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
Показатели
|
Промывные
воды
|
Отработанные
растворы
|
рН
|
3-11
|
3-11
|
Механические
примеси, г/л
|
До
0,05
|
До
0,3
|
Нефтепродукты,
г/л
|
До
0,002
|
До
0,05
|
Общее
солесодержание, г/л
|
0,5-1
|
10-300
|
Железо,
г/л
|
0,02-0,2
|
40-89
|
Хром
шестивалентный, г/л
|
0,01-0,08
|
50-250
|
Цианиды,
г/л
|
0,01-0,06
|
10-150
|
Медь,
г/л
|
0,01-0,05
|
10-150
|
Никель,
г/л
|
0,01-0,05
|
50-200
|
0,01-0,06
|
10-100
|
Кадмий,
г/л
|
0,005-0,03
|
5-50
|
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
Перечень
з.в.
|
НДК
з.в., мг/дм3
|
Азот
аммонийный
|
18
|
Формальдегид
|
0,6
|
Алюминий
|
0,5
|
БПК5
|
700
|
Взвеш.
в-ва
|
300
|
Железо
общее
|
1,1
|
Жиры
|
50
|
Кадмий
|
0,05
|
Медь
|
0,04
|
Нефтепродукты
|
0,7
|
Свинец
|
0,5
|
Сульфаты
|
Сульфиды
|
1,5
|
Хром
3+
|
0,5
|
Хром
6+
|
0,2
|
Цинк
|
0,1
|
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
Диаметр
фильтра, мм
|
Высота
слоя загрузки, мм
|
Размеры
фильтра по высоте, мм
|
Размеры
фильтра в плане, мм
|
Диаметры
основных трубопроводов, мм
|
Вес,
т
|
|
|
Н
|
Н1
|
Н2
|
L
|
L1
|
L2
|
d
|
d1
|
d2
|
Без
арм.
|
Нагр.
|
1000
|
1000
|
2675
|
492
|
192
|
212
|
583
|
680
|
80
|
50
|
50
|
0,92
|
4
|
1500
|
1000
|
2962
|
643
|
193
|
860
|
602
|
955
|
125
|
80
|
50
|
1,48
|
8,5
|
2000
|
1000
|
3235
|
738
|
236
|
885
|
685
|
1170
|
150
|
80
|
80
|
15
|
2600
|
1000
|
3512
|
820
|
220
|
1400
|
808
|
1500
|
200
|
00
|
100
|
3,94
|
28
|
3000
|
1000
|
3745
|
850
|
290
|
1706
|
690
|
1730
|
250
|
125
|
100
|
5,12
|
37
|
3400
|
1000
|
3870
|
850
|
250
|
1700
|
982
|
1930
|
250
|
125
|
100
|
6,54
|
50
|
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
Материал
загрузки
|
Крупность
зерен загрузки, мм
|
Коэффициент
неоднородности (максимум)
|
Скорость
фильтрования, м/ч
|
Интенсивность
промывки, л/с·м2
|
|
|
|
|
водяной
|
воздушной
|
Песок
кварцевый
|
0,8
- 1,8
|
1,8
|
10
- 12
|
6
- 8
|
15
- 20
|
То
же
|
1,5
- 2,5
|
2
|
13
-15
|
6
- 8
|
18
- 25
|
Антрацит
дробленый
|
0,8
- 1,8
|
1,8
|
10
- 12
|
6
- 8
|
13
- 15
|
То
же
|
1,5
- 2,5
|
2
|
6
- 8
|
16
-20
|
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.