Аппараты очистки («Технология защиты окружающей среды» курсовая), страница 7

Расход водорода (дм /мин) в смеси электролизного газа

q_H2 =22,4q_гa_н( a_гМ_Н2),

где (a_н — электрохимический эквивалент водорода, a_н = 0,627 мг/(А*мин); М_Н2 — молекулярная масса водорода.

Задают расход воздуха, подаваемого под границу раздела «сточная вода — воздух рабочей зоны» в камере флотации, исходя из соотно­шения q_в ³ 50 q_Н2 и определяют суммарный расход газовоздушной смеси, выходящей через открытую поверхность флотатора q_см = q_г + q_в. Выбирают удельный расход газовоздушной смеси через поверхность ценообразования w = 300...600 дм³/(м³* мин) [6.5] и определяют пло­щадь поверхности пенообразования f = q_см/w.

Определяют объемную плотность тока (А/м³), обеспечивающую необходимую величину газонаполнения j = (j + 0,261 К_ф + 0,1) /(0,022 — 0,011К_ф), где j — степень газонаполнения сточной воды в процессе флотации; j = 1...5 дм³/м³; К_ф = 0,3...1,2 — коэффициент формы фло­тационной камеры.

Находят объем и площадь поперечного сечения флотационной камеры V= I/j; F= (К_ф )² и затем ее основные размеры.

Экстракция сточных вод основана на перераспределении примесей сточных вод в смеси двух взаимнонерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента). Количественно интенсивность перераспределения оценивается коэффициентом экстракции К_э = с_э/с_в, где с_э и с_в — концентрации примеси в экстрагенте и сточной воде по окончании процесса экстракции. В частности, при очистке сточных вод от фенола с использованием в качестве экстрагента бензола или бугилацетата К_э составляет соответственно 2,4 и 8...12. Для интенсификации процесса |экстракции перемешивание смеси сточных вод с экстрагентом осуще­ствляют в экстракционных колоннах, заполненных насадками из колец Рашига.

Нейтрализация сточных вод предназначена для выделения из них кислот, щелочей, а также солей металлов на основе кислот и щелочей. Процесс нейтрализации основан на объединении ионов водорода и гидроксильной группы в молекулу воды, в результате чего сточная вода, приобретает значение рН » 6,7 (нейтральная среда). Нейтрализацию кислот и их солей осуществляют щелочами или солями сильных щелочей: едким натром, едким кали, известью, известняком, доломи­том, мрамором, мелом, магнезитом, содой, отходами щелочей и т. п. Наиболее дешевым и доступным реагентом для нейтрализации кислых сточных вод является гидроокись кальция (гашеная известь). Для нейтрализации сточных вод с содержанием щелочей и их солей (сточ­ные воды целлюлозно-бумажных и текстильных заводов) можно ис­пользовать серную, соляную, азотную, фосфорную и другие кислоты.

Теоретический расход щелочей (кислот) для нейтрализации содер­жащихся в сточных водах кислот (щелочей) определяют в соответствии с уравнениями реакций нейтрализации по формуле q = сМ_э/М_к, где с — концентрация кислоты (щелочи) или их солей в сточной воде; М_э и М_к—молекулярные массы щелочи (кислоты) и кислоты (щелочи) или их солей.

На практике используют три способа нейтрализации сточных вод:

— фильтрационный — путем фильтрования сточной воды через насадки кусковых или зернистых материалов;

— водно-реагентный — добавлением в сточную воду реагента в виде раствора или сухого вещества (извести, соды или шлака); нейт­рализующим раствором может быть и щелочная сточная вода;

— полусухой — перемешиванием высококонцентрированных сточных вод (например, отработанного гальванического раствора) с сухим реагентом (известью, шлаком) с последующим образованием нейтральной тестообразной массы.

Сорбцию применяют для очистки сточных вод от растворимых примесей. В качестве сорбентов используют любые мелкодисперсные материалы (золу, торф, опилки, шлаки, глину); наиболее эффективный сорбент — активированный уголь. Расход сорбента m = Q(с₀ — c_к)/a, где Q — расход сточной воды, м³/с; c₀ и c_к — концентрации примесей в исходной и очищенной сточной воде, кг/м³; а — удельная сорбция, характеризующая количество примесей, поглощаемых единицей массы сорбента, кг/с.

Ионообменную очистку применяют для обессоливания и очистки сточных вод от ионов металлов и других примесей. Очистку осущест­вляют ионитами — синтетическими ионообменными смолами, изго­товленными в виде гранул размером 0,2...2 мм. Иониты изготовляют из нерастворимых в воде полимерных веществ, имеющих на своей поверхности подвижный ион (катион или анион), который при опре­деленных условиях вступает в реакцию обмена с ионами того же знака, содержащимися в сточной воде.

Различают сильно- и слабокислотные катиониты (в Н⁺- или Na⁺- форме) и сильно- и слабоосновные аниониты (в ОН^- - или солевой форме), а также иониты смешанного действия.

Ионообменную очистку реализуют последовательным фильтрова­нием сточной воды через катиониты и аниониты. При контакте сточной воды с катионитом в водородной форме имеет место обмен катионов растворенных в воде солей на Н⁺-ионы катионита в соответствии с уравнением реакции

n [К]Н + Меⁿ⁺ [К]_nМе + nН⁺

где К — «скелет» (радикал) катионита; Me — извлекаемый из сточной воды катион металла; n — заряд катиона. При этом имеет место увеличение кислотности сточной воды.

При контакте сточной воды с анионитом в гидроксильной форм происходит обмен анионов кислот на ОН^--ионы анионита в соответствии с уравнением реакции

m [А_n]ОН + А^m- [А_n]_mА + mOН^-

где А_n — «скелет» (радикал) анионита; А — извлекаемый из сточной воды анион; m —заряд аниона.

В зависимости от вида и концентрации примесей в сточной воде, требуемой эффективности очистки используют различные схемы ионообменных установок. Для очистки сточных вод от анионов сильных кислот применяют технологическую схему одноступенчатого Н-катионирования и ОН-анионирования с использованием сильнокислотно­го катионита и слабоосновного анионита (рис. 6.21, а). Для более глубокой очистки сточных вод, в том числе от солей, применяют одно- или двухступенчатое Н-катионирование на сильнокислотном катио-ните с последующим двухступенчатым ОН-анионированием на слабо-, а затем на сильноосновном анионите (рис. 6.21, б).

При содержании в сточной воде большого количества диоксида углерода и его солей происхо­дит быстрое истощение емко­сти сильноосновного анионита. Для уменьшения истощения сточную воду после катионитового фильтра дегазируют в спе­циальных дегазаторах с на­садкой из колец Рашига или в других аппаратах (рис. 6.21, в). При необходимости обес­печивать значение рН » 6,7 и очистки сточной воды от анионов слабых кислот вместо анионитовых фильтров второй ступени используют фильтр смешанного действия, загружаемый смесью силь­нокислотного катионита и сильноосновного анионита.

Электрохимическая очистка, в частности, электрохимическое окис­ление осуществляется электролизом и реализуется двумя путями: окис­лением веществ путем передачи электронов непосредственно на поверхности анода или через вещество — переносчика, а также в результате взаимодействия с сильными окислителями, образовавши­мися в процессе электролиза.

Наличие в сточной воде достаточного количества хлорид-ионов обусловливает появление в ней при электролизе активного хлора (С1₂, НОСl, С1₂О, СlO^-, С1О₃), который является сильнейшим окислителем и способен вызывать глубокую деструкцию многих органических ве­ществ, содержащихся в сточных водах.

Электрохимическое окисление применяют для очистки сточных вод гальванических процессов, содержащих простые цианиды (КСС1, NaCCl) или комплексные цианиды цинка, меди, железа и других металлов. Электрохимическое окисление осуществляют в электролизерах (обычно прямоугольной формы) непрерывного или периодического дей­ствия. На аноде происходит окисление цианидов в малотоксичные и нетоксичные продукты (цианаты, карбонаты, диоксид углерода, азот), а на катоде — разряд ионов водорода с образованием газообразного водо­рода и разряд ионов меди, цинка, кадмия, образующихся при диссоциа­ции комплексных анионов с содержанием CN-группы.

На рис. 6.22 показана технологическая схема установки для элек­трохимического окисления сточных вод. В ее состав входят сборный резервуар 1, бак 2 для приготовления концентрированного раствора NaCl, электролизер 3 с источником постоянного напряжения 7. Очищенная от цианидов сточная вода выходит по трубопроводу 4, а при необходимости ее доочистки по трубопроводу 5 вновь направляется в сборный резервуар 1. Для интенсификации процесса окисления в электролизер 3 по трубопроводу 6 подают сжатый воздух

Гиперфильтрация (обратный осмос) реализуется разделением рас­творов путем фильтрования их через мембраны, поры которых разме­ром около 1 нм пропускают молекулы воды, задерживая гидратированные ионы солей или молекулы недиссоциированных соединений. По сравнению с другими методами очистки гиперфильтрация требует малых энергозатрат: установки для очистки конструктивно просты и компактны, легко автоматизируются; фильтрат имеет высокую степень чистоты и может быть использован в оборотных системах водоснаб­жения, а сконцентрированные примеси сточных вод легко утилизиру­ются или уничтожаются.

Перенос воды и растворенного вещества через мембрану оценива­ется уравнениями: Q = k₁(p_p—Δр); F= k₂Δc, где Q — расход воды через мембрану, м³/с; k₁, k₂ — коэффициенты проницаемости соответствен­но воды и растворенного вещества через конкретную мембрану; р_р — рабочее давление на входе в мембрану, Па; Δр — разность осмотиче­ских давлений раствора на входе в мембрану, Па; Δс — разность концентраций растворенного в воде вещества на входе в мембрану и выходе из нее, кг/м³; F — масса растворенного вещества, переносимого через мембрану, кг.

Для гиперфильтрации используют ацетатцеллюлозные, полиамид­ные и тому подобные полимерные мембраны с ресурсом работы 1...2 г. Селективность мембран по отношению к ионам различных веществ характеризуется следующим рядом: А1³⁺ > Zn²⁺ > Cd²⁺ > Mg²⁺ > Са²⁺ > Ва²⁺ > SO^2-₄ > Na⁺ > F^- > K⁺ > Сl^- > Br ^- > I^- > NO₃^- > H⁺.