Проект участка очистки сточных вод гальванического производства

• Усреднение промывных вод в накопительных емкостях и пропорциональное дозирование отработанных концентрированных растворов для отсутствия залпового сброса и обработка флокулянтом (Суперфлок А-100) в реакторе для более эффективной очистки сточных вод;
• Высокоэффективная очистка сточной воды от тяжелых металлов, предварительно переведенных в фазу гидроксидов в электрофлотаторе с получением пенного продукта относительно низкой влажности» 96%;
• Обезвоживание пенного продукта флотации (шлама) на рамном фильтр прессе до» 70%. Обезвоженный шлам может использовать в качестве вторсырья в строительном производстве;
• Тонкая фильтрация воды на механическом фильтре 5–20 мкм для очистки от остаточных взвешенных веществ и глубокая очистка воды от тяжелых металлов в растворенном (ионном) состоянии на сорбционных и / или ионообменных фильтрах до норм ПДК.

Эта система  очистки сточных вод является более высокотехнологичной благодаря применению технологии ультрафильтрации на керамических либо половолоконных мембранах. Ее главными отличиями от классической схемы являются:

• Направленность на создание при следующем этапе модернизации очистных сооружений замкнутого цикла оборотного водоснабжения;
• Более высокая степень надежности и автоматизации процесса водоочистки;
• Более высокие капитальные затраты на приобретение оборудования, но существенно более низкие эксплуатационные затраты благодаря отсутствию необходимости ежегодной замены ионообменных смол, закупки реагентов для их регенерации, длительный (до 10 лет для керамических мембран и до 3 лет для полых волокон) срок службы мембранных элементов в установке ультрафильтрации, что впоследствии приведет к значительной экономии финансовых средств предприятия;
• Отсутствие возможности проскока остаточных концентраций тяжелых металлов при несвоевременной регенерации ионообменного оборудования, а также потребности в самих реагентах для регенерации и кондиционирования ионообменных смол, и, следовательно значительное снижение анионного состава очищенных сточных вод.

Применение  на очистных сооружениях установок  ультрафильтрации является на сегодняшний  день оптимальным решением при реконструкции  и строительстве новых систем очистки сточных вод Вашего промышленного предприятия.

Создание замкнутых  систем очистки сточных вод предопределяет необходимость разработки научно обоснованных требований к качеству воды, используемой в технологических процессах  и операциях. Локальная очистка  сточных вод во многих случаях дешевле их полной очистки в соответствии с существующими требованиями, а создание систем оборотного водоснабжения промышленных предприятий, предусматривающих полное выделение всех компонентов из сточных вод, является важнейшей частью безотходного производства.

 

 

 

2. Специальная часть (технологическая)

 

2.1 Выбор оборудования и технологической схемы очистки сточных вод

 

Электрофлотатор может работать, как самостоятельно, так и в комбинации с другим оборудованием, например в качестве промежуточного звена (отстойник – фильтр) между грубой (реагентной) и тонкой очисткой (ультрафильтрация – обратный осмос).

 

Схема электрофлотатора: 1 – Камера флокуляции (грубой очистки), 2 – Патрубки для подачи сточной воды, 3 – Патрубки для дренажа (технологического слива), 4 – Патрубок для отвода шлама, 5 – Камера для сбора шлама, 6 – Пеносборное устройство, 7 – Уровень воды в аппарате, 8 – Перегородки, 9 – Электродвигатель, 10 – Патрубок для отвода очищенной воды, 11 – Гидрозатвор, 12 – Камера флотации (тонкой очистки), 13 – Электродные блоки, 14 – Токоподводы. Потоки: I – Сточная вода, II – Очищенная вода, III – Флотошлам

 

Электрофлотатор изготовляется в форме прямоугольной емкости из полипропилена, состоящей из нескольких камер с расположенными в них электродными блоками. Корпус аппарата оборудован входными и выходными патрубками с фланцами для присоединения к трубопроводам. В верхней части аппарата на раме монтируется автоматизированное пеносборное устройство расположенное выше уровня воды и состоящее из электродвигателя и транспортера с лопатками для сбора образующейся пены (шлама). Пеносборное устройство приводится в движение электродвигателем.

Процесс электрофлотации  проходит следующим образом: Сточная  вода поступает через патрубки 2 в нижнюю часть камеры флокуляции (грубой очистки) 1, переливается через перегородку 8 в камеру флотации (тонкой очистки) 12 и через отверстие в нижней части поступает в сборник очищенной воды 11, обеспечивающий контроль уровня в установке. После наполнения аппарата жидкостью включают источник питания, и на электроды 13 подается ток. В результате протекания процесса электролиза воды на поверхности электродов идёт выделение газовых пузырьков, которые, поднимаясь вверх, взаимодействуют с дисперсными частицами загрязнений с образованием флотокомплексов «частица-пузырьки газа». Плотность образующихся флотокомплексов меньше плотности воды, что обеспечивает их подъём на поверхность сточной жидкости и образование пенного слоя (флотошлама), состоящего из газовых пузырьков, водных прослоек и дисперсных частиц загрязнений.

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=25ºС – 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.