Нейтрализация кислыми газами
Для нейтрализации щелочных сточных вод в последнее время начинают использовать отходящие газы, содержащие СО2, SO2, NO2 и др. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно производить высокоэффективное очистку самих газов от вредных компонентов.
Использование для нейтрализации щелочных сточных вод диоксида углерода имеет ряд преимуществ по сравнению с применением серной или соляной кислот позволяет резко снизить стоимость процесса нейтрализации. Вследствие плохой растворимости СО2 уменьшается опасность переокисления нейтрализованных растворов. Образующиеся карбонаты находят большее применение по сравнению с сульфатами или хлоридами, кроме того, коррозионные и токсичные воздействия СО3:2– ионов в воде меньше, чем ионов SO42 и С132–.
Процесс нейтрализации может быть проведен в реакторах с мешалкой, в распылительных, пленочных и тарельчатых колоннах.
Дымовые газы вентилятором подают в кольцевое пространство вокруг вала мешалки и распределяют мешалкой в виде пузырьков и струй в сточной воде, поступающей внутрь реактора. Благодаря большой поверхности контакта между водой и газами происходит быстрая нейтрализация сточной воды. Присутствие в газах SO2 способствует нейтрализации щелочных сточных вод.
При проведении процесса в тарельчатых колоннах степень нейтрализации увеличивается с ростом скорости газа и уменьшением плотности орошения.
Количество кислого газа, необходимого для нейтрализации, может быть определено по уравнению массоотдачи:
где М – количество кислого газа, необходимого для нейтрализации; К – фактор ускорения;вЖ– коэффициент массоотдачи в жидкой фазе; F – поверхность контакта фаз; ∆С – движущая сила процесса.
Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами использована в ряде производств, в том числе и в асбестоцементном производстве. Сточные воды этих производств имеют рН = 12-13. Щелочность воды обусловлена постоянным выщелачиванием в нее гидроксида кальция. Нейтрализацию проводили диоксидом углерода дымовых газов (5-6 % СО2) в тарельчатом абсорбере.
Особенностью нейтрализации дымовыми газами сточных вод асбестоцементного предприятия является образование карбоната кальция, который может находиться в состоянии пересыщения и отлагается на внутренней поверхности оборудования. Для предотвращения образования в абсорбере карбонатных отложений процесс нейтрализации следует проводить по циркуляционной схеме (рис. 1.50).
Сточная вода из усреднителя должна поступать в смеситель, где предварительно нейтрализуется частью воды, выходящей из абсорбера.
В смесителе протекают следующие реакции:
Образующийся осадок карбоната кальция осаждается в циркуляционной емкости. Предварительную нейтрализацию сточной воды проводят с целью получения на входе в абсорбер смеси с таким водородным показателем, при котором смесь при окончательной нейтрализации в абсорбере дымовыми газами не образует карбонатных отложений. При этом в абсорбере протекают следующие реакции:
Отношение объемных расходов циркулирующей и сточной воды, при котором образуется смесь, невыделяющая карбонатных отложений, зависит от состава сточной воды и составляет от 2,5 до 4.
Для нейтрализации применяют абсорберы с крупнодырчатыми провальными тарелками с большим свободным сечением. Например, тарелки со свободным сечением более 30 % и отверстиями размером 20 × 50 мм.
Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами является примером ресурсосберегающей технологии, позволяющей исключить использование кислот, создать бессточную схему водопотребления (рис. 1.51) При этом ликвидируется сброс сточных вод, сокращается потребление свежей воды, экономится тепловая энергия на подогрев свежей воды, а также очищаются дымовые газы от кислых компонентов (СО2, SO2 и др.) и пыли.
Источник
Химические методы очистки сточной воды
Очистка сточных вод химическим путем – один из трех способов, использующихся для борьбы с загрязнениями. Существуют также механический и физико-химический. Первый направлен на первичную обработку и удаление самых крупных частиц, в то время как физико-химический способен справиться даже с малейшими частицами путем обработки озоном и ультразвуком.
Химическая очистка воды из стоков способствует выделению из отработанных жидкостей растворенных веществ – механическая обработка на это неспособна. Технология оказывает действие на загрязняющие вещества на молекулярном уровне, не только извлекая примеси, но также дезинфицируя и обесцвечивая воду. Однако, для достижения желаемого эффекта важно строго соблюдать количество используемых реагентов и обеспечить оптимальные условия для полноценного завершения реакций.
К основным задачам химических методов можно отнести очистку сточных вод от вредных веществ и микроорганизмов, которые могут оказывать пагубное влияние на окружающую среду. Он подразумевает добавление реагентов, под действием которых загрязнения выпадают в осадок. Далее, механизированным путем, они удаляются.
Химические методы очистки сточных вод
Существует три основных метода химической водоочистки, используемых чаще всего: нейтрализация, окисление и коагулирование.
- Нейтрализация. Сущность метода заключена в обработке стоков кислотами или щелочами. Это позволяет добиться оптимального показателя рН. Он активно задействуется в промышленной сфере. В частности, его используют в текстильной, фармацевтической, химической промышленности, а также в машиностроении. В роли реагентов применяют растворы кислот и щелочей. В некоторых случаях вода может проводиться через загрузки с нейтрализующими свойствами – магнезит или доломит. В этом случае используется специальное оборудование.
- Окисление. Данный метод выражается в добавлении сразу нескольких видов окислителей. К ним можно отнести хлор, диоксид хора, кислород, а также гипохлорит натрия или кальция. Способ эффективен при очистке отработанных стоков, в составе которых присутствуют такие соединения как цинк и цианид меди. Окисление часто применяют в машиностроении и приборостроении, а также целлюлозно-бумажной промышленности и свинцово-цинковых производствах. После проведения такой очистки токсичные вещества теряют свои вредные свойства. К недостаткам технологии можно отнести достаточно высокую стоимость реагентов и их большой расход.
- Коагулирование. Коагулирование подразумевает использование особых соединений – коагулянтов. В зависимости от серьезности загрязнений, в их роли может выступать сернокислый алюминий или хлорное железо. Соединения вступают в контакт с бикарбонатами, содержащимися в стоках, и обеспечивают их быстрое, а главное эффективное осаждение. Это касается как полимерных смол, так и других вредных веществ.
На сегодняшний день существуют специальные установки, которые позволяют быстро и эффективно устранить бактерии и вредные вещества, оседающие в виде осадка после первичной очистки. Химическая очистка сточных вод относится к одной из самых эффективных, обеспечивая соблюдение санитарных норм по химическому составу. Это приводит к тому, что производства могут экономить водные ресурсы, используя очищенные стоки повторно.
Озонирование или хлорирование – что лучше?
Раскрывая процесс окисления, как одной из наиболее эффективных методик очистки промышленных сточных вод, следует отметить разделение способа по виду окислителей. Это может быть озон или хлор. Озон позволяет добиться высоких результатов при незначительных затратах, а также представляет собой экологически чистое вещество без специфического запаха. Также он способен заметно быстрее окислить вредные вещества в сравнении с хлором.
Несмотря на это, для химической очистки сточных вод окислением в России чаще используется именно хлор, что связано с его доступной ценой, универсальными свойствами, позволяющими обеззараживать как воду, так и обработанные поверхности, а также продолжительным эффектом очистки. При этом, в отличие от озона, свойства хлора и его влияние на человеческий организм полностью изучены, что также помогает установить точную дозировку без вреда окружающей среде.
Проверка качества воды после очистки
Химическая очистка стоков требует высокого уровня компетентности, соблюдения установленных государственных норм, а также использования качественного оборудования и реактивов. Только соответствие технологическому режиму позволит добиться качественного удаления примесей промышленного или бытового происхождения из загрязненных вод. Но, чтобы убедиться в том, что очистные мероприятия дали ожидаемый результат, не обойтись без проведения анализов.
Для получения точных результатов в кратчайшие сроки достаточно обратиться в московскую лабораторию «НОРТЕСТ» – испытательный центр оснащен всем необходимым оборудованием и реагентами для проведения исследований на самом высоком уровне. Применение наиболее эффективных методов позволяет точно определить не только концентрацию веществ, но и классифицировать их. В итоге полученные результаты помогут в поиске решений, который способствуют исправлению ситуации с загрязнениями.
Полезные статьи
Определение ароматических углеводородов в воде
Оценка химического загрязнения почв и грунтов
Источник
1. Нейтрализационные установки
Общие сведения. Для нейтрализации кислот можно применять различные вещества, в том числе едкий натр, едкое кали, известь, известняк, доломит, мрамор, мел, магнезит, соду, отходы, щелочей и т. п. В настоящее время наиболее дешевым и доступным реагентом является гидроокись кальция (гашеная известь).
Для нейтрализации щелочных стоков применяют серную, соляную, азотную, фосфорную и другие кислоты, наиболее широкое применение находит серная кислота.
Дозу реагентов для обработки сточных вод следует определять при условии, что произойдет полная нейтрализация содержащихся в них кислот или щелочей, а также выпадут в осадок соединения тяжелых металлов. Избыток реагента принимают равным 10% расчетного количества; при этом учитывают взаимную нейтрализацию кислот и щелочей, находящихся в сточных водах, а также щелочной резерв бытовых сточных вод или водоемов.
Нейтрализационные установки состоят из комплекса сооружений, включающего оборудование и емкости для разгрузки реагентов, их складирования, приготовления реагентов, их дозирования и введения в обрабатываемую жидкость.
Различают три способа нейтрализации кислотосодержащих вод:
фильтрационный, при котором сточную воду, содержащую азотную или соляную кислоты, фильтруют через кусковой или зернистый нейтрализующий материал;
водно-реагентный (наиболее распространенный, рис. 16;3), при котором в сточную воду добавляют реагент в виде раствора или сухого вещества (известь, соду или шлак);
нейтрализующим раствором может быть и сточная вода, содержащая щелочь;
полусухой, при котором высококонцентрированные по кислоте сточные воды смешивают с сухим реагентом (известью, шлаком), в таких пропорциях, что, минуя жидкую фазу, образуется тестообразная масса. Способ применим для малых количеств стоков, например для отработанных растворов.
Количество щелочного реагента, теоретически необходимое для нейтрализации различных кислот, приведено в табл. 16.3. Количество щелочных реагентов для осаждения катионов металлов определяют по уравнению соответствующей реакции. Объем осадка, образующегося при нейтрализации сточных вод, определяют по формулам, приведенным в СНиП II-32-74.
Для выделения осадка применяют отстойники, рассчитанные на пребывание в них сточной воды в течение 2 ч. Осадки, выделенные в отстойниках, обезвоживают на шламовых площадках, барабанных вакуум-фильтрах или на фильтр-прессах.
Рабочие растворы агрессивных реагентов приготовляют в емкостях с антикоррозионной защитой. Все резервуары, трубопроводы, насосы, лотки и другое оборудование, соприкасающееся с кислотами и с кислой сточной водой, выполняют из кислотоупорного материала или защищают соответствующей изоляцией.
При проектировании нейтрализационных и реагентных установок необходимо предусматривать механизацию погрузочно-разгрузочных работ и защиту помещений от пыления реагентов.
Фильтры-нейтрализаторы являются непрерывно действующими сооружениями. Их загружают твердыми кусковыми материалами — мелом, известняком, мрамором, доломитом и др. Фильтры применяют главным образом для нейтрализации сточных вод, содержащих соляную и азотную кислоты, а также серную кислоту в малых концентрациях (до 5 мг/л) и при отсутствии в воде солей тяжелых металлов. При больших концентрациях серной кислоты сульфат кальция, образующийся в количестве, превышающем его растворимость (2 г/л), выделяется на поверхности нейтрализующей загрузки и снижает эффективность процесса. Для нейтрализации серной кислоты можно применять загрузку из карбоната магния, поскольку растворимость образующегося сульфата магния высокая; однако такая загрузка дефицитна. Начальная крупность загрузочного материала 3—8 см; в процессе работы фильтра крупность загрузки уменьшается вследствие частичного растворения материала в фильтруемой воде. Высоту загрузки фильтра при нейтрализации сточных вод, содержащих азотную и соляную кислоты, принимают 1—1,5 м, и содержащих серную кислоту,—1,5—2 м.
Рис. 16.3. Принципиальная технологическая схема водно-реагентной нейтрализации сточных вод
I — кислые сточные воды; II — щелочные сточные воды; III — нейтрализованные стоки; 1 — песколовка; 2 — усреднители; 3 — смеситель; 4 — контактный разервуар; 5 — отстойник; 6 — уплотнитель осадка; 7 — механическое обезвоживание осадка; 8 — шламовые площадки для обезвоживания осадка (при отсутствии механического обезвоживания); 9 — накопитель обезвоженного осадка; 10 — склад реагентов; 11 — приготовление раствора реагента; 12 — дозаторная реагента
Воду можно фильтровать сверху вниз или снизу вверх. Скорость фильтрации воды зависит от концентрации кислоты в сточной воде. Чем выше концентрация кислоты, тем меньше должна быть скорость фильтрации воды.
Для фильтрации через известняк сточных вод, содержащих азотную и соляную кислоты, скорость фильтрования принимают 0,5—1 м/ч. Скорость фильтрования воды через доломит со средней крупностью частиц 4—6 см при концентрации серной кислоты до 0,5% принимают 0,6—0,9 м/ч; при концентрации до 2% скорость фильтрации должна быть уменьшена до 0,35 м/ч.
Максимально допускаемая скорость фильтрации при концентрациях кислоты менее 0,2% — не более 5 м/ч при продолжительности контакта воды с загрузкой не менее 10 мин. Нейтрализующая способность загрузки может поддерживаться промывкой потоком воды снизу вверх. Расход воды на промывку достигает 30% производительности установки.
В состав сооружений с фильтрами-нейтрализаторами должны входить усреднители сточных вод, установки для дробления и классификации загрузки, механизмы для догрузки фильтров, насосные установки для промывки фильтров, отстойники для осаждения взвешенных веществ из промывных вод.
Нейтрализационные установки с приготовлением известкового молока; Для получения известкового молока используют комовую (желательно без инертных добавок) или порошкообразную строительную известь (по ГОСТ 9179—70). Наиболее эффективно комовую известь размельчать до частиц крупностью 5—10 мкм (всего 60— 70%) и 10—100 мкм (30—40%).
Порошкообразная известь делится на молотую и гидратную (пушонку), получаемую путем гидратации (гашения) кальциевой, магнезиальной и доломитовой извести. Нормы качества различных видов извести приведены в табл. 16.4.
Согласно ГОСТ 9179—70, известь следует транспортировать и хранить в условиях, исключающих ее увлажнение, засорение и пыление, поэтому негашеную комовую известь необходимо транспортировать в закрытых вагонах, контейнерах и закрытых грузовых автомобилях. Порошкообразную известь необходимо отгружать в цементовозах, контейнерах или судах, в которых исключены ее пыление или утечка, а также в бумажных многослойных мешках. Комовую известь следует хранить в закрытых помещениях или емкостях, а порошкообразную известь — только в закрытых емкостях.
По согласованию с администрацией железной дороги допускается перевозка комовой извести в открытых саморазгружающихся вагонах. При этом известь укрывают пленкой, дощатыми щитами и т. п.
Срок хранения воздушной негашеной извести порошкообразных видов в бумажных мешках с момента ее изготовления не должен превышать 15 сут. Срок хранения негашеной извести в герметической таре не ограничивается.
Продукты переработки негашеной комовой и порошкообразной извести, а также гашеной гидратной извести (пушонки) классифицируют следующим образом:
известковое тесто, содержащее 40—60% гидроокиси кальция и магния и получаемое при соотношении негашеная известь : вода, равном 1 : (1-1,4) по массе;
известковый шлам (концентрированное известковое молоко), содержащий 20— 35% твердого вещества. Шлам получают при гашении 1 ч. товарной извести и 2 ч. воды по массе;
известковое молоко, включающее 1— 20% извести, получаемое при соотношении известь : вода, равном (1:3)—(1:4,5). Известковое молоко готовят преимущественно из негашеной кодовой или порошкообразной извести, реже из гашеной извести.
На канализационных очистных станциях для нейтрализации сточных вод используют известковое молоко с 5%-ным содержанием извести, в отдельных случаях доставляют приготовленное в централизованном порядке известковое тесто, или 30%-ный (по твердому веществу) известковый шлам, который затем доводят до 5%-ной концентрации по СаО.
При использовании комовой извести 70%-ной активности для приготовления известкового молока 5 % -ной концентрации на 1 т товарной извести требуется 13— 14 м3 воды с температурой не менее 25° С. До употребления молоко выдерживают не менее 12 ч, непрерывно перемешивая гидравлическим или механическим способом; пневматическое перемешивание не рекомендуется, поскольку оно снижает количество активной СаО.
При проектировании установок для приготовления известкового молока можно использовать принципиальные технические решения в проектах, разработанных институтом Гипростроммашина и др.
Современные механизированные установки различной производительности — для получения известкового молока приведены на рис. 16.4—16.6.
Установка для приготовления 5%-ного известкового молока производительностью по комовой извести 20 т/сут (см. рис. 16.4) построена на Невинномысской фабрике первичной обработки шерсти и некоторых других предприятиях. Установка оборудо(реконструированное решение).
Рис. 16.4. Технологическая схема установки для приготовления 5%-ного известкового молока из комовой негашеной извести
1—автосамосвал или,, же- лезнодорожный вагон; 2—бункер приемный; 3 — питатель; 4 — кон- вейер ленточный; 5 — дробилка; 6 — элеватор; 7 — бункер-склад; 8 — питатель; 9 — конусная труба; 10 — шаровая мельница; 11—класси- фикатор; 12— резервуар для известкового молока концентрацией 30%; 13 — насос; 14 — резервуар из- весткового молока, кон- центрацией 5%; 15 — на- сос; 16 — бункерный ав- томатический дозатор известкового молока; 17 — комовая известь; 18 — вода; 19 — известковое молоко
Проект установки для приготовления 5%-ного известкового молока на 5 т/сут молотой негашеной извести (см, рис. 16.5) разработан Минским отделением Союзводоканалпроекта. Известь доставляют в специальных саморазгружающихся закрытых вагонах или автоцементовозах с пневматической разгрузкой, а также в контейнерах. Отличительными особенностями установки являются индустриализация монтажных работ (оборудование изготовляется промышленностью), минимальные затраты физического труда при эксплуатации, надежные санитарно-гигиенические условия.
Рис. 16.5. Технологическая схема установки для приготовления 5%-ного известкового молока из молотой негашеной извести
1 — автоцементовоз; 2 — автоматизированный склад извести С-753А; 3 — камерный насос; 4 — воздух; 5 — компрессор; 6 — фильтр для очистки воздуха; 7 — расходный бункер извести; 8 — аппараты с перемешивающим устройством; 9 — известь; 10 — насос для перекачки концентрированного известкового молока; 11 — вода; 12 — известковое молоко; 13 — гидроциклоны; 14 — гидравлические мешалки; 15 — бункерные автоматические дозаторы известкового молока; 16 — насос для известкового молока
Проект установки для приготовления 5%-ного известкового молока при контейнерной доставке извести на 5—8 т/сут (см. рис. 16.6) разработан Союзводоканалпроектом.
Дозирование известкового молока осуществляют с помощью автоматических бункерных дозаторов (рис. 16.7). Типоразмеры бункерных дозаторов приведены в табл. 16.5.
Нейтрализационные установки с дозированием сухих реагентов. При использовании сухих реагентов значительно упрощается реагентное хозяйство: отпадает необходимость строительства и эксплуатации растворных устройств и хранения запасов сухого дозирования предъявляют специальные требования: они должны быть мелкого помола, неслеживающимися и быстрорастворимыми. К таким реагентам относят соду, известь-пушонку и др. Дозу реагента при этом увеличивают на 30—50%, так как реакция между твердой и жидкой фазами протекает не до конца и идет более медленно.
Для нейтрализации сточных вод дозирование сухих реагентов имеет ограниченное применение из-за их дефицита и высокой стоимости.
Рис. 16.6. Технологическая схема установки для приготовления известкового молока концентрацией 5% при контейнерной доставке извести
1 — кран подвесной электрический; 2 — резино-кордный контейнер емкостью 1,6 т; 3 — бункер с подставкой для опорожнения контейнера; 4 — вибропитатель; 5 — ротаметры для воды; 6 — известегасилка термомеханическая или шаровая мельница с классификатором; 7 — растворонасос; 8 — насосы центробежные; 9 — отходы гашения; 10 — гидравлическая мешалка объемом 8 м3: 11 — перелив; 12 — насосы-дозаторы; 13 — элеватор; 14 — бункер с затвором; 15 — 5%-ное известковое молоко; 16 — вода; 17 — 30%-ное известковое молоко
Рис. 16.7. Дозаторы известкового молока и сернокислого алюминия бункерные, автоматические
1 — исполнительный механизм; 2 — нож-делитель; 3 — бункер подачи; 4 — бункер перелива; 5 — бункер дозирования; 6 — подача известкового молока в смеситель; 7 — подача известкового молока в дозатор; 8 — перелив известкового молока
Установки полусухой нейтрализации травильных растворов. Полусухой метод нейтрализации применяют, главным образом для отработанных травильных растворов с большой концентрацией кислоты и содержащих различные соединения черных и цветных металлов. Установки работают по следующей схеме. В бетоносмеситель загружают молотую известь или другой реагент, а затем заливают отработанный раствор и вращают барабан бетоносмесителя примерно в течение 30 мин. При этом получается тесто влажностью ,60—65%, которое выдерживают 3 сут, затем перевозят автотранспортом в отвал. Вместо бетоносмесителя иногда применяют шнеки-смесители или другие смесительные аппараты с антикоррозионной защитой.
Из-за отсутствия необходимого кислотостойкого оборудования производительность таких установок небольшая (100— 150 м3/сут). Расход реагента по сравнению с теоретически необходимым . принимают увеличенным -на 40—50%, так как при полусухой нейтрализации реакция между твердой и жидкой фазами протекает замедленно и не до конца.
Установка подкисления сточных вод. Наибольшее распространение для нейтрализации щелочных вод получила техническая серная кислота (ГОСТ 2184-77), поставляемая следующих видов: контактная (улучшенная и техническая), олеум, башенная, регенерированная. Серная кислота представляет собой маслянистую бесцветную или светло-коричневую жидкость. Содержание в ней моногидрата H2S04 в зависимости от вида и сорта колеблется от 75 до 92,5%.
Кислоту перевозят в железнодорожных стальных «сернокислотных» цистернах. Можно также серную кислоту доставлять в контейнерах, бочках и стеклянных бутылях. Олеум доставляют в цистернах с устройством для подогрева, которое в месте выгрузки подключается к источнику тепла.
Попадание серной кислоты на кожу или в организм человека может вызвать сильные ожоги является весьма опасным. Кислота выделяет сернистый ангидрид S02 который также опасен для человека, поэтому при проектировании установок, в которых применяют серную кислоту, особое внимание следует обратить на мероприятия по технике безопасности.
Примерная схема установки подкисления имеет следующий вид. Концентрированная техническая серная кислота в автоцистернах подается к складу, в котором установлены две-три стационарные цистерны (тенки) объемом по 10 м3 каждая. Из автоцистерн серную кислоту переливают в тенки склада с использованием сжатого воздуха, подаваемого в автоцистерну от воздуходувки. Максимальное давление воздуха при этом не должно превышать 0,25 МПа. Далее серную кислоту передавливают воздухом в два бака-мерника, работающих попеременно и установленных в дозаторной, наглухо отделенной от склада. Мерники рассчитаны на расход серной кислоты 40—240 кг/ч Дозирование серной кислоты осуществляют автоматически с помощью регулирующего клапана по показаниям рН-метра, установленного в месте подачи кислоты. Мерники следует располагать таким образом, чтобы дозирование кислоты осуществлять самотеком.
Источник
