Курсовая работа (т): Проект рационального водопользования промышленного предприятия

В соответствии с химической активностью применяют следующие синтетические флокулянты:

)неионогенные полимеры (поливиниловый спирт, полиэтиленоксид, полиакриламид);

)анионоактивные полимеры (полиакрилат, полиметакрилат);

)катионоактивные полимеры (полиэтиленамин, полимеры с аммонитными группами);

)сополимеры с ионогенными и неионогенными группами (с акриламид- и акрилатгруппами).

На рынке представлен широкий спектр флокулянтов. Например, Besfloc: анионные (выпускаемые в гранулах и эмульсиях), катионные (гранулы и эмульсии), неионогенные (гранулы) - позволяют выбрать предприятиям наиболее оптимальный вариант очистки воды. Обычно флокулянтBesfloc широко используется в химической и нефтехимической промышленности на стадии очистки.

ФлокулянтFlopam - продукция компании SNF Floergerr. Флокулянты выпускаются в виде гранул, порошков, водных растворов и эмульсий. Полимеры Флопам используются совместно с коагулянтами, что способствует увеличению размеров образовавшихся хлопьев и их дальнейшего удаления.

ФлокулянтMagnafloc LT (производства швейцарской фирмы CibaSpecialtyChemicals) изготавливаются на основе полиакриламида. ФлокулянтМагнафлок вводится непосредственно после коагуляции, увеличивая размер микрохлопьев, производя очистку воды путем фильтрации и осветления. Для того, чтобы обеспечить высокую результативность флокулянтаMagnafloc LT, достаточно будет осторожного перемешивания.

ПАА (полиакриламид) - представляет собой гранулированный полиакриламид, выступающий в тандеме с сульфатом аммония. На сегодняшний день ПАА является универсальным нейтральным флокулянтом, и применяется во многих областях промышленности. Однако по сравнению с современными флокулянтами является недостаточно эффективным.

Флокулянт Praestol обычно используют для ускорения водоочистительных процессов, уплотнения осадков и их дальнейшего обезвоживания. Химические реагенты, которые испальзуют как электролиты, снижают электрический потенциал молекул воды. Из - за этого частицы начинают объединяться друг с другом. Затем флокулянт объединяет частицы в хлопья - «флоккулы».

Благодаря действию Praestola, микрохлопья объединяются в макрохлопья, скорость осаждения которых в несколько сотен раз выше обычных частиц. Таким образом, комплексное воздействие флокулянтаPraestol способствует интенсификации осаждения твердых частиц. ФлокулянтPraestol находит свое применение в водоочистительных процессах химической и нефтехимической промышленности и целлюлозно-бумажном производстве. Кроме этого, флокулянт Praestol имеет все необходимые гигиенические сертификаты и сертификаты соответствия Госсанэпиднадзора России [3].

Рассмотрим несколько типов отстойников, которые могут применяться для осаждения.

Отстойником называется технологическое оборудование, которое используется для очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов. Отстойники подразделяются на первичные и вторичные. Первичные используются перед промышленными или биологическим очистными сооружениями, вторичные - для извлечения активного ила. В зависимости от направления движения потока жидкости, отстойники подразделяются на вертикальные, горизонтальные и радиальные. Осветлители также относятся к отстойникам. В них одновременно с отстаиванием производится фильтрация сточной воды через слой взвешенного осадка, и осадкоуплотнители, в которых одновременно с очисткой воды производится уплотнение образовавшегося осадка.

Горизонтальный отстойник (рис.1) - прямоугольный, вытянутый в направлении движения воды резервуар, в котором осветляемая вода вдоль отстойника движется в направлении, близком к горизонтальному. Различают одно- и двухэтажные горизонтальные отстойники [4].

Рис. 1. Горизонтальный отстойник [1]: 1 - подача исходной воды; 2 - отвод очищенной воды; 3 - отвод осадка; 4 - распределительные карманы; 5 - распределительные решетки; 6 - зона накопления осадка; 7 - зона отстаивания

Вертикальный отстойник (рис. 2) представляет собой круглый в плане резервуар диаметром 510 м, глубиной до 7 м, оборудованный камерой хлопьеобразования водоворотного типа и конусным днищем для накопления и уплотнения осадка.

Рис. 2. Вертикальный отстойник [1]: 1 - камера хлопьеобразования вертикальноготипа; 2 - сегнерово колесо с насадками; 3 - гаситель; 4 - подача исходной воды (из смесителя); 5 - сборный желоб; 6 - труба для отвода осадка; 7 - отвод осветленной воды.

В настоящее время существуют более современные отстойники.

Тонкослойные отстойники (рис. 3) - представляют собой модули различных конструкций с близко расположенными друг к другу полками, на которых оседает взвесь. Глубина осаждения в таких конструкциях не превышает 70 - 100 мм.

Рис. 3. Схемы тонкослойных отстойников [1]: а - противоточная, б - прямоточная, в - перекрестная. 1 - подача исходной воды; 2 - отвод осветленной воды с противоположного от ввода кармана; 3 - тонкослойные модули, 4 - трубопровод удаления осадка, 5 - отвод нефтепродуктов и взвеси [1].

Широко применяют отстойник - флокулятор (рис. 4). Внутри отстойника имеется камера флокуляции, в которую через центральную трубу поступает сточная вода. В камере флокуляции происходит эжекция воздуха, частичное окисление органических веществ, хлопьеобразование и сорбция загрязнений. В отстойной зоне вода проходит через слой взвешенного осадка, где задерживаются мелкодисперсные примеси. Выпавший осадок удаляется под действием гидростатического напора.

Рис.4. Отстойник-флокулятор [1]: 1 - корпус; 2 - желоб; 3 - отверстия для удаления осветленной воды; 4 - воздухоотделитель; 5 - центральная труба; 6 - распределительные трубы [1].

.2.2 Сорбционные методы

Сорбционные методы очистки сточных вод достаточно распространены, так как имеют высокую эффективность и отсутствуют вторичные загрязнения. Сорбционные материалы способны поглощать из водных растворов металлы практически до любых остаточных концентраций [4].

В зависимости от механизма взаимодействия сорбента с сорбатом сорбционные процессы делятся на: адсорбция; экстракция; ионный обмен; осадкообразование.

Адсорбция - это процесс концентрирования компонентов на поверхности химического инертного сорбента вследствие межмолекулярного взаимодействия. Процесс экстракции заключается в растворении компонентов в растворителе, нанесенном на сорбент. Ионным обменом называется обратимая химическая реакция компонентов электролита с подвижными катионами или анионами ионита.

Образование компонентами раствора малорастворимых соединений при взаимодействии с химически активными веществами, находящимися в порах сорбента является осадкообразованием.

В настоящее время существует множество сорбентов, которые в свою очередь делятся на углеродные (активные угли, торф и другие материалы, получаемые в основном при переработке различных органических материалов) и минеральные (силикагели, алюмогели, цеолиты). Большинство сорбентов поглощают как нефтепродукты, так и ионы металлов.

Активированные угли (АУ) обычно используют в качестве сорбента. Различают три типа АУ: порошковый, гранулированный и формованный. Существуют различные марки АУ: Активные (активированные) дробленые угли марок (ГОСТ 6217-74): БАУ-А (для очистки ликероводочных изделий, пива и безалкогольных напитков); БАУ-Ац (наполнение ацетиленовых баллонов); ДАК (очистка технической и питьевой воды в промышленных и бытовых фильтрах; парогазового конденсата на тепловых эл. станциях).

Активные (активированные)порошкообразные марок: ОУ, ГОСТ 4453-73 (для очистки и изготовления органических кислот, очистки сиропов, масел, жиров, медицинских препаратов); АУП, ТУ 6-16-2401-80 (для изготовления бесшлаковых электродов и некоторых электротехнических элементов (деталей)).

Сырьём для получения АУ может быть практически любой углеродсодержащий материал: уголь, древесина, полимеры, отходы пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической и других отраслей промышленности.

Известно, что АУ хорошо обезвреживает гальванические стоки от содержащихся в них цианистых соединений.

Так как технология получения АУ очень энергоемкая, готовый продукт имеет высокую стоимость. Поэтому необходимо регенерировать сорбент. Обычно для регенерации активных углей используют термические, химические или биологические методы.

Легколетучие органические вещества удаляют высокотемпературной десорбцией воздухом (120-140 °С), паром (200-300 °С) или дымовыми газами (300-500 °С). Такие способы регенерации также являются энергоёмкими и требуют сложного аппаратного оформления.

Органические соединения удаляются промывкой растворами кислот или щелочей при химической регенерации.

При биологической регенерации микроорганизмы окисляют органические вещества в течение 10-20 часов.

Около 40 % угля выгорает при термической регенерации и производстве она становится не выгодной, так как приходится АУ периодически заменять. Поэтому предприятия применяют промывку горячей водой или паром, что не даёт 100 %-ной регенерации, но обеспечивает работу очистных сооружений.

В качестве сорбентов используют многие природные материалы (цеолиты, сапропели, торфы и т.д.). Их обычно не регенерируют, так как стоимость природных сорбентов намного ниже стоимости искусственных.

Наиболее используемыми неорганическими сорбентами являются глинистые породы, такие как трепел, диатомит, опоки.

Механизм сорбции загрязнений из воды на глинистых материалах очень сложен. Он основан на вандерваальсовых взаимодействий углеродных цепочек с развитой поверхностью микрокристаллов силикатов, и кулоновское взаимодействие заряженных и поляризованных молекул сорбата с положительно заряженными участками поверхности сорбента, содержащими ионы Н+ и А13+.

Для интенсификации биологической очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод используется биосорбционное фильтрование на природных цеолитах или других сорбентах.

На сегодняшний день, применяются различные адсорбенты, но не смотря на это многие из них не удовлетворяют всему комплексу требований, предъявляемых к материалам подобного типа, в связи, с чем поиск и разработка новых сорбционных материалов ведётся постоянно.

Наиболее важным является получение относительно дешевых сорбционных материалов на базе безотходных производств. Отходы производства в качестве адсорбентов лишены главного недостатка большинства применяемых адсорбентов, особенно ионообменных смол, - высокой стоимости [12].

.2.3 Метод ионного обмена

При ионном обмене некоторые твёрдые вещества (иониты) обменивают свои ионы на ионы растворённых в воде солей. Иониты представляют собой нерастворимые в воде искусственные органические смолы, которые имеют активные ионные группы, способные при контакте с водой приходить в движение. Таким образом, они имеют свойства твёрдых электролитов; их часто называют также полиэлектролитами.

Процесс ионного обмена состоит из фаз:1) диффузия иона в растворе к поверхности ионита; 2) диффузия через ламинарную плёнку; 3) диффузия в геле смолы (в зерне) к ионоактивной группе; 4) химическая реакция.

Первая фаза процесса зависит от турбулизации раствора, вторая и третья определяются концентрацией ионов в обрабатываемом растворе. В разбавленных растворах (например, промывных водах) на процесс ионного обмена влияет плёночная диффузия, в концентрированных - диффузия в зерне.

В общем виде реакцию ионного обмена можно представить в следующей форме:

для Н-катионита: zR-H+Mez+↔Rz-Me+zH+ (11)

для ОН-анионита:yR-OH+xy-↔Ry-x+yОН-, (12)

где R - материал смолы, связанный с обменным ионом; Me - обмениваемый катион (металл); X - обмениваемый анион; z - валентность катионов; у - валентность анионов.

При достижении полного замещения ионоактивных групп производится регенерация ионитов, т.е. обработка их раствором кислоты (катионитов) или щелочи. Реакция обмена в этом случае протекает в обратном направлении.

Полный цикл реакции ионного обмена и регенерации ионитов представляет собой значительное концентрирование (в продуктах регенерации) находящихся в растворе «посторонних» веществ, что позволяет не только очищать воду от растворённых загрязнений, но и выделять из стоков ценные вещества.

Различают две основные группы ионообменных смол: катиониты и аниониты, соответствующие двум процессам ионного обмена - катионному и анионному. Катиониты разделяются на сильно- и слабокислые, а аниониты - соответственно на сильно- и слабоосновные. Следовательно, сильнокислый катионит при реакциях ведёт себя так же, как сильная кислота или её соль и т.д.

Сильнокислые катиониты изготовляют на основе полистирола с сульфогруппой. Из всех типов ионитов они наиболее стойки к механическим и химическим воздействиям.

Для этой группы можно характерен ряд селективности: Ti, Сг, А1, Ва Рb, Са, Ni, Cd, Cu2+, Zn, Mg, Ag, Cu+, K, NH4, Na, H.

Сильнокислые катиониты, широко применяемые при очистке промывных вод, ввиду высокой селективности к многовалентным металлам могут быть использованы для удаления железа, хрома и алюминия из хромсодержащих концентратов, а также для извлечения фосфорной кислоты, так как для них характерна способность к обмену в широком интервале значений pH.

Слабокислые катиониты представляют собой структурированные полиакрилаты с карбоксильной группой, выполняющей обменные функции. Способны к ионному обмену при pH ≥ 7.

На очистных станциях гальванических предприятий их применяют в качестве заключительной ступени ионного обмена, а также для улавливания неионогенных ПАВ и извлечения цветных металлов.

Слабоосновные аниониты (интервал значений pH = 1-6) состоят из комплексного полистирола с активной аминогруппой. Это макропористые смолы, способные адсорбировать неионогенные тензиды (ПАВ) и снова отдавать их при регенерации.

Сильноосновные аниониты также изготовляют из полистирола, но с активными аммонийными группами. Для них характерна способность к обмену в широком интервале значений pH. Они способны связывать анионы слабых кислот, поэтому их часто применяют в качестве заключительной ступени в ряду анионитовых фильтров.

Иониты выпускают в виде порошка (размер частиц 0,04-0,07 мм), зёрен (0,3-2,0 мм), волокнистого материала, листов и плиток. Крупнозернистые иониты предназначены для работы в фильтрах со слоями значительной высоты (1-3 м), порошкообразные - со слоями высотой 3-10 мм [5].

Ряд смол, выпускаемых в РФ, имеет произвольное наименования (Н, НО, ВС). Некоторые названия отражают состав смол: СДВ - стиролдивинилбензол; ЭДЭ - этилендиаминэтилен-хлоргидрин; МСФ - моносульфат и др.

Регенерация ионообменных смол

Восстановление обменной способности ионитов достигается их регенерацией, реакция которой протекает в соответствии ранее приведёнными уравнениями, только в обратном направлении, т.е. катионит переводится в Н-форму, а анионит - в ОН-форму. Отводимые регенераты содержат главным образом элюированные вещества, а также избыток регенерирующих средств, разбавленных водой при отмывке. В среднем концентрация регенератов в 50 раз выше концентрации поступающей на очистку промывной воды гальванических производств.

Различают нормальную и специальную регенерацию.

Нормальная регенерация - это восстановление обменной способности ионитов после их насыщения переводом в Н- и ОН-форму. Продолжительность действия ионитов между такими регенерациями зависит от полезной обменной способности и концентрации промывной воды.

Регенерация серной кислотой экономически невыгодна и применяется в редких случаях, например, для предотвращения осаждения AgCl , если стоки содержат серебро.

Кислые регенераты содержат натрий и тяжёлые металлы, элюированные неионогенные ПАВ и избыток соляной кислоты. Цианиды и хроматы, находящиеся в слое воды над смолой, отводятся в резервуар исходной воды чаще всего при обратной промывке. Если цианиды содержатся в регенерате, то его подают для нейтрализации только после обезвреживания.