев С.В. Очистка производственных сточных вод. М.: Стройиздат, 1979.

Когановский А.М. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. М.: Химия, 1983.

Классен В.И., Мокроусов В.А. Введение в теорию флотации. М.: Металлургиздат, 1959. 580 с.

Глембоцкий В.А., Классен В.И. Флотация. М.: Недра, 1973. 384 с.

Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989. 512 с.

Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Водоотводящие системы промышленных предприятий. М.: Стройиздат, 1990. 511 с.

Пушкарев В.В., Южанинов А.Г., Мэн С.К. Очистка маслосодержащих вод. М.: Металлургия, 1980. 200 с.

Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л.: Химия, 1977. 464 с.

Справочник по обогащению руд. Основные процессы. М.: Недра, 1983.