Проект локальных очистных сооружений гальванического производства

Проект локальных очистных сооружений гальванического производства

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Характеристика гальванического производства

.1 Общие сведения

.2 Характеристика стоков гальванического производства

.3 Требования к очищенной воде

. Очистка сточных вод гальванического производства

.1 Обезвреживание хромсодержащих стоков

.2 Обезвреживание циансодержащих стоков

.3 Очистка промывных стоков

. Описание технологической схемы

. Расчеты

Литература

сток гальванический очистка

Введение

Гальваническое производство является одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды, главным образом поверхностных и подземных водоемов, ввиду образования большого объема сточных вод, содержащих вредные примеси тяжелых металлов, неорганических кислот и щелочей, ПАВ и других высокотоксичных соединений. А так же большого количества твердых отходов, особенно от реагентного способа обезвреживания сточных вод, содержащих тяжелые металлы в малорастворимой форме.

Соединения металлов, выносимые сточными водами гальванического производства, весьма вредно влияют на экосистему водоем - почва - растение - животный мир - человек.

Обобщая, можно сказать, что основные металлы, применяемые в гальванотехнике, обладают:

Токсическим действием - Cd, Cu, Ni, Cr;

Аллергенным действием - Ni, Cr;

Тератогенным действием (возникновение уродств) - Cd;

Канцерогенным действием - Ni, Cr, Zn;

Мутагенным действием - Cd, Cu, Ni, Cr, Zn;

Так же тяжелые металлы затрудняют биологическую очистку сточных вод.

1. Характеристика гальванического производства

.1 Общие сведения

В технологических циклах большинства машиностроительных, металлообрабатывающих, приборостроительных, ремонтных и других предприятий широко применяют гальванические покрытия - электроосаждаемые металлические покрытия, наносимые на поверхность металлических изделий, а также полуфабрикатов-листов, труб, проволоки и т.п. Гальванические покрытия применяются для повышения коррозионной стойкости, износоустойчивости и улучшения декоративного вида изделий. Гальванические покрытия наносят водными растворами или растворами расплавленных солей с помощью электрического тока. При этом неизбежно образуются токсичные сточные воды, которые нельзя сбрасывать без очистки в водоемы и канализацию, а очистка их обычными механическими и биохимическими методами невозможна.

.2 Характеристика стоков гальванического производства

Сточные воды гальванических производств подразделяются на следующие основные категории: - чистые, от охлаждения технологического оборудования; - загрязненные механическими примесями и маслами (10-15 %);- загрязненные кислотами, щелочами, солями, соединениями хрома, цинка, меди, никеля, циана и другими химическими веществами (50-80 %);- отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) или эмульсии (1-2 %);- загрязненные пылью вентиляционных систем и горелой землей литейных цехов (10-20 %);- поверхностные (дождевые, талые, поливочно-моечные).

Сточные воды III категории образуются в процессе химической и электрохимической обработки изделий. Они содержат тяжелые металлы преимущественно в виде химических соединений, как правило, растворимых.

По объему, составу загрязнений третья категория сточных вод является преобладающей.

Сточные воды, образующиеся в гальванических отделениях промышленных предприятий, подразделяются на отработанные и промывные. Отработанные сточные воды образуются периодически, при смене отработанных технологических растворов на свежие, а также при промывке заготовок. Характерной чертой всех сточных вод гальванических отделений является низкая концентрация кислот и высокая концентрация ионов металлов.

Сточные воды, поступающие из гальванических отделений, по химическому составу подразделяются на три основных потока:

хромосодержащие;

циансодержащие;

кислотно-щелочные.

Хромосодержащие стоки образуются после электрохимического хромирования, травления в растворах, содержащих хромовую кислоту, а также хромистой пассивации и прочих процессов, в которых применяют соединения хрома.

Циансодержащие стоки образуются в процессе покрытий в циансодержащих электролитах и характеризуются преимущественным наличием циангруппы, а также цинка, меди и кадмия.

Кислотно-щелочные стоки образуются в результате процессов травления, активации, обезжиривания, фосфатирования и нанесения гальванических покрытий (за исключением хромирования и покрытий в цианидных электролитах).

Таб. 1 Характеристика сточных вод цехов гальванопокрытий

Для оценки основных полотков сточных вод гальванического производства, рассмотрим блок-схему этого производства (рис.1)

Сточные воды всех потоков должны быть очищены, из них должны быть извлечены тяжелые металлы, и концентрации их на выпуске должны быть минимальными и соответствовать нормативам ПДС.

Для очистки этих стоков могут применяться самые различные физико-химические методы. Саамы распространенный и позволяющий утилизировать и регенерировать рабочие растворы - метод ионного обмена.

Применение биологической очистки для удаления тяжелых металлов возможно, но при этом возникает проблема переработки и захоронения активного ила.

         подпитка

С вв

Снп

рН>9,0       NaOH

Снп

Сmin(ОН-)

[H+]

электролит

                                                                           реагенты шлам

Рис. 1 Блок-схема гальванического производства с системой очистки и доочистки промывных вод

1.3 Требования к очищенной воде

Требования к очищенной воде зависят о того, куда сбрасывается данная сточная вода.

Сточные воды и загрязняющие вещества, запрещенные к приему (сбросу) в системы коммунальной канализации Санкт-Петербурга

запрещается сброс хозяйственно-бытовых и (или) производственных сточных вод в дождевую канализационную сеть раздельной системы коммунальной канализации Санкт-Петербурга.

запрещается сброс поверхностных, дренажных поливомоечных вод с территорий абонентов в бытовую канализационную сеть при раздельной системе коммунальной канализации Санкт-Петербурга.

запрещается сброс в системы коммунальной канализации Санкт-Петербурга сточных вод, не загрязненных в производственных процессах, которые могут быть использованы в повторно-оборотном водоснабжении.

перечень веществ, запрещенных к приему (сбросу) в системы коммунальной канализации Санкт-Петербурга, устанавливается единым для всех видов сточных вод и всех категорий абонентов, независимо от бассейнов канализования - приемников сточных вод абонента и вида системы коммунальной канализации.

В системы коммунальной канализации Санкт-Петербурга запрещается сброс следующих веществ и материалов:

веществ и материалов, определяемых визуально и способных засорять трубопроводы, колодцы, решетки или отлагаться на их стенках: жиры, мазут, масла, смолы, песок, гипс, волокно, строительные отходы и мусор, твердые бытовые отходы, производственные отходы и шламы от ЛОС.

веществ, оказывающих разрушительное действие на материалы трубопроводов, оборудования и других сооружений систем коммунальной канализации Санкт-Петербурга:

кислоты

щелочи

концентрированные растворы, отработанные электролиты

окрашенные сточные воды с фактической кратностью разбавления, превышающей установленный нормативный показатель общих свойств сточных вод более чем в 100 раз

веществ, способных образовывать в канализационных сетях и сооружениях взрывоопасные и (или) токсичные и (или) горючие газы сероводород, окись углерода, циановодород, сероуглерод, пары летучих ароматических углеводородов и др.), а так же органические растворители. Например, бензол, толуол, метанол и др.

веществ, которые не могут быть задержаны в технологическом процессе очистки сточных вод, обладают повышенной токсичностью, способностью накапливаться в организмах, обладающих отдаленными биологическими эффектами и (или) образующих опасные вещества при трансформации в воде и в организмах человека и животных. В частности запрещается сброс:

,4,6-трихлорфенола (в концентрации больше 0,004 мг/дм3)

Дихлорметана (в концентрации больше 0,02 мг/дм3)

Дихлорэтана (в концентрации больше 0,02 мг/дм3)

Пентахлорфенола (в концентрации больше 0,001 мг/дм3)

Тетрахлорэтилена (в концентрации больше 0,02 мг/дм3) и др.

загрязняющих веществ с фактическими концентрациями, превышающими нормативы ДК загрязняющих веществ более чем в 100 раз

радионуклидов, сброс, удаление и обезвреживание которых осуществляется в соответствии с действующими нормами радиационной безопасности.

загрязняющих веществ, для которых не установлены ПДК в воде водных объектов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового или рыбохозяйственного назначения.

запрещается сбрасывать в системы коммунальной канализации без обеззараживания сточные воды инфекционных больниц и других учреждений, сточные воды которых содержат микроорганизмы или вирусы - возбудители инфекционных заболеваний.

Нормативы допустимых концентраций (НДК ) загрязняющих веществ в сточных водах бассейнов канализования общесплавных или бытовых выпусков

2. Очистка сточных вод гальванического производства

Методы очистки сточных вод делятся на:

химические;

электрохимические;

физические.

Методы очистки сточных вод гальванического производства можно подразделить на следующие группы:

механические;

химические;

коагуляционно-флотационные;

электрохимические;

сорбционные;

мембранные;

биологические.

Однако ни один из указанных методов в полной мере самостоятельно не обеспечивает выполнение современных требований, таких как: очистка до норм ПДК, особенно по ионам тяжелых металлов; возврат 90-95% воды в оборотный цикл; невысокая себестоимость очистки; малогабаритность установок, утилизация ценных компонентов (кислот, щелочей, металлов).

При больших объемах производства локальных очистных сооружений целесообразно использовать электрохимические и мембранные методы (электролиз, электродиализ, электрофлотация), а общую систему очистки основывать на сочетании нескольких методов: реагентный и ионообменный, реагентный и электрофлотация, реагентный и электродиализ.

При небольшом объеме предпочтение следует отдавать электрохимическим и мембранным методам.

Электрохимические методы очистки имеют ряд преимуществ перед химическими способами:

упрощенная технологическая схема при эксплуатации установок;

меньше производственные площади, необходимые для размещения очистных сооружений;

возможность обработки сточных вод без их предварительного разбавления;

прежнее солесодержание стоков и уменьшение количества осадков после обработки сточных вод.

.1 Обезвреживание хромсодержащих стоков

Реагентный способ очистки этих стоков является наиболее распространенным на практике. Технологическая последовательность обезвреживания Cr6+ заключается в восстановлении его до Cr3+ с последующим осаждением в виде гидроксида.

В качестве реагентов используют гидросульфид и сульфид натрия. Реагентная обработка целесообразна при значительных концентрациях хрома в воде, в противном случае реакция идет неполно. Поэтому в технологии очистки воды целесообразно смешивать концентрированные и мало концентрированные стоки. Следует учитывать, что процесс идет в кислой среде и, следовательно, зависит от pH, концентрации хрома и температуры.

Преимущества:

возможность очистки вод с любой концентрацией компонента и любых объемов;

простота автоматизации при известных параметрах.

Недостатки:

непригодность очищенных вод для оборотного водоснабжения;

наличие обводненного осадка и необходимость дополнительных площадей для шламоотвалов, сложность утилизации шлама;

значительное количество реагентов и площадей под реагентное хозяйство;

трудность повышения производительности и эффективности при изменении нагрузок;

не обеспечивается ПДК для рыбохозяйственных водоемов.

.2 Обезвреживание циансодержащих стоков

Для обезвреживания циансодержащих сточных вод используются различные модификации реагентного метода, основанные на химическом превращении высокотоксичных цианидов в нетоксичные, легко удаляемые продукты: окисление цианидов в щелочной среде до цианатов с последующим их гидролизом до карбонатов и аммония.

При обработке циансодержащих стоков гипохлоритом протекают следующие реакции:

+OCl- = CNO- + Cl-

[Cu(CN)3]2- + 7OCl-+ H2O + 2OH- = 6CN- + 7Cl-+ 2Cu(OH)2↓

Для устранения побочных реакций образования токсичного хлорциана по реакциям: HCl

Cl2 + H2O = HCl + HOCl, 2CN + Cl2→ 2ClCN

выделяемую HCl необходимо нейтрализовать постоянным добавлением щелочи.

Технологическая схема очистки может быть периодического и непрерывного действия. При очистке по схеме периодического действия сточная вода поступает в усреднитель (накопитель), откуда подается в реактор с непрерывным перемешиванием, который оборудован приборами автоматического регулирования подачи реагентов до требуемой рН среды. После обезвреживания сточные воды направляются на нейтрализацию и отстаивание совместно с кисло-щелочными стоками.

.3 Очистка промывных стоков

Очистка промывных стоков осуществляется ионообменным методом.

При ионообменной очистке из сточных вод гальванических производств удаляют соли тяжелых, щелочных и щелочноземельных металлов, свободные минеральные кислоты и щелочи, а также некоторые органические вещества.

Очистку сточных вод осуществляют с помощью синтетических ионообменных смол (ионитов), представляющих собой практически нерастворимые в воде полимерные материалы, выпускаемые в виде гранул. В составе ионита имеется подвижный ион (катион или анион), способный в определенных условиях вступать в реакцию обмена с ионами аналогичного знака заряда, находящимся в водном растворе (сточной воде).

Ионообменную очистку осуществляют путем последовательного фильтрования через катиониты (в Н-форме) и аниониты (в ОН-форме).

Насыщенные иониты подвергаются регенерации, перед которой их взрыхляют очищенной водой с интенсивностью 3-5 л/(с·м2). Регенерацию катионитов осуществляют 2-8% растворами минеральных кислот, регенерацию анионитов - 2-6% растворами едких щелочей. После регенерации проводят отмывку ионитов. Растворы, образующиеся при регенерации ионитов (элюаты) подвергают дальнейшей переработке с целью утилизации содержащихся в них ценных химических продуктов или нейтрализации.

Ионообменный метод применим, в основном, для очистки сточной воды с общим солесодержанием до 3 г/л.

Преимущества:

возможность очистки до требований ПДК;

возможность утилизации тяжелых металлов;

возврат очищенной воды в производство.

Недостатки:

большой расход реагентов на регенерацию;

громоздкость оборудования, высокая стоимость смол;

образование вторичных отходов - элюатов, требующих доп. переработки.

3. Описание технологической схемы

В приемный резервуар поступают кислые и щелочные промывные сточные воды (Q = 52 м3/сут)

Стоки находятся в приемной камере в течение 4 часов, после чего поток сточных вод поступает в реактор для нейтрализации, где смешивается с реагентом (Na(OH)) в течение 20 минут. Далее поток сточных вод, смешанных с реагентом, поступает на вертикальный отстойник, где происходит осаждение взвешенных веществ - гидроксидов металлов, образуется осадок.

После очистки в отстойнике, сточные воды поступают на очистку в вертикальный напорный фильтр. После фильтра очищенная вода собирается в резервуаре очищенной воды, а затем частично направляется на промывку фильтра и частично идет потребителю.

Схема реагентной очистки сточных вод гальванических цехов

СВ Q=52 м3/сут

. Расчеты

Расчет приемной камеры для промывных сточных вод

Определяется по формуле:

=Qпр.·t

где пр. - расход сточных вод, м3/сут;- время нахождения в приемной камере, t=4 часа.

V =  м3

Расчет объема реакторов

Расчет расхода реагента

=Q·t

где - время нахождения в реакторе, t=30 мин.

реактор Р1

М = 60 · 9,3 = 558 мг/л (г/м3);

Мсут=558 · Q = 558 · 60 = 33,5 кг/сут;

% раствора Na2SO4 = 0,335 м3, рассчитаем суммарный расход сточных вод:

Q=Qст. + q Na2SO4 = 62,3 + 0,34 = 63,54 м3/час

VР1 = Q·t =  = 1,32 м3/час

реактор Р2

Мсут=244,9 · Q = 244,9 · 63,54 = 15 561 = 15,6 кг/сут;

% раствора NaСO3 = 0,16 м3, рассчитаем суммарный расход сточных вод:

=Qст. + q NaСO3 = 64,54 + 0,16 = 63,7 м3/час Р2 = Q·t =  = 1,33 м3/час

Часовой расход равен:

час=м3/час.

Расчет вертикального отстойника

Определяем площадь поперечного сечения зоны осаждения:

= Я ·

где

Я - коэффициент для учета объемного использования отстойника, принимаем D/H=1, тогда Я = 1,3;

ν - расчетная скорость восходящего потока воды, ν = 0,6 мм/сек;- расчетное количество отстойников, N = 1.

F = 1,3 ·  = 1,63 м2

. Рассчитываем ориентировочный диаметр отстойника:

= = = 1,45 м

. Расчет площади водоворотной камеры

кх =

где- время пребывания воды в камере, t = 20 мин;

Н1 - высота камеры, Н1 = 0,9Н0 = 0,9·1,45 = 1,31 м

кх =  = 0,69 м2

. Определяем точный диаметр отстойника:

= = = 1,72 м2

Определяем высоту конической осадочной части отстойника:

hк =

где- диаметр трубопровода для сброса осадка, d=100 мм;

α - угол наклона стен к горизонтали, α=500

к = = 0,97 м

Расчет объема конической осадочной части:

ос = ос = = 0,8 м3

Рассчитываем массу образующегося осадка:

Мос =

где

Э - эффективность, Э=80%

Т.к. при нейтрализации ионы тяжелых металлов переходят в нерастворимую форму - гидроксиды и концентрация взвешенного вещества равна концентрации гидроксидов металлов. Рассчитаем концентрации гидроксидов металлов:

СМе(ОН) =СМе ·

где

ММе(ОН) - молярная масса гидроксида;

ММе - молярная масса металла;

СМе - концентрация металла.

= 103 ·  г/м3

 = 10 + 118,8 = 128,8 г/м3

Мос = = 0,00048 т/ч

Определяем объем образующегося осадка:

=

где

γ1 - влажность осадка, 97%

ρ1 - плотность осадка, ρ = 1,06 т/м3

γ2 - влажность осадка, 70%

ρ2 - плотность осадка, ρ = 1,3 т/м3

Рассчитываем период действия между сбросами осадка:

Т =

Т1 = = 4,2 ч.

Т2 = = 53,3 ч.

Расчет фильтра

После отстаивания сточные воды поступают в вертикальный напорный фильтр.

. Площадь фильтрования напорного фильтра определяется по формуле:

=

где- расход сточных вод, м3/сут;- продолжительность работы станции, ч, m = 24 ч.;- расчетная скорость фильтрования, м/ч;- число промывок фильтра в сутки, n=2;- интенсивность промывки, водяной - 7 л/с·м2, воздушной - 17 л/с·м2;- продолжительность промывки, t=20 мин=0,33 ч.;- продолжительность простоя фильтра в связи с промывкой, t=0,33ч.

= 0,29 ≈ 0,3 м2

Принимаем диаметр фильтра D = 1м

Рассчитываем площадь одного фильтра:

= =  м2

Определяем количество фильтров:

=== 0,4 ≈ 1

Таблица 2. Основные размеры вертикальных фильтров

По таблице 2 я выбрала фильтр диаметром 1000 мм, по таблице 3: материал загрузки - песок кварцевый с крупностью зерен загрузки 08 -1,8 мм.

Таблица 3.Техническая характеристика работы напорных фильтров

Литература

сток гальванический очистка

Кожинов И.В., «Очистка питьевой и технической воды», Стройиздат.

Очистка и рекуперация промышленных выбросов/Максимов В.Ф., Вольф И.В., Винокурова Т.А. и др.:Учебник для вузов. - М.: «Лесн. Пром-ть» 1989г.

Промышленная экология. Уч. пособие ./Дягилева А.Б., Лоренцсон А.В., Чернобережский Ю.М., СПбГТУ РП 2004г.

1.