Нейтралізація - штріплінг л

6. Хімічні методи очищення стічних вод

6.1. нейтралізація

Стічні води, що містять мінеральні кислоти або лугу, перед скиданням їх у водойми або перед використанням в технологічних процесах нейтралізують. Практично нейтральними вважаються води, що мають рН = 6,5-8,5. Отже, піддавати нейтралізації слід стічні води з рН менше 6,5 і більше 8,5, при цьому необхідно враховувати нейтрализующую здатність водойм, а також лужної резерв міських стічних вод. З умов скидання виробничих стічних вод у водойму або міську каналізацію, слід, що велику небезпеку становлять кислі стоки, які зустрічаються до того ж значно частіше, ніж лужні (кількість стічних вод з рН> 8,5 невелика). У більшості кислих стічних вод містяться солі важких металів, які необхідно виділити з цих вод.

Реакція нейтралізації - це хімічна реакція між речовинами, що мають властивості кислоти і підстави, яка призводить до втрати характерних властивостей обох з'єднанні. Найбільш типова реакція нейтралізації у водних розчинах відбувається між гідратованими іонами водню і іонами гідроксиду, що містяться відповідно в сильних кислотах і підставах: Н + + ОН - = Н2 О. В результаті концентрація кожного з цих іонів стає рівною тій, яка властива самій воді (близько 10 -7), тобто активна реакція водного середовища наближається до рН = 7.

Нейтралізацію можна проводити різними шляхами: шляхом змішування кислих і лужних стічних вод, додаванням реагентів, фільтруванням кислих вод через нейтралізуючі матеріали, абсорбцією кислих газів лужними водами або абсорбцією аміаку кислими водами. Вибір методу нейтралізації залежить від обсягу і концентрації стічних вод від режиму їх надходження, наявності та вартості реагентів. У процесі нейтралізації можуть утворюватися опади, кількість яких залежить від концентрації і складу стічних вод, а також від виду і витрати реагентів. Застосовують наступні способи нейтралізації: взаємна нейтралізація кислих і лужних стічних вод (нейтралізація змішанням); нейтралізація шляхом додавання реагентів, фільтрування через нейтралізуючі матеріали; нейтралізація кислими димовими газами.

Вибір способу нейтралізації залежить від багатьох факторів, наприклад, виду і концентрації кислот, що забруднюють виробничі стічні води; витрати і режиму надходження відпрацьованих вод на нейтралізацію; наявності реагентів; місцевих умов і ін.

Нейтралізація змішуванням. Цей метод застосовують, якщо на одному підприємстві або на сусідніх підприємствах є кислі і лужні води, не забруднені іншими компонентами. Кислі та лужні води змішують в ємності з мішалкою і без мішалки. В останньому випадку перемішування ведуть повітрям (рис. 1.47) при його швидкості в лінії подачі 20-40 м / с.

Мал. 1.47. Нейтралізатор змішання:

1 - кислі стічні води; 2 - лужні стічні води; 3 - нейтралізована стічна вода; 4 - повітря;

5 - розподільник повітря;

При змінної концентрації стічних вод в схемі передбачають установку усереднювача або забезпечують автоматичне регулювання подачі в камеру змішання. Розрахунок співвідношення стічних вод, що направляються в камеру змішання, проводять по стехиометрическим рівнянням.

При надлишку кислих або лужних стічних вод додають відповідні реагенти. Принципова схема водно-реагентної нейтралізації приведена на рис. 1.48. Нейтралізовану воду використовують у виробництві, а осад зневоднюють на шламових майданчиках або вакуум-фільтрах.

Мал. 1.48. Схема станції реагентної нейтралізації води:

1 - пісколовки; 2 - усреднители; 3 - ємність для реагентів; 4 - розчинний бак; 5 - дозатор; 6 - змішувач; 7 - нейтралізатор; 8 - відстійник; 9 - осадоущільнювача; 10 - вакуум-фільтр; 11 - накопичувач зневоднених опадів; 12 - шламова майданчик

Нейтралізація шляхом додавання реагентів. Якщо на промисловому підприємстві є тільки кислі або лужні води або неможливо забезпечити їх взаємну нейтралізацію застосовується реагентний метод нейтралізації. Цей метод найбільш широко використовується для нейтралізації кислих стічних вод. Вибір реагенту залежить від виду кислот, їх концентрації, розчинності солей, що утворюються в результаті хімічної реакції.

Для нейтралізації мінеральних кислот застосовується будь-лужний реагент, найчастіше вапно-пушонка, вапняне молоко, карбонати кальцію і магнію у вигляді суспензії. Ці реагенти порівняно дешеві і є загальнодоступними, але мають ряд недоліків: обов'язково пристрій усреднителей перед нейтралізаційних установкою; важко регулювання дози реагенту по рН нейтралізованої водою; складне реагентне господарство.

Швидкість реакції між розчином кислоти і твердими частинками суспензії відносно невелика і залежить від розмірів частинки і розчинності утворюється в результаті реакції нейтралізації з'єднання. Тому остаточна активна реакція встановлюється не відразу, а через деякий час - 10-15 хв. Сказане вище стосується до стічних вод, що містять сильні кислоти (H2 SO4. H2 SO4), кальцієві солі яких важко розчинними у воді.

При нейтралізації стічних вод, що містять сірчану кислоту (H2 SO4), реакція в залежності від застосовуваного реагенту протікає за рівнянням:

Утворений в результаті нейтралізації сульфат кальцію (гіпс) кристалізується з розбавлених розчинів у вигляді CaSO4 · 2H2 O. Розчинність цієї солі при температурі 0-40 0 С коливається від 1,76 до 2,11 г / л.

При більш високій концентрації сульфат кальцію випадає в осад, тому при нейтралізації сильних кислот, кальцієві солі яких важко розчинними у воді, необхідно влаштовувати відстійники-шламонакопичувачі. Істотним недоліком методу нейтралізації сірчаної кислоти вапном є утворення пересиченого розчину гіпсу (коефіцієнт пересичення може досягати 4-6), виділення якого зі стічної води може тривати кілька діб, що призводить до заростання трубопроводів і апаратури. Присутність в стічних водах багатьох хімічних виробництв високомолекулярних органічних сполук підсилює стійкість пересичених розчинів гіпсу, оскільки ці сполуки сорбируются на гранях кристалів сульфату кальцію і перешкоджають їх подальшому зростанню.

Для зменшення коефіцієнта пересичення використовується метод рециркуляції утворюється в результаті нейтралізації осаду сульфату кальцію. Концентрація іонів кальцію в стічній воді зменшується при збільшенні дози рециркулюючого осаду: тривалість перемішування цієї води повинна бути не менше 20-30 хв. Для зменшення заростання трубопроводів, по яких транспортуються нейтралізовані вапном сернокислотниє стоки, застосовують методи промивки, збільшують швидкість транспортування, а також замінюють металеві трубопроводи на пластмасові.

Оскільки в кислих і лужних стічних водах практично завжди присутні іони важких металів, то дозу реагентів слід визначати з урахуванням виділень в осад важких металів.

Кількість реагенту, необхідного для нейтралізації стічних вод визначається за формулою

де k - коефіцієнт запасу витрати реагенту в порівнянні з теоретичним k = 1,1 - для вапняного молока, k = 1,5 - для вапняного тесту і сухий вапна; В - кількість активної частини в товарному продукті,%; Q - кількість стічних вод підлягають нейтралізації, м 3; а - витрата реагенту для нейтралізації (табл. 1.7), г / кг

Витрата реагентів для нейтралізації 100% кислот і лугів

Наприклад, при нейтралізації гашеним вапном стічних вод, що надходять після травлення чорних металів сірчаною кислотою відбуваються такі реакції:

На підставі наведених вище реакцій або даних в табл. 1.7 і 1.8, а також за змістом сірчаної кислоти і заліза в відпрацьованих травильних розчинах можна визначити кількість гашеного вапна, необхідного для нейтралізації кислих стічних вод і осадження заліза

Кількість сухої речовини, що утворюється при нейтралізації 1м 3 стічної води, що містить вільну сірчану кислоту і солі важких металів, визначається за формулою

Якщо значення третього члена в наведеній формулі негативно, то він не враховується.

Обсяг осаду, що утворюється при нейтралізації стічної води можна знайти за рівнянням

Реагенти вибирають в залежності від складу і концентрації кислої стічної води. При цьому враховують, чи буде в процесі утворюватися осад чи ні. Розрізняють три види кислотосодержащих стічних вод: 1) води, що містять слабкі кислоти (Н2 СО3. СН3 СООН); 2) води, що містять сильні кислоти (НСl, HNO3). Для їх нейтралізації може бути використаний будь-який названий вище реагент. Солі цих кислот добре розчинні у воді; 3) води, що містять сірчану і сірчистий кислоти. Кальцієві солі цих кислот погано розчинні у воді і випадають в осад.

Вапно для нейтралізації вводять в стічну воду у вигляді гідроксиду кальцію (вапняного молока; «мокре» дозування) або у вигляді сухого порошку ( «сухе» дозування). Схема установки для нейтралізації кислих вод вапняним молоком показана на рис. 1.49.

Мал. 1.49. Схема установки нейтралізації кислих вод гідроксидом кальцію:

1 - усреднітель; 2 - апарат для гасіння; 3 - розчинні баки; 4 - дозатори;

5 - нейтралізатор; 6 - відстійник

Для гасіння вапна використовують кульові млини мокрого помелу, в яких одночасно відбуваються тонке подрібнення і гасіння. Для змішування стічних вод з вапняним молоком застосовують гідравлічні змішувачі різних типів: дірчасті, перебірчасті, вихрові, з механічними мішалками або барботажні з витратою повітря 5-10 м 3 / ч на 1 м 2 вільної поверхні.

При нейтралізації стічних вод, що містять сірчану кислоту, вапняним молоком в осад випадає гіпс CaSO4 · 2H: 2 O. Розчинність гіпсу мало змінюється з температурою. При переміщенні таких розчинів відбувається відкладення гіпсу на стінках трубопроводів і їх забивання. Для усунення забивання трубопроводу необхідно промивати їх чистою водою або додавати в стічні води спеціальні пом'якшувачі, наприклад гексаметафосфат. Збільшення швидкості руху нейтралізованих вод сприяє зменшенню відкладень гіпсу на стінках трубопроводу.

Для нейтралізації лужних стічних вод використовують різні кислоти або кислі гази. Метод реагентної нейтралізації кислих і лужних стічних вод широко використовується на підприємствах хімічної промисловості.

Нейтралізація кислих вод фільтруванням через нейтралізуючі матеріали. В цьому випадку для нейтралізації кислих вод проводять фільтрування їх через шар магнезиту, доломіту, вапняку, крейди, мармуру, твердих відходів (шлак, зола) і ін. Процес ведуть в фільтрах-нейтралізаторах, які можуть бути горизонтальними або вертикальними крупність фракцій матеріалу завантаження 3 -8 мм. Для вертикальних фільтрів використовують шматки вапняку або доломіту розміром 30-80 мм. При висоті шару матеріалу 0,85-1,2 м швидкість повинна бути не більше 5 м / с і залежить від виду завантажувального матеріалу, а тривалість контакту не менше 10 хв. У горизонтальних фільтрів швидкість течії стічних вод 1-3 м / с. Нейтралізація соляно і азотнокислим, а також сірчанокислих стічних вод при концентрації сірчаної кислоти не більше 1,5 г / л відбувається на безперервно діючих фільтрах.

Застосування таких фільтрів можливо за умови відсутності в кислих стічних водах солей металів, оскільки при рН> 7 вони будуть випадати в осад у вигляді важкорозчинних сполук, які повністю забивають пори фільтру. Обмежується застосування нейтралізують фільтрів при подачі на них сірчанокислих стічних вод з концентрацією сірчаної кислоти більше 1,5 г / л. У цьому випадку кількість що утворюється сульфату кальцію перевищує його розчинність ( <<2 г/л) и он начинает выпадать в осадок, который покрывает поверхность нейтрализующей загрузки, затрудняет доступ к ней кислоты, в результате чего нейтрализация прекращается.

Якщо ви працюєте з карбонату магнію, це обмеження знімається, оскільки розчинність сульфату магнію досить висока - 355 г / л (MgSO4 · 7H2 O).

Нейтралізація кислими газами. Для нейтралізації лужних стічних вод останнім часом починають використовувати гази, що містять СО2. SO2. NO2 і ін. Застосування кислих газів дозволяє не тільки нейтралізувати стічні води, а й одночасно виробляти високоефективне очищення самих газів від шкідливих компонентів.

Використання для нейтралізації лужних стічних вод діоксиду вуглецю має ряд переваг в порівнянні з застосуванням сірчаної або соляної кислот дозволяє різко знизити вартість процесу нейтралізації. Внаслідок поганої розчинності СО2 зменшується небезпека переокислення нейтралізованих розчинів. Утворені карбонати знаходять більше застосування в порівнянні з сульфатами або хлоридами, крім того, корозійні і токсичні впливу СО3: 2 іонів у воді менше, ніж іонів SO4 2 і С13 2.

Процес нейтралізації може бути проведений в реакторах з мішалкою, в розпилювальних, плівкових і тарілчастих колонах.

Димові гази вентилятором подають в кільцевий простір навколо вала мішалки і розподіляють мішалкою у вигляді бульбашок і струменів в стічній воді, що надходить всередину реактора. Завдяки великій поверхні контакту між водою і газами відбувається швидка нейтралізація стічної води. Присутність в газах SO2 сприяє нейтралізації лужних стічних вод.

При проведенні процесу в тарілчастих колонах ступінь нейтралізації збільшується зі зростанням швидкості газу і зменшенням щільності зрошення.

Кількість кислого газу, необхідного для нейтралізації, може бути визначено за рівнянням массоотдачи

де М - кількість кислого газу, необхідного для нейтралізації; К - фактор прискорення; ВЖ - коефіцієнт массоотдачи в рідкій фазі; F - поверхня контакту фаз; # 8710; З - рушійна сила процесу.

Нейтралізація лужних вод димовими газами використана в ряді виробництв, в тому числі і в азбестоцементному виробництві. Стічні води цих виробництв мають рН = 12-13. Лужність води обумовлена ​​постійним вилуговуванням в неї гідроксиду кальцію. Нейтралізацію проводили діоксидом вуглецю димових газів (5-6% СО2) в тарілчастому абсорбере.

Особливістю нейтралізації димовими газами стічних вод асбестоцементного підприємства є утворення карбонату кальцію, який може знаходитися в стані пересичення і відкладається на внутрішній поверхні обладнання. Для запобігання утворенню в абсорбере карбонатних відкладень процес нейтралізації слід проводити по циркуляційної схемою (рис. 1.50).

Стічна вода з усереднювача повинна надходити в змішувач, де попередньо нейтралізується частиною води, що виходить з абсорбера.

У змішувачі протікають наступні реакції:

Мал. 1.50. Нейтралізатор димових вод лужними газами

Утворений осад карбонату кальцію осідає в циркуляційної ємності. Попередню нейтралізацію стічної води проводять з метою отримання на вході в абсорбер суміші з таким водневим показником, при якому суміш при остаточній нейтралізації в абсорбере димовими газами не утворює карбонатних відкладень. При цьому в абсорбере протікають наступні реакції:

Ставлення об'ємних витрат циркулюючої і стічної води, при якому утворюється суміш, невиделяющая карбонатних відкладень, залежить від складу стічної води і становить від 2,5 до 4.

Для нейтралізації застосовують абсорбери з крупнодирчатимі провальними тарілками з великим вільним перетином. Наприклад, тарілки з вільним перетином більше 30% і отворами розміром 20 × 50 мм.

Нейтралізація лужних вод димовими газами є прикладом ресурсозберігаючої технології, що дозволяє виключити використання кислот, створити безстокову схему водоспоживання (рис. 1.51) При цьому ліквідується скидання стічних вод, скорочується споживання свіжої води, економиться теплова енергія на підігрів свіжої води, а також очищаються димові гази від кислих компонентів (СО2. SO2 і ін.) і пилу.

Мал. 1.51. Безстічна схема водоспоживання асбестоцементного заводу:

1 - фільтр; 2, 5 - відстійники; 3 - усреднітель; 4 - змішувач; 6 - колона;

7 - дільник потоку води