автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Интенсификация процесса очистки сточных вод в системах оборотного водоснабжения гальванических производств

С.1Н?СТ~ПЕТдгБУРГСК?1Й Ш2аН£1«0-СТГО1ПЕГэНЙ рагстигут р г б ОД "Р502* рукописи

3 п |\ОГ Е93

«Ьшгарез Алексей Маркович

ШГЖЖЗУЦШ ПВЗдаА О ЧИСЛЯ' сточных шд В СИСТаУАХ ОЮГОТНОП) ВОД; ШЕЕИМ Г.ШЗАНИЩЕКЙХ ПГШЗЭ' 3

05.23.04. - водоснабжение, кзнали?

строитахьные системы ' га эодаш ресурсов

АВТО Р 2 3 БРАТ

диссертация на сокскенио ученой стелек:? каидйдата технических наук

С.-Петербург - 1993

Работа заполнена на кафедре вопосяабхеная Заякт-Петербуэгского'.аз*еке?н<а - строительного :'.ко:;:т-уга

Научный руководитель: кандидат технических наук, " доцент З.Д.£ч;'?гиез.

Официальнае оппоненты*, доктор технических -наук, • яр*есеор й.Г. -Срзскоборонько

кздл}!5ат техкичес:<зх паук, доцент Л.К.Губанов

¿з;:кта диссертации сосгетгсд 5 4 сентября з }о чзо.

яа заседайте СпедаакзкрОБннного Совета К.0-53.31.03 в Санкт-Петербургском йяжбнернр-стройтйлъпсл институте по агресу: 196005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д.4, Лр.я.-н-С1ш2 зал.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института.

Автореферат разослан ^^ . 1293г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, кашшдат технических наук, доцент -

Гд1.К05И1на

•3' ОБЩАЯ ХАРАКГЕВДЛЖА РАЮ ТЫ , :

Актуальность темы. Гальванические производства отно-. сятся к числу наиболее неэкономичных, отличаются аредаши условиями труда и больяим количеством отходов. Ежегодно в окружающую среду сбрасывается около Г км^ токсичны? гаяь- . ваностоков, содержащих 50 тысяч тонн тяжелых металлов» 100 тысяч тонн кислот и щелочей. Причал 25-30 Й попадает в водные бассейны. Выброс в окружающую среду отходов гальванических производств, кроме экономического ущерба некоей? и экологический ущерб, причем с долговременными последствиями.

Существующие метода очистки гальванических стоков ' имеют такие традиционные недостатки, как низкую эффективность, больше габаритные размеры оборудования, значительные расходы электроэнергии и химических реагентов на процесс очистки, а также высокие капитальные затраты на изготовление оборудования. ' -

Ведущая роль в области разработки методов очистки гальванических стоков принадлежит ВНИИ ВОДПЮ,, "Казыехем-обр", Нижнегородскому ИСИ„ Кафедрой водоснабжения совместно с кафедрой химии СПьЮИ разработан "и опробован в режиме полупромышленных испытаний новый способ очистки гальзено-стоков от такое тякелых металлов с применением технологии псевдоонияенного слоя. Сущность этого метода заключается э растворении мелкодисперсного Еелезосодеркащего отхода производства в очищаемой жидкости за счет протекания химических, физико-химических и механических процессов. Генерируемые в роствор ионы двухвалентного железа являются хорошим и весьма дешевым восстановитеяач шестиваяентного хрома, а образующиеся хлопья гидрооксида г.влезя(Ш) являются хорошим, адсорбентом и соосадателем других гидрооксидов тяжелых металлов. . • - • ■

Цель и задачи -работы. Целью настоящей работы являлось интенсификация очистки гальвано сто ¡сов путем применения новых технологий и разработка новых конструкций аппаратов с проведением призводственных испытаний.

Для осуществления поставленной цели бши решены еле-дующие задачи: -

- проведен критический анализ существуют« способов, методов и технологий очистки гальвано стоков от :'.онсе тя-тал&х металлов;

- исследована кинетика восстановления гесткваяентнс-го хрома у. процесса растворения железа в завксл-юстк от различных факторов, таких как тки. пере тура, рК, концентрация коиоб тяжелых металлов, включая вестиБалентнкй хро»1, интенсивность перемешивания;

- создана лабораторная установка и проведены исследования по очистке гельвансстоков в йсевдоокженноа слое;

- выбран и исследован специфический отход металлообрабатывающего производства и доказана возможность и целесообразность его применения для очистки гачьванэстоков в псездооки&ешом слое;

- разработана полуороизвсдственнэя установка и проведены натурные исследования по очистке гадьваностсков в

псеадоогикенном слое;

- разработано методика расчета аппарата с псевдооки-аеннш слоен для очистки гельвансстоков;

- разработана замкнутая схема очистки ггльваностоков с учетом полученных результатов к разработанных технологий и конструкций.

Научная новизна настоящей работы заключается в следу—

шш:

- исследована кинетика процессов восстановления сес-тивалентного хроме и растворения келеэа;

- впервые проведены исследования по очистке гальвано-сто кос 5 псевдоокихенном слое и доказана высокая эффективность »того процесса;

- изучен процесс псевдоокижения мелкодисперсного отхода и определены оптимальные соотношения высоты загрузочного'материала и диаметра аппарата;

- разработана конструкция аппарата применительно к мелкодисперсному железосодераааему отходу;

-. разработана методика расчета аппаратов с псевдооки-кзннш слоем.

Практическая ценность работы заключается: — в разработке реактора-восстановителя новой конструкции дяя очистки гальваностоков;

- разработана технологическая схема с применением апа парата с псездоокияэнкьм слоем;

«> учитывая относительную однородность состава гель--в оно стоков Северо-Западного региона р анализ которых был tipa еден автором, полученные результаты носят сбций характер и могут быть применены прохтичгвскя на явбок каги-ностроительном предпр:яткп;

- разработаны строительное чертеги аппарата с псез-доостпенным слоем;

- результаты исследований и гонзтрукцяя аппарата использованы при создания проекта очистиьх сооругенкй в института "Глпрохкм'Ч

Апробаыия работы. Основные положения ргоотн докладывались на 47^50 наугл«сс конференциях пртфессорско-ирепо-даоательского состава СПбИСИ, на научно-производственны: конференциях g гг. Севастополе к Кургане в 1991 г., на Леядународной научно-технической конференции а г. Иванов*? з 1992 г., на научно~прзктическом семинаре ДШ1 Санкт-Петербурга з 1993 г.

Публикащи. По тема диссертации опублшгазено 4 научных статьи.

Диссертация состоит из Езедеяня, пял; глав, Общих выводов, Списка литература» "3 Прялогсеккй г. содержи? /У/ страниц машинописного текста,

рисук-

ка» Jl-ж. Таблиц. Список литература включас? наиме-

нований.

ОСНОВНОЕ СЙ/ЕРКУтИЕ РАБОТЫ

В перзой глезе дается литературный обзор современного состояния методов и способов очистки гальванически стоит: от ионов тяжелых металлов, из которого следует*

I. Реагеитный метод в настоялео время является сами: распространенным методом очистки загрязненных вод гальвя--нических производств. Он основан на осаздении коноз тяке~; лых металлов разнообразный! реагентами в виде ыалорастоо-римкх в воде соединений и дальнейшем отделении последннг от воды и помошыа раатичных типов отстойников и фильтруя-щих аппаратов. Несмотря на большуа популярность реагентно-

го ыетода» в цеггоы основные его недостатки сводятся к .еле-дувшим: грс&шздскость роагентного хозяйства; повышение обпей минерализации очищаемой воды8 что вызывает затруднения ори создании есткнутых систем водоочистки; весьма болыше количестве впаиов з виде мелкодисперсного,, плохо упдотняга-иегоея к трудно обезвогжзаешга осадка. Все процессы реа-гентного метода - обезвреживание» осаздение8 обезвокквэ-ние, транспортировка и захоронение сдамо требует значительных материальных 'затрат.

?., Е.тектрозж.цгчеста!1 метод очистке гальванических стоков от ионоз «язешсс металлов является вторил по объему прошялевною кепользовспия. Этот метод приценяется!, как правило, з том случае, когда традиционный реэгентный .аегод оказывается недостатсето еффекгиенш. Рошгачоэт дэе разновидности электрохимического метода,

Перогй разновидностью данного метода является олектро-коагуляция. Среди основных преимуществ влекгрокоагуляции не-обходимо'ввдеяить компактность и простоту окешгуатадии установки, а тайге отсутствие реагентного хозяПствй. Несмотря ка шгагочиеяенные преимущества электрокоагуляции по сравнении с реагентньм, этот метод не является перспективным в связи с его относительно большой екергосакостью -2-5 кВт/и очзлаеап стоков. '

Другой разновидность» электрохимического метода является способ гальвенокоагуляции. Сущность данного метода заключается в том, что генерация ионоз железа производится во вращающихся барабанах, в которые загружается кеяеэ-ноя к медаая струнка. .Вследствие разности електрохкмич ее-ких потенциалов ыеаду аелезной и медной струккой происходит анодное растворение гелеза. Оригинальность этого способа заключается в том, что процесс электролиза идет без наложения электрического тока от внехнего источника. Однако конструкция гальванокоагулятора барабанного типа имеет ряд недостатков: абразивный износ барабана за счет трения ыезду струккой и корпусом барабана; проблемы, возникавшие при выгрузке струйки; необходимость наличия свободных гаю-цадей для реализации данного метода на существующих предприятиях; вибрация и шум в помещении. Все перечисленные недостатки ограничивает пирокое применение данного спосо-

ба на очистных сооружениях гачьванкчесюог производств.

3. Анализ литературных денных: показан, что в настоящее враля известно большое количество методов и сооружений для очистки гальванических стоков. При этой йредл«-гаэтся дорогостоящие методы и сломов оборудование. Не полностью использованы возможности по пршекенип отходов производства для интенсификации процессов счистки гляьва-но сто ¡дав.

Во второй главе выбран способ очистки загрязненных вод гальванических производств. Лнализ'литературных ис-. точников показал, что самым делевым» доступным и весьма эффективным восстановителем шестивадентного хроыа являются пены Приз едено теоретическое обоснование возможности протекания этой реакция в сторону восстановления иестиваленгного хрома. Эта реакция описыэвется еяедуящим образом:

б?а2 + + С^С^- + 14Н+ 5Ре3+ 4- 2Сг3+ 7&>0. (I)

Кз приведенной реакция видно, что согласно закону стекко-метрии на восстановление одаой части С требуется 3,2 части Ге

Как известно, этот процесс протекает а дна стадия:

1 стадия - растворение долез а, описываемо уравнение".

\ ре° „ г'е — Рэ2+ - (2)

о • 6+ ■ „ 3+

2 стадия - восстановление Ст. до С г. иснями двухвалентного келеза.

Скорость этого двухступенчатого процесса определяется скоростью наиболее медленной стадии.'Для того,.чтобы выяснить, какая стадия протекает наиболее медленно, была определена кинетика реакций (I) и (2).

Кинетика реакции'восстановления шесгнваяентного хрома определялась в зависимости от соотноиения весовых частей окислителя и восстановителя, в зависимости от рН раствора и от температуры.

В peoyaairsïo грозеденая асскедрзенйй было установлено,

~ при значениях рН рзетаорз» леагиих с слабокислой о£дас~ хи (pïi - 4.».63 - полное восстеновлениз ¡веспяедентного хро~ аа достигается ою,ж.э при весовой соотнозении Fs^Cv т как S,4:ï к 9,6:1. Пра Btoouax соотнояениях 3,2:Ij 4,0:1 и 4,8:1 степень восстгкозленлд из достигает 100 %, S-го объясняется, очевидное тс«, сто^при более высоких значения': рН определен, нал часть хонов ?е~ окисляется до Fe""'" и теряет сзои аосгте™ ::oEv:yuibHus свойства;

-- apci ззсясдог >К рсстзор^, легиетх г сильно«!.":слой об«» ласти (rJl а I., .2) ороцесс восстановления коков С к- + -едет и'астрое 12 при асагйш азбуке восстановятсдя0 Epi рН -

Х...2 при соотноааши Го*"+:Сг + разном зах 5,2:1, т. е. pjsmajf стехасаетркосгшу зн£«гсаа>» psûxçw восстановления праеааег сояиоотьа за 0,5-1,5 щщ., а при рН 3 для полного прочеканил реакция требуется лига незначительный избыток реагента от стея;сг:есрцчес:юго значешл;

. » ?шоергтур обрабглиьаеаого раствора анагатезьно вл»« яег на канетицу зосегсшелезия йбстнзсаегтюго хроая. При Б-го-у усгекоолеко, что скорость хышзеской реакции восстановления с это;-: сяучаэ увеличивается з соответствии с правилом Вант-»Гоффа. Это es идет ельству от о той, что эта реищия пет« • мекает в кяетичасяой области;

« на осиовшии полуденных геапературных зависимостей •'•¡по вычислена искзршс свергни активации Е, величина кото» •рой (58,27 кДг/какь) saxee свидетельству|ï о тоа, что пр-• цесс зосстеиоЕлкшй ызноз Съ0+ иониди Fe + вдет в кинетической облаем. ■• • '

Ка;; известно, растворение металлов в растворах - ото лдектрох^пческий процесс, арл котором на поверхности ие» . тазла протеки дэс сопряжения: процесса: анодный и катодный. Причеа поверхность металла является анодом. Подобно другим гетерогенный процессам, растворение металлов со сто' ит яа'нескольких отдельных процессов, которые могут протекать параллельно кяи последовательно. Б соответствии с законами кинетики реакции последовательных процессов скорость суы~ нзрного процесса определяется наиболее затрудненной стадией. В результате исследований, проведенным в навей стране

■л за рубегом .{Фрумюш А. Е., Бояторак 0. М., Лосев Б. В.,

о

1гт ГГарсонс Е и др.) установлено» то электродные про- -цеесы часто лимитируются диффузией и подчиняются закона'.! диффузионной кинетики.

Известно, что процесс диффузии гетерогенной реакции описывается уравнением 'икэ:

, « '

где а1п/сИ - количество вещества, проходящее за единицу времени;

- плошадь поверхности растворяемого вещества;

- коэффициент диффузии;

"эк видно из уравнения (3), (шоаадь поверхности значительно влияет на процесс растворения. Из этого хе уравнения следует, что на этот процесс влияет и коэффициент диффузии но только в том ату чае, если процесс идет не в кинетической, а а диффузионной области.

Дня того, чтобы определить, в какой области протекает рассматриваемый процесс, были проведены исследования янно» тики растворения железа а слабокислом растворе (рН = 3...5). Дяя этого были применены две методики, основанные ьа законах физической химик»

Первая методика состоит в изучении зависимости скорости реакции от температуры растворения. При определении кинетики протекания реакции растворения келеза в зависимости от температуры выявлено, что закон Зант-Гоффа не выполняется, следовательно, эта реакция идет в диффузионной области.

Вторая методика основана на применении врадашегося дискового электрода. 2го широко применяют для изучения закономерностей электрохимических реакций, если медленной стадией является стадия массопереноса (диффузионный процесс). Если процесс идет в диффузионной области, то зависимость

потенциала саморастворения должна быть пропорциональна_

корню квадратному из угловой скорости его о решения &

На основании проведенных исследований было установлено,^._.

что зависимость количества растворившегося железа от является прямолинейной, что свидетельствует о том, что про- ' цесс протекает в диффузионной области.

Уаангоение скорости растворённого железе при увеличении угловой скорости и объясняется следующим образом. Дело в том9 что процесс диффузии ионов гелеза в раствор , лимитируется толюшой диффузионного слоя (Р . Эта величина значительно влияет на константу скорости растворения и определяется по уравнения:

Р^раегпИ. - и)

где ~ константа скорости растворения;

- толщина диффузионного слоя; V объем растворителя;

в - константа скорости диффузии (скорость перекоса вшества в зону реакции на единицу пло-оада поверхности); 25 и £ » си. уравнение (3). .

?:раые уравнения (4) -значение мояно определить

рЗСТУ»

по уравнен®: ...

= (5>

где £. - вршя реакции; С," и С," - начальная н конечная концентрами серной кислоты в растворе. Кз уравнения (4) следует, что

. • Я'/?-,' (б)

а ' ■ . •

V- 4ра<ггг/ ¡гр\

^.

Подставив в уравнение (7) известные величины^ легко определить

Из уравнения (б) следует, что толщина диффузионного

слоя

сГ= Т~ - С8'

г

-II-

о

Тек как коэффициент диффузии в назем случае одинаков во всей серии опытов, то можно определить отношение толщины диффузионного слоя <Р при разных угловых скоростях, если использовать следуюшее соотношение:

И и Г ~

откуда следует, что '•".".

/-'г .. ■'■■' м .

3 результате проведенных вычийяений бьио установлено, что при увеличении числа оборотов диска с 30 до 90 об/мин. и при концентрации серной кислоты в растворе 27,6 мг/л (рК = 3) толяина диффузионного слоя уменьшается в 2,7 раза, в результате чего и происходит увеличение скорости растворения железа. При концентрации в растворе серной кислоты в количестве 5,0 мг/л (рН » 4) и 1,5 мг/л (рН.в 5) с увеличением числа оборотов диска Таллина диффузионного слоя соответственно уменьшается в 7,0 и7,6 раза. '

На основании проведенных исследований быи сделан вывод, что процесс растворения железа в слабокислих растворах идет в диффузионной области и для его интенсификации необходимо выбирать та методы, которые отвечая? природе процесса.

'Гак-ке в этой глазе было изучено влияние ионов двухвалентных металлов, содержащихся в растворе на процессе ■ растворения железа, на основании проведенных исследований были сделаны выводы, что такие ионы металлов, как Си'яМ. не замедляют процесс растворения гсаяеза,.в то время как ионы Сявляются ингибиторами Процесса,, При концентрации ионов Сгь+в растворе в количестве 30 мг/л и при рН = . е 3 процесс растворения железа практически прекращается. 3 связи с этим было изучено влияние гальванохимического эффекта на процесс растворения Ее. .'Гальванический эффект есть не что иное, как анодное растворение велеэа при • контакте его с металлом, имеющим более положительный электродный потенциал. В качестве более пояояити&ьного

. иездяда (катода) бша использована ыедь, злектродшШ во-генцнаа коуорй составляет -Л»34 В. В результате проведенных иссяедозешй установлено, что контакт железа с таким иетаяжш понидает защитное действие хрматов и электрохимическое -растворение его усиливается. Тдк, при рН раствора равной 3 к при концентрации в нем Сг°+ в количестве 50 из/л при отсутствии гальванохимического прзцесса растворение каяеза не наблюдается, а при наличии контакта калеза с медью средняя скорость растворения железа составляет 0,013 мг/м •с.

В третьей главе диссертации рассмотрены вопросы интенсификации очистки гельвеностоков путал совершенствования технологических процессов. Наиболее приемлемым, с экономической точки зрения, способом получения раствора, содержащего ионы двухвалентного гселеза является способ растворения железа в кислых хромсодержаших стоках. Исходя из уравнения (2) основнвли фахгорош, адиявпдаи на скорсть растворения железа, являются плошздь растворяемого металле к толщина диффузионного слоя

Такки образом, дся интенсификации прцесса необходимо выбрать отход иетйпгообрабатывающего призводства с максимально развитой поверхностью. В качестве такого отхода был найден отход, образующийся при обработке поверхности металла с использованием дробеструйной технологии. Ста технология очистки, поверхности металла ширко применяется на машшостритаяьшк предпрютиях Север-Запада региона. Отход предстаэляег собой мелкодисперсный железный пор шок. Дня определения фракционного состава этого порвка бкп пр-веден сятовый анализ. По результатам анализа был подсчитан эквивалентна дашетр частиц , который составил

0,03 им. Величина порзностк порака £ составляет 0,06».. 0,12, что отвечает условиям рационального использования объема реактора. Крые того, чем меньше диаметр частиц загрузки, тем болше удельная плоиадь поверхности (ы /кг). Удельная шгашвдь поверхности загрузки рассчитывалась, исходя из результатов ситового анализа. Геометрические характеристики частиц загрузки приведены в табл. I.'

Удельная плошадь загрузки с размера частиц, имевшим ¿¿м-/ = 0,03 им составляет 27,15 и /кг. Если сравнять эту

Таблица I

Геометриескяе характеристик частиц загрузки

Средний диаметр частиц загрузки, мм, сС

ср.

Удельная площадь поверхности, ¿г/кг

0,03 , 70,55 0,11 19*00 0,23 8,49 0,7 2,22 1,25 0,81 Железная стружка {по литературным данкш) 0,28-1,3

велгтовду с аналогичной величиной в случае применения в качестве загрузки железннх стружек, то видно, что удельная плоладь мелкодисперсной загрузки как минимум в 21 раз пре-зотает удельную площадь яелезкнх стружек. Отсвда могло сделать вывод, что выбранный отход имеет несомненные преимущества по сравнении с железной струасой. ■

С целью определения химического состава мелкодисперсного отхода бет проведен его анализ. Результаты химического анализа представлены в таблице 2.

Таблица 2

Качественная и кодичестзешая характеристика мелкодисперсного отхода

днализируемкй отход

Сюдерадаие компонентов,

М

2»

Си

Проба » I

17.09,90 0,74 0,015 0^03 85,4 12,76 Проба 2

21.05.92 1,45 0,024 0,12 83,3 10,10

Как видно из результатов анализа основным компонентом отхода является железо и лияь небольшая доля приходится на примеси.

Б »той главе таяке было сделано обоснование необходимости разработки новой технологии очистки гальваносто» кое. Эта.связана со следу»щкш1 выводам:

• во-первых, несмотря на то, что мелкодисперсная за« грузка шее? Сольвуч удельную поверхность» фактическая иегфззкся поверхность является ка много ыеньие из-за низ» вдй величины Но розно сти слоя;

я во-вторых» ДДЯ создания "хороших" условий М8ССОП&» реиоса необходимо сТреыктьск к как иоето бояьизй величине . йорозноств С50Я.

Выполнение этих условий косно достичь только путш разработки новых технологий, В связи с этиу была выбрана тех» . пологая псевдоомшенного слоя, которая кхеет сяедуваие преимущества;

«• интенсивное перецепкаание твердой и ездкой фазы, Прквадяшее к уменьшению диффузионного торюве^ия процесса растворейяя;

— возможность использования частиц малых размеров, т. е. твердой фазы с развитой удельной поверхностью; при« чем суммарная Поверхность последних практически равна поа аерхиост« иежфавяогя контакта;

- • ©те еехнолргия позволяет создать вааарат с неяре-рывнш вводом свежей фазы. ■ . - \

Были исследованы характеристики ясевдоовиасенного слоя в вертикальных аппаратах. Бьйо установлено, что га« рактер псевдоокнквния в значитеаьной степени зависит от свойств частиц, составляю®« слой. Установлено, что чеа меньше диаметр частй^, «ей более склонны они к слеживанию, чтоприводйт к «его! некеаатмьшш режимам работы, как ка« надо- в шзршнеобразование. Определено, что склонность час* • *иц х порщеобразовавв» и ганадообразованкю также зависит оттаюойгеоиетрической хараткеристикя, как отношению вы-сети иегодвканого слоя. Ко к диаметру аппарата Да. На оо коввяки зроведенных иссяедованяй выявлвно, что в той слу» чае, хогдавеличина отеовеикя Но/Да • 0,25-0,5, наличие поршневого режима н хан алообра зевания не наблюдается даве вря применении часшщ св 0,03-0,03 мм.

. Бьии исследованы гидродинамические параметры псеадр-сжихедаого сдоя, о применением мелкодисперсного отхода.

'.'.o.l. ¡Ссизыо псездоолгкеняя в зависимости от or ддгм^тра частиц.

1 o.cà.w: 2-</*/=o,iv.v*; 3-<¡»/= o.ja-ív; A-dirt = 0,?0м*; 5-á/=1 ,25кл.

-ItU

Ваетейзпыи параметрами являются такве, как количество о»-~ жаваего агента и перепад давления д Рс образующийся nps этом. На основании зависимости полного, перепада давления д Р от расхода огжаидазго агеита были положена кривые осездоогвгжеаая (pic. I). Этн кривые наглядно отображаат процессы, присходядие при псс&дооезшвдниз

. Другой важной харастерютихой гг с ез до о ¡жггнно го сдоя тлеется сгореть витания частиц а Ешй опредаяек« скорсга оатенкя дая jmswoS фракции частиц, представлен-» то в ггбг. 3.

1&5лща 3

Ззояатоетъ сксрстк ъшшшя «гаегкц U% о? кг ргзаар&

Эквиэалентный Расчетная . Действительная

диаметр частиц, скорость еите» скорсгь сим* ыи„ ЭГ кия, tí/Ce кия, m/Cî

0,08 0,127 0,085

0, И 0,149 0,107

0,28 0,238 0,210

0,70 0,376 0,350

1«25 ' 0,502 _ 0» 478

Б связи с та!» что загрузка состоит из солндксоеретого теряала скорсть витания частиц слов рассчитывалась, есхс« дя из «квивадентного диаметра. Пря этом частицы» нмешие , содавржвны выкосу S3 слоя в пероув очередь. По®

©тому еопрс аредр та решения вшоса Щелоча" из слоя авда* ется весьма актуальна. С учетои того, что мелкодисперсная железосодержащая загрузив обладает доеольно больной удель« - ной плотностью f t ча она обладает и хорооии седиментацк-» оннш мойствои.. Шенно это свойство загрузки и долено быть : использовано ори разработке конструкции аппарате). С этой цеяьв бвдн прведены исследования so определениь кинетики осаждения частиц пол»дисперсной сиеск. Было установлено, что se 180 с осавдавтся 80,0 % загрузки, а водное осаздо» нне прпеходит в течения 600 с.

^Л Л Г/

Л,— ! \/ 1

V

Рис.2. Пт»ч:'иглальнгя схема аппарата с псездоокикеняым слоем; 1-корпус, 2- растлитель, 3~ успокоитель, загпузка, ь-крыак.а,6и7- подвол.и отвод воды. 3- подзол воздуха, 9- отвод эозяухз.

fLESSgJg22£-IE£S.S дзссертацш: нз основ зияй проведен» вых кееведавбаай бша разработана кэнструетры аппарата с псеэдэогикекнк! езоел для очястго: гальаакостсков, При р-зз» работке вдасярувдш «шоарата бои учтена сведущие усхо-вня; *

«» да: ео^цг-знЕя Еффе:яхгл:ости протекания ироцессоз в ssaspssTsx Необходимо избегать боГшаснж к струйкьа те-четаЯ;

~ колструпда аппарата дзлЕиа предуеиотризать прзд,*> OTSpaaeiffif! утс$ мелкодисперсной ф£ск кз псездоогзаззшого

CSOSj

« еппараг долген плеть нсбояьииз габарктнио размера со сразишнз с другим: типаик ашзараюс той ¡¿з аропзоода» тельностн.

Опткушш-гъй peijai работе еппаратоз, в tsoTopus ocysscT» sjiSKO совдезетие кянеткческкк (восстановление Е2стазс-;ецт-* кого zpoua до трехоелецткопо} в даффузкошак (рсстаорашв еа£еза) процессов легзтг кегду репакои идеального Словения я регкнов идеального вытеснения. Кратераек ддя о предо.! е, ияя .ревом» сдовд дкффуэхошшЗ крктерий Рге В иаиеа случае он лека? q саедудаяс пределе:;: 0 < в что свидетель-

ствует о что s аппарате psasasoaaa промегуточшгЗ ре~ еаа» , '

■ • Принципиальная схема аппарате предстсаяека на pse„ 2. Необходдао отыегкть,,-яго данной аппарат предназначен толь« ко для генерации конов аелеза в раствор и для сосет смоле» гош Езсткаалентного хрома» Нейтрализация я осаздеиие обре,« гкгеазвихся гидрооксидов осуществляется б нейтрализаторе.

В этой главе также разработан расчет аппарата с псез™ доовкенныы слоем дай очистки хромсодераацих сточных вод, В атот расчёт входит определение следующих основных пара» - метра:

в времени контакта очэдашой вода в аппарате с за« ".груакоИ; . - •

« полезного обьеаа аппарата;

« веса ввгруавемго материале!

■ • исходя вэ конструктивная особенностей задаемся либо дяшетрои аппарата, либо ого высотой;

- рзсчет зоны отстаизаняя5 ггуда входдт определенна аяовади рэсаярэтеля, расчет гядразлгогесаой крушоств» рас«

ггода зоядузса я скорости оштасшего огентя.

Приз едены результат производстзенннг кспэтгкпй из ГО "Балтийский эееод*1. Испытания йрозодшпгсъ как на линии хрснсодергоакос стоков, ток я из линии тгяслотко-аеяо^гного потока, Испытания показали правильность техн:песгпз рэяв» кий, принятых при разработке аппарата.

Рззуяьтаты аспытений приэедены в 4. •

Тйбзгща. 4

Результаты опастки-г-альаезистоет'э

Ивззаиле ки*> Хром содержаний поток Кисготно<«сзелочноЯ градиентов, • поток

мг/л ----».—_--------—

ДО очистка после очистка ДО . ОЧИСТКИ • пасла очистка

et* • 7«20 не сй!0 0,5-7,6 нз оба.

/И. 2+ 2-10 0,2*0,4 3S5»Ï258 0,1-0,3

1п 2+ S0»4Û 0,3«0,5 25-43 0,3"0,5

Реобш. Ï0-..40 0,5*4,5 5,0=18,3 0,1=0,3

Cd2 + 005-12,7 0,2-0,3 3,4-14,3 0,2«>Oj 4

<k2+ 0,3«>7,4 08Ы)53 2p8»Î294 0,1-0,3

с Г I5-Î20 15-120 74*440 74=440

50- 20-130 ео«гоо 4&«5I2 120-512

FH 2,«, б 7,5=8,5 6,5-7,5 7,5»8,0

В пятой главе рзссиотреты суЕестоувпна схсш очистных-

сооружений гшгьоаностоков. Отмечены их основные недостатки. С целью их устранения разработана схема очистки гальвано» стоков с воззратоы очищенной воды в производство с использованием аппаратов с псевдоокиаенньа слот, ыагнигной обработкой йоды э аппаратах АШ и доочясткой обезвреженных сто-ZM9 на ПГС-фильграх (разновидность ультрафаяьтрзции). Разработанная схеиа представлена на рас.3 .

3- аппарат с пгввдоосшяенн км слоем;¿-сборник обработанного стока}

5" аппарат ыаигатной обработки; яврлн алышй отстсйкпк; 7- сборш-. сшцзнт»;: подл;

3,- ПГС фял5?р$ ?-- обор;гак осадка: Ю- цептр^огл»';' Б - ес. эда:,

Приведена технико-экономическая оценка предложенного варианта, о так же рассмотренных схем. Если пршять производительность очистных сооружений 15 и /ч, то суммарный годовой эгетнсмический эффект составит в среднем по сравнения с базовда вариантом (ревгентный способ) 11920 тыс. руб. Себестоимость очистки I л гальваностока сря применении различных схем приведена и тгбл» 5. Экономический, эффект и себестоимость I м^ считанной вода расчитывааись в ценах, словивзмхся в проыызиенности в июне 1993 Г.

Таблица 5

Экономическая эффективность различных схем очисти

Метод очистки Стоимость очистка, ____ . руб./а

1. Реагентный метод (без возврата воды

в производство) '58,02

2. Гальванокоагуляцшг с прменениеа . барабанных аппаратов (без возврата

в производство) 51,16

3. Гальванокоагуляция с применением аппаратов с псездоояиженнш слоем

(с возвратом в производство) 52,26 .

ОБЩИЕ вывода

1. Анализ литературных источников показал, что существующие методы очистки обладают известными недостатками, аппаратурное оформление этих методов довольно громоздкое по объему. Эффект очистки, достигаемый при этом, как.правила, не удовлетворяет предъявляемые требованиям.

2. Доказано, что самым доступнш, девевьм и весьма эф-фектиеньм восстановите!ем шестивалентного хрома являются ионы двухвалентного железа, генерируемые в раствор из отходов металлообрабарываюшего происзводства..

3. Установлено, что для интенсификации процесса очистки гальванических стоков необходимо интенсифицировать процесс

^>'-га»'--- Г

растворания келеЗа» При й?ом ебгшейшиа параметров процессе растворения »елезо является величине поверхности растворяв шогэ металла. £дя выполнения зтого условия необходимо вы* бйрать матерная с иакршагьно развитой сов ерхностьюо ,' ;С Выбран мелкодисперсный Еедезосодераащай отход и е-" ; тшшообрабатызадаего^производстаа с удельной иощадьв поверхности около 87 « ■/кг. Причем химический состав этого . Отхода позволяет его применят^ в качестве реагента для очистки г-вябваностокоа,

5„ Предоогеяспособ очистки гальеаиостокоэ с учетои ; физико-химических свойств иедкодисперсного отхода ~ очист-• ке в псездоовиаеннои слое. Это приводи? к практическому выравнивании удельной и иевфазной поверхности кеякодис« . оерсного отхода^ что в. конечном счете интенсифицирует про» - цесс очистки гальванических стоков.

б„ На оснований проведенных иссаедоааний установлены • '. оптимальные параметры процесса всездооиияання, созволга>> . щае избегать таких неблагоприятных регииоо как капало« и . : ' поронеобразовакко. Определены действительные скортсти ей« тания частиц ¿¿е в цсездооаигеннои сдоэ в зависимости 0¥ ■ ах диааетра и форды« О предел ено5 что чей иеньш днааетр частац загрузки, тем в больней степени различается действ -'. вителЬная к теоретическая скоро ста витания частиц,

.. 7. С учетом физшсо-химичес'гсях свойств отхода разра« ч ботаиа «эиструкция аппарата с псевдбозшкенньмсяоеа. В конструкции апаарата предусмотрен возврат выносимых из слоя частиц е активную зону. Выполнен технологический . раачетэтой конструкции.

8„ Ца основании . конструкции, аппарата с псевдооЕиген-* Ны» слое« разработана схема очистки гальваностоков с воз« ' '■■':'". вратом ощаенной вода в производство» При этоы годовой

экономический аффект от внедрения Двиной схемы на очистных ; ; ; сооружениях производительносты)15 « /час составит около 11520 тис. руб. в ценах июня ГС93 г.

Результата оров еденных исследований носят общий -характер в связи, с относительной однородностью состава ; -у гальваностоков Северо-Западного региона к могут бить применены п^к^ески на дюбои маашностроитеяьнои предприятии.

Основные положения дпссертацжзняоЯ работы отражены э

следующих публикациях: '' ,

1. Шннгарез А. М., Акшоз Л. И.» Дмитриев В„ Д. Обезвреживание хрогд содержащих сточных вод методом гальваноко- . агуляции в вертикальных еппаратах,//Пути и средства утилизации промстоков: Тез.. до и. кон$>. '•* Кургет, 1991, П честь0 с. 13-15. •

2. Шингзреэ А. и., Дитриез В. Д., Акимов Л, И». Восстановление иестизалентного хрона в вертикальной гадьванокоа-гуляторе.//Повшзение эффектизносуя работы снеге* зодо-снебкения, еодоотведения» счистки природккх и. сточных вод: Мекзуэ. сб. нэучн. тр./ЛЙСИ - Л.$ |991, - С, 38-43.

3. Дмитриев В. Д., Шингзреа А. Н.» Аизюв Л, И, Еятенсифи« кация очистки хромсодеряаших „сточннх вод.//Состоякие й

перспективы развития злектротехнояопта; Тез. докп. кежд. научн.-техн. конф» «»Иваново, 1992» с» 53.

4. Шингарев А.'г М., Дмтриеэ 8. Д., Акимов Л. И. Пути ин~ тенсификации процесса очистки хроасодерващнх сточнах вод ионами дэухвалентного 2елеза,//Созерзенство8енке и : повышение эффективности работа систем зодоснабкения а водоотведения: Межвузовски» тематический сворит тру доз, СПб.: ЛИСИ, 1992 (в печати).

ВВЕДЕНИЕ 7. $

Глава I. Существующее положение в очистке загрязненных вод гальванических производств машиностроительных предприятий . ?

1.1. Качественная и количественная характеристика / сточных вод гальванических производств

1.2. Методы очистки загрязненных вод гальванических производств и их аппаратурное оформление

Выводы по главе I .<,<,.».%%

Глава 2. Изучение кинетики восстановления шестивалентного хрома и процесса растворения железа. Методика проведения исследований

2.1. Постановка вопроса.,

2.2. Исследование кинетики восстановления шестивален- ^ тног'о хрома ионами двухвалентного железа.

2.2.1. Методика определения кинетики . 3/

2.2.2. Кинетика восстановления иестивалентного хрома в Зависимости от весового соотно-2+ шения Сч и Гэ

2.2.3. Влияние температуры раствора на кинетику

6+ 2восстановления ионов Сч

2.3. Исследование кинетики процесса растворения железа .о.v

2.3.1. Теоретические основы процесса растворения железа. ^

2.3.2. Исследование кинетики процесса растворения железа в слабокислых растворах.^

2.3.3. Влияние ионов двухвалентных металлов на кинетику растворения железа .&

2.3.4. Влияние ионов шестивалентного хрома на кинетику растворения железа . ^

2.3.5. Влияние гальванохимического эффекта на кинетику растворения железа в хромсодер-жащих растворах

Выводы по главе 2. .».

Глава 3. Интенсификация очистки сточных вод от соединений хрома путем совершенствования технологических процессов . ^

3.1. Выбор материала для генерации ионов двух-валенргного железа.

3.2. Определение состава выбранного отхода

3.3. Влияние удельной площади загрузки на процесс ^ растворения железа.

3.4. Влияние других факторе на процесс раствор©» ния железа

3.5. Разработка конструкции аппарата

З.5.Х. Обоснование необходимости разработки

Новой конструкции аппарата.^

3.5.2. Выбор типа аппарата.

3.5.3. Исследование характера псевдоожижен** ного слоя в вертикальных аппаратах.«. М

3.5.4. Исследование гидродинамических параметров псевдоожиженного слоя в аппарате постоянного поперечного сечения, 3.5.5. Предотвращение уноса частиц полидиспер сной загрузки при использовании техники пс ев до ожижения

Выводы по главе 3 .^

Глава 4.Конструкция аппарата с псев доожиженным слоем, его расчет. Результаты опытно - промышленных испытаний. /

4.1. Конструкция аппарата с псевдоожиженным слоем. /О

4.2. Расчет аппарата с псевдоожиженным слоем для очистки хромсодержащих вод.^

4.2.1. Расчет зоны реакции . ^

4.2.2. Расчет зоны отстаивания . /^

4.3. Производственные испытания и внедрение разработанного метода очистки . ^

Выводы по главе 4. /

Глава 5. Разработка замкнутой системы очистки промывных вод гальванических производств. Технико-экономическое сравнение разработанной и существующих схем очистки гальваностоков ./^

5.1. Анализ существующих схем очистки промывных вод гальванических производств . /2$

5.2. Разработка замкнутой схемы очистки промывных вод гальванических Производств

5.3. Анализ рассмотренных схем очистки промывных вод гальванических производств ./^

5.4. Технико-экономическое сравнение схем очистки гальвано стоков. /^

Выводы по главе

Загрязнение природных водоемов недостаточно очищенными сточными водами наносит большой экологический ущерб, последствия которого нельзя недооценивать. В связи с этим особую актуальность приобретает рациональное использование водных ресурсов, создание безотходных производств и охрана окружающей среды.

Машиностроение расходует около 17 % свежей воды, потребляемой всеми отраслями промышленности. На предприятих этой отрасли в наибольшей степени загрязняется вода, используемая в производстве гальванопокрытий и химической обработки металла. При относительно небольших объемах загрязненной воды в ней содержится большое количество сильно токсичных веществ, содержание которых в водоемах допустимо лишь в незначительной концентрации.

Очистке сточных вод процессов обработки металлов посвящено очень большое количество работ. Наиболее часто применяются на практике реагентные методы, которые в настоящее время уже не удовлетворяют возросшим требованиям к качеству очищенной воды как при сброее в городскую канализацию, так и в водоемы. Очистные сооружения, базирующиеся на использовании реагентных методов, имеют много существенных недостатков. Из них следует выделить в первую очередь значительные капиталовложения, громоздкость, длительный срок строительства.

Водооборот и обеспечение гальванического производства водой требуемого качества в настоящее время реально возможны только при использовании ионообменной технологии. Однако ограничения по исходному солесодержанию (не более 500 мг/л), дефицит смол и высокая себестоимость обессоленной воды существенно осложняют решение этой задачи.

Вышеизложенные трудности обеспечения очистки и водооборо-та обуславливают необходимость разработки и использования более прогрессивной технологии и высокопроизводительных аппаратов, основанных на интенсификации протекания физико-химических процессов. Внедрение этих технологий и аппаратов в практику очистки гальваностоков позволит решать эту проблему на более современном уровне. Данная работа посвящена решению отмеченных вопросов.

Автор выражает искреннюю благодарность к.т.н., доц. Акимову Л. И. за ценные консультации, полученные при написании данной работы.

Выводы по главе 4 I* На оснований проведенных исследований разработана конструкция аппарата с псевдоонашенным слоем применительно к мелкодисперсному железосодержащему отходу!

Ш Предложена методика технологического расчета аппарата с псевдоожиженным слоем применительно к существующим концентрациям гальванических стоков;

35 В производственных условиях проведены опытно-промышленные испытания аппарата с псевдоожиженным слоем;1

41 Результаты испытаний подтвердили правильность принятых решений и методики технологического расчета*

ПЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ

ПРОМЫВНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ И (ЩЕСШЮЩИХ СХЕМ (ЛИСТКИ ГАЛЬВАНОСГОКОВ

Анализ развития водного хозяйства предприятий[129,130, показал, что даже при всемирном внедрении новых методов очистки в практику работы промышленных предприятий нельзя полностью предотвратить их вредное воздействие на окружающую среду вследствие содержания в очищенных стоках остаточных концентраций того или иного ингредиента. В связи с этим представляют интерес такие схемы очистки гальваностоков, в которых предусмотрена вторая ступень доочистки, которая позволяет максимально удалять из воды вредные примеси и возвращать очищенные воды в производство. Это ведет к максимальному сокращению объема загрязненных вод, сбрасываемых в окружающую среду.

5.1. Анализ существующих схем очистки промывных вод гальванических производств

В процессах обработки металлов на машиностроительных предприятиях образуются промывные воды и отработанные растворы гальванического производства, как правило, не включенные в оборотную систему. На рис.5.1. и 5.2. приведены существующие схемы очитски загрязненных вод гальванических производств Балтийского и Балаклавского судостроительных заводов.

На Балтийском судостроительном заводе (рис.5.1.) промывные 3 воды гальваники разделяются на кислотно-щелочные (440 м /сут) и хромсодержащие стоки (204 м /сут). Первый вид стоков лишь усредняется, второй вид подкисляется 10%-ым раствором серной кислоты со средней дозой 0,8 г/л для'более полного протекания реакции восстановления Сч^ до Сч^* сульфатом натрия со сред $03 Н* ЬОъ

1-усреднитель к/ш стоков; 2-усреднителъ хромстоков;3-реактор-восстановитель; 4-нейтрализатор; 5-бак щелочи; б-верт. отстойник:, 7-о садкоуплотнитель: 8-ваку утя-бшгътр, и

1X1

Ряс. 5.2. Пршшлшальмая схема очистных еосруженж! Балаклавского суд©-строительного завода, ^-усреднитель к/щ; усреднитель хромстоков; 3-бак 4-галь-ваяокоагулятор|5~сборяик ©брабо канализацию 1 тайное вода; 6-бякМЙ; 7-верт.отстойник} б-ооадкоушютштель; Э-вакууи-фшгьтр. ней дозой 2 г/л и нейтрализуется известковым молоком СаСОН)^ со средней дозой 2 г/л (в пересчете на известь). Затем кислотно-» щелочной и хромсодеркащий потоки направляются в нейтрализатор, где они совместно нейтрализуются до рН = 8,0.8,5, При этом образуются гидроксиды тяжелых металлов, таких как Ре3", с/Мо2+, Сч3*,^, Си2+ и др. Необходимо отметить, что в том случае, если рН очищаемой воды при совместной нейтрализации не достигает значения 8,,.8,5 (т.е. не создается условий для образования гидроксидов некоторых тяжелых металлов), в нее вводят раствор известкового молока, либо раствор едкого натра. Далее нейтрализованный сток направляется в вертикальный отстойник, где происходит осветление воды. Осветленная вода сбрасывается в городскую канализацию. Осадок из вертикального отстойника поступает в осадкоуплотнитель, после чего обрабатывается на вакуум-фильтрах. Обезвоженный отправляется для захоронения на полигон красный Вор".

На очистных сооружениях гальваностоков Балаклавского судостроительного завода промывные воды первоначально так же разделяются на два потока (рис.5.2.), После усреднителя хромсодер-жащего потока промывные воды направляются на барабанный гальванокоагулятор КВ-1 для восстановления шестивалентного хрома, в котором находится гальванопара железо-углерод. Кислотно-щелочной поток после усреднителя так же направляется на гальванокоагулятор с аналогичной загрузкой. Затем, после гальванокоагулятора хромсодержащий и кислотно-щелочной потоки смешиваются и общим потоком поступают на вторую ступень гальванокоагуляции, где установлен аппарат с гальванопарой алюминий-кокс. На этой ступени происходит повышение рН обрабатываемого раствора и одновременно ионы алюминия переходят в раствор, образуя гид роксид алюминия, который является хорошим адсорбентом.

За счет протекания процессов, при которых происходит повышение рН, отпадает необходимость применять раствор щелочи для корректировки значения рН обрабатываемого раствора. Тем не менее в этой схеме предусмотрена и реагентная корректировка р на тот случай, если в очищенном растворе находятся те ионы тякелых металлов, осаждение которых происходит при более высоких значениях рН (например кадмий) • Процесс осаждения ги-дроксидов осуществляется в полочном отстойнике, в результате чего очищенный сток по свомеу составу отвечает требованиям, предъявленным к сбросу в городскую канализацию. Осадок из полочных отстойников после осадкоуплотнителя поступает на узел обезвоживания, оборудованный центрифугой и далее направляется на свалку.

Приведенные схемы по своей сути являются типовыми [13э]и, как правило, наиболее часто встречаются на машиностроительных ч предприятиях не только Северо-Западного региона, но и на всей территории СНГ. Основным недостатком приведенных схем является отсутствие возврата очищенной воды в производство, что приводит к нерациональному использованию природных ресурсов.

Наиболее часто оборотные схемы водоснабжения гальванических производств реализуются за счет применения ионообменных катионитовых и анионитовых фильтров [132] . Однако эти схемы сложны и громоздки и требуют значительного увеличения обслуживающего персонала. Кроме того, широкому внедрению ионообменной технологии в оборотных схемах водоснабжения гальванических цехов мешает высокая стоимость ионообменных смол и их десрщит-ность. Поэтому эта технология не нашла широкого примэнения, несмотря на высокое качество очищенной воды.

В последнее время разработана достаточно много схем, предусматривающх возврат очищенной воды в производство с применением других технологий [31, 64, 71, 140, 141, 142, 143^ В этих работах для создания замкнутых схем рекомендуется применение мембранных технологий.

Применение этой технологии в оборотном водоснабжении связано с определенными трудностями, основными из которых являются следующие:

- недостаточно развитое промышленное производство мем-бранн, а отсюда и их дефицитность;

- высокая стоимость мембранн;

- небольшая пропускная способность мембран и малый межрегенерационный цикл.

Перечисленные недостатки ограничивают применение мембранной технологии в схемах оборотного водоснабжения гальванических производств. Кроме этого, основным препятствием к широкому внедрению мембранных технологий в оборотных схемах является существующее нерациональное водопотребление на большинстве гальванических производств. Это приводит к созданию громоздких узлов доочистки, что вщет к снижению эффективности их работы ^132, 133, 134, ХЗб].

Бо^ее совершенными с точки зрения создания замкнутых систем являются безреагентные методы очистки гальваностоков, например электрохимический метод |144, 145, 14б], Однако основным недостатком этого метода является относительно большой удельный расход электрической энергии на процессы электролиза - 3+5 квт.ч/мЗ ^147^, Другой разновидностью безреагентного метода является метод гальванокоагуляции, однако существующие барабанные аппарата, как уже отмечалось ранее, имеют ряд недостатков (см.гл.1). Роль гальванокоагуляторов, всходя из результатов полупромышленных испытаний» могут выполнять аппараты с псевдоожиженным слоем, разработанные автором. Преимущества этих аппаратов по сравнению с барабанными гальванокоагуляторами очевидны. К ним относятся : уменьшение занимаемо! площади более чем в три раза (при той же производительности аппарата); уменьшение капитальных затрат на изготовление оборудования; отсутствие вращающихся частей, что снижает уровень вибрации и шума в помещении; применение в качестве загрузки отхода производства, который в настоящее время не утилизируется, а вывозится на свалку. Кроме вышеуказанных преимуществ аппарат имеет и конструктивные преимущества, о которых говорилось в главе 3.

5.2. Разработка замкнутой схемы очистки

Замкнутая схема очистки разработана с учетом литературных данных, а также с учетом результатов исследований и промышленных испытаний, проведенных: автором.

Результаты исследований по обработки водных растворов, содержащих ферромагнитные частицы, с использованием аппарата магнитной обработки (AMO) проведены в [х4б]. Результаты исследований по сравнению эффективности отстаивания гидрооксидов тяжелых металлов приведены в [l49, 15о]. Результаты исследований по доочистке гальваностоков на ПГС-фильтрах приведены

Предлагаемая схема очистки промывных вод гальванических производств с возвратом очищенной воды приведена на рис.53.

Цромнвные води традиционно разделяются на два потока и поступают соответственно в усреднитель кислотно-щелочных стоков I и в сборник хромсодержапих стоков 2. Затем эти стоки промывных вод гальванических производств I

•А

N5 О

Принципиальная схема очистки гальваностоков I- сборник хромсодержавдх стоков; 2- сборник.к/щ стоков^

3- аппарат с псевдоожиженн вм сдоем; ^сборник обработанного стока|

5- аппарат магнитной обработки; вертикальный отстойник^ 7- сборник очищенной воды;

8- ПГС фильтр» 9— сборник осадка; Ю- центрифуга? В - во-здух! насосаш подаются на первую ступень аппаратов с псевдоожижен-ным слоем 3. В одном из них ( на хромсодержащей линии) процесс растворения железа протекает одновременно о процессом восстановления шестивалентного хрома. В другом аппарате протекает только реакция растворения железа. Далее эти стоки объединяются и подаются на вторую ступень обработки в аппарате с псевдо-ожиженным слоем. На этой стадии обработки в результате растворения железа происходит дальнейшее повышение значения рН за I счет восстановления еонов водорода до атомарного состояния (см.ур-е 1.24). При этом происходит образование гидрооксидов тяжелых металлов. Таким образом, вторая ступень выполняет роль нейтрализатора, что позволяет избежать введения щелочных реагентов. В том же случае, когда необходимо повысить значение рН до величины 8,5 . 9,0 (например, для образования гидрооксидов кадмия), щелочь с помощью насоса-дозатора подается в линию после второй ступени очистки.

Затем, после второй ступени обработанная вода направляется в аппарат магнитной обработки. Магнитная обработка воды на очистных сооружениях гальваностоков еще не получила широкого развития, несмотря на простоту реализации устройств для магнитной обработки водно-дисперсионных систем в производственных условиях [е5з]. Анализ литературных историков ¡153, 154, 15б] показывает, что имеются самые разнообразны© сведения о действии магнитных полей на структуру и свойства водно-дисперсионных систем. Несмотря на то, что теория данных явлений еще не разработана и нет даже единой общепризнанной гипотезы, которая в той или иной степени позволила бы объяснить наблвдаемые структурные изменения при магнитной обработке водно-дисперсионных систем, исследователи отмечают, что плотность осада при этом увеличивается Г [561.

Наиболышй эффект магнитная обработка воды достигает в том случае, когда в водном растворе находятся ферромагнитные частицы. Отмечалось |~I57*J, что омагаичивание суспензий, не содержащих ферромагнитных частиц, не приводит к увеличению скорости осаждения взвешенных частиц. В работах [l58, 15э} изучено влияние магнитного поля на скорость коагуляции частиц магнетита в водном растворе и установлено, что частицы ориентируются вдоль силовых линий поля. Это приводит к взаимодействию частиц на дальних расстояниях и возникновению коллоидных частиц. Это ведет к повышению эффективности работы отстойников в 1,5+2 раза [Х60]. Таким образом, опираясь на вышеуказанные литературные источники и учитывая тот факт, что в нашем случае образуется осадок, обладающий хорошими ферромагнитными свойствами, можно предложить, что магнитная обработка воды позволит интенсифицировать процесс отстаивания. Это в конечном счете приведет к увеличению качества очищенной воды.

После обработки очищаемой вода в AMO стоки поступают на узел осветления, оборудованный полочным отстойником 6. Использование тонкослойного отстаивания на очистных сооружениях гальванических производств позволяет сократить объемы их основного оборудования не менее, чем в 3 раза {l64, I65j. Применение тонкослойных отстойников на обогатительных фабриках цветной металлургии в Казахстане позволило обеспечить повышение производительности одного квадратного метра площади'в 10 раз и сократило капитальные вложения в 5+6 раз по сравнению с типовыми вертикальными отстойниками [l6e]. Анализ литературных источников позволяет рекомендовать применение технологии тонкослойного отстаивания в схеме очистных сооружений гальванических производств с целью снижения капитальных затрат на строительство очистных сооружений, а в случае юс реконструкции - уменьшение площадей, занимаемых оборудованием» После полочного отстойника вода поступает в бак очищенной воды, а образовавшийся осадок на узел обезвоживания осадка. В нашем случае эту роль выполняет центрифуга.

В типовых схемах вода из бака очищенной воды сбрасывается либо в канализацию, либо направляется на узел доочистки, Узел доочистки оборудуется, как правило, кварцевыми или намывными фильтрами [ Зо], либо мембранными фильтрами [ 38, 31]. Как показывает опыт эксплуатации очистных сооружений гальванических производств, кварцевые фильтры наиболее просты в эксплуатации и не прихотливы. Однако они довольно громоздки и не всегда обеспечивают получение воды требуемого качества. Намывные фильтры несмотря на свою привлекательность, требуют высококвалифицированного обслуживания. Кроме того, для ввода намывного фильтра в эксплуатацию требуется длительная подготовительная работа, что лишает очистные сооружения высокой маневренности. Мембранные фильтры, а так же фильтры, использующие технологию обратного осмоса обеспечивают необходимую степень очистки воды, участвующей в оборотном цикле. Однако большая дефицитность мембран и их высокая стоимость являются основными препятствиями на пути их всемерного внедрения.

В последние годы в институте Казмеханобр разработаны новые фильтрующие системы, получившие название ПГС-фильтров. По принципу действия и размерам пор эти фильтры можно отнести к системам ультрафильтрации. Они предназначены для разделения твердой и жидкой фазы агрессивных и нейтральных технологических растворов в процессе осветлительного фильтрования [151]. По сравнению с кварцевыми и мембранными фильтрами этот фильтр имеет следующие преимущества:

- до сравнению с кварцевыми фильтрами - при одинаковой производительности НГС-фильтр имеет меньше габаритные размеры; увеличивается степень очистки обрабатываемой воды; дая регенерация фильтра не требуется промывная вода, т.к. процесс регенерации осуществляется воздухом; для регенерации ПГС-фильтра требуется значительно меньше времени, чем для кварцевого; требуется меньше капитальных затрат на изготовление конструкции фильтра;

- по сравнению с мембранными фильтрами - ПГС-фильтр изготавливается из отходов горно-металлургического производства и, соответственно, имеет относительно небольшую стоимость; фильтрующий патрон имеет более высокие прочностные характеристики по сравнению с полупроницаемыми мембранами.

Кроме преимуществ этот фильтр имеет и недостатки. К ним относятся следующие:

- при фильтровании вода, содержащей незначительные количества ионов тяжелых металов требуется регенерация патронов Ю#-ым раствором серной кислоты (I раз в 2*3 мес.);

- при рабочем давлении очищаемой воды свыше 0,3 мПа наступает структурное изменение фильтрующих пор, что приводит патрон к выходу из строя.

Технические характеристики ПГС-фильтра приведены в табл.

Ха^стеристики ПГС-фильтров, приведенные в табл.5.1 свидетельствуют о том, что эти фильтры могут быть использованы для доотстки обезвреженных гальваностоков с целью возврата в производство. На этом основании в качестве узла доочистки выбраны ПГС-фильтры, на которые поступает вода из бака очищенной воды. После ПГС-фшътроз очищенная вода направляется в производство. По своему качеству эта вода может быть использована как дош приготовления растворов электролитов, так и