Экологическая безопасность при обработке конструкций кондиционеров - (диплом)

где W - парциальное давление насыщенных водяных паров при 20°С, равное 2, 3 кПа; В—давление в системе, кПа; Р - атмосферное давление, кПа; 101, 3 - давление при нормальных условиях, кПа. [25]

    Схема электрофлотатора.

Сточная вода поступает по трубопроводу 1 в анодную приемную камеру 2, отделенную от основной 4 перегородкой 3, затем через перегородку 3 в катодную камеру 4. Проходя через электроды, вода насыщается газообразными продуктами реакций, что приводит к всплыванию частиц. Электроды выполнены в виде пластин. Пена с загрязняющими частицами 5 сливается через наклонный желоб 6. Освобожденная от взвешенных частиц вода удаляется через трубу 7. Частицы, которые тяжелее воды, опускаются вниз и выводятся через штуцер 8.

    Физико-химические аспекты электрофлотации.

Флотация – процесс, основанный на слиянии отдельных частиц вещества под действием молекулярных сил с пузырьками тонкодиспергированного в воде газа или газов, всплывании образующихся при этом агрегатов и образовании на поверхности флотатора пены. Флотируемость частиц зависит от размеров пузырьков газа, которые определяются поверхностным натяжением на границе газ-вода. С понижением поверхностного натяжения эффективность очистки сточных вод флотацией повышается в отличие от отстаивания и фильтрования. При предварительном коагулировании примесей воды эффект флотации повышается [20, 21]. При флотации в жидкости происходят ряд процессов: растворение воздуха, прикрепление воздушных пузырьков к частицам взвеси и всплывание их на поверхность с образованием пены. Для успешного протекания процесса необходимо, чтобы твердые частицы и пузырьки воздуха прочно прикреплялись друг к другу. При флотации сточных вод пена должна быть достаточно прочной и не допускать обратного попадания загрязнений в воду. Важной стадией электрофлотационного процесса является также адгезия газовых пузырьков частиц загрязнений, которая происходит на молекулярном уровне.

    Выводы из литературного обзора.
    Из анализа литературы можно сделать следующие выводы.

Большой цикл работ выполнен по электрофлотации-коагуляции с растворимыми анодами, что обеспечивает достаточно высокую степень очистки, но не позволяет регенерировать металлы из промывных вод, организовывать водооборот и характеризуется высокими энергозатратами. Из обзора научной литературы следует, что индивидуально, без специальных добавок Сr (III) и Cr (VI) электрофлотационным методом практически не извлекаются. На основании результатов исследований разработать технологию очистки сточных вод гальванического производства от соединений хрома.

выбор и обоснование электрофлотационного способа обезвреживания сточных вод.

Электрофлотационный метод извлечения ионов металлов из стоков гальванопроизводств.

Большинство используемых методов для обезвреживания сточных вод основано на превращении вредных веществ в безвредные, но не на утилизацию. Метод, применяемый на предприятиях в целях очистки сточных и промывных вод, позволяющий эффективно извлекать ионы тяжелых металлов в виде гидроксидов и оксидов является электрофлотацией с нерастворенными анодами. Флотационный процесс основан на адгезии загрязнений на поверхности электрохимически генерируемого пузырька. Плотность образовавшихся флотокомплексов меньше плотности раствора, поэтому они поднимаются в верхнюю часть аппарата с образованием устойчивого пенного слоя. Электрофлотационный метод обеспечивает извлечение только нерастворимых соединений металлов[22]. Высокая эффективность электрофлотационного процесса по сравнению с обычными методами флотации объясняется малыми размерами пузырьков, радиус которых составляет 5-30 мкм. Большое значение играет также значительный заряд поверхности пузырьков, затрудняющих их коагуляцию. Поверхностный заряд обусловлен адсорбцией ионов Н+ или ОН- в приэлектродной зоне и имеет положительный знак для газов, выделяющихся на аноде и отрицательный – на катоде. Поверхность же большинства гидроксидов металлов заряжена положительно, что обеспечивает эффективный захват частицы пузырьками водорода. Действительно, в катодной камере корректора эффективность коалесценции пузырьков водорода мала и составляет 0, 001-0, 008. При этом эффективность очистки находится в пределах 90-95%. В электрофлотационной камере происходит одновременное выделение кислорода и водорода, которые эффективно коаллесцируют друг с другом. Экспериментальные результаты свидетельствуют, что флотация гидроксидов металлов только пузырьками кислорода неэффективна. В то же время скорость электрофлотационного извлечения смесью пузырьков водорода и кислорода неаддитивно больше скорости флотации только пузырьками водорода, что может объясняться взаимодействием пузырька кислорода с флотокомплексом частица-пузырек водорода. В присутствии пузырьков кислорода увеличивается стесненность движения пузырьков водорода, что приводит к увеличению времени их пребывания в аппарате и интенсификации процесса.

Рассмотрим для сравнения классические схемы очистки сточных вод:

    Ионный обмен.

Метод ионного обмена является одним из способов извлечения металлов из промывных вод в локальных циклах, позволяющих создать малоотходное производство. Он основан на обмене между ионами, находящимися в растворе и ионами, присутствующими на поверхности ионообменной смолы. Ионный обмен находит широкое практическое применение в технологиях очистки промывных вод ведущих зарубежных фирм ФРГ, Японии, США. К достоинствам ионного обмена следует отнести высокую эффективность очистки, высокую концентрирующую способность по металлу (в 1000 - 10000 раз), возможность получения извлеченных металлов в виде однокомпонентных растворов солей, простое аппаратурное оформление. Недостатки метода ионного обмена связаны с наличием стадии регенерации ионитов. Использование ионообменной технологии целесообразно при содержании металлов в сточной воде в концентрациях до 1 мг/л. Указанный метод позволяет регенерировать соединения шестивалентного хрома, снизить расходы на очистку воды и переработку осадка. Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что в процессах ионообменной очистки сточных вод от хрома (VI) широкое применение нашли иониты на основе сополимера с дивинилбензолом, содержащие группы триметиламина. Однако, существенным недостатком ионитов типа АВ является малая химическая, гидролитическая и термическая устойчивость. Более перспективными сорбентами для целей извлечения хрома из природных и сточных вод, при строго контролируемом составе вод после очистки и повышенной температуре, являются низкоосновные аниониты [17, 18]. Разработана рациональная технология ионообменной очистки кислых хромосодержащих сточных вод травильных отделений ГПЗ-2 от Cr(VI) и сопутствующих примесей с замкнутым водооборотом и утилизацией высокотоксического хрома (VI). Благодаря применению высокоселективных химически и гидролитически стойких пиридиносодержащих сорбентов удается очистить промышленные стоки до требуемых пределов и вернуть его в оборот для нужд производства. Данная технология не наносит вред экологии – с ее помощью удается не только предотвратить загрязнение водоемов токсичными продуктами, но эта технология позволяет существенно сократить расход потребляемой воды (на 80%) в условиях ее дефицита в г. Москве [19].

    Реагентная очистка сточных вод от шестивалентного хрома

Соединения шестивалентного хрома - хромовая кислота и ее соли применяются при нанесении хромовых покрытий, при химической обработке (травление, пассивирование), при электрохимической обработке (анодирование), при электрополировке стальных изделий. Сточные воды обрабатываются в две стадии: 1) восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного; 2) осаждение трехвалентного хрома в виде гидроксида. В качестве реагентов-восстановителей наибольшее применение получили натриевые соли сернистой кислоты - сульфит Na2SO3), бисульфит NaHSO3), пиросульфит (Na2S2O5), а также дитионит натрия (Na2S2O4). Восстановление Сг6+ до Сг3+ происходит по реакциям: восстановление сульфитом натрия

    Сr2О72- + 3S032- + 8Н+ > 2Сr3+ + 3S042- + 4Н20
    восстановление бисульфитом натрия
    Сr2О72- + 3HS03- + 5Н+ > 2Сr3+ + 3S042- + 4Н20
    восстановление пиросульфитом натрия
    2Сr2О72- + 3S2052- + 10Н+ > 4Сr3+ + 6S042- + 5Н20
    восстановление дитионитом натрия
    Сr2О72- + 3S2042- + 6Н+ > 2Сr3+ + 2S042- + 3Н20

Теоретические дозы реагентов-восстановителей составляют (мг/1мг Сг6+): для сульфита 3, 63, бисульфита 3, 0, пиросульфита 2, 88, дитионита натрия 1, 67. Соли сернистой кислоты добавляют к сточным водам в виде 10 %-ных водных растворов. Доза восстановителя зависит от исходной концентрации Сг3+ в сточной воде и величины рН. Скорость и полнота реакций восстановления Сг6+ до Сг3+ в большой степени также зависят от величины рН реакционной смеси. Наибольшая скорость реакций восстановления достигается в кислой среде при рН=2-2, 5, что обычно требует дополнительного подкисления сточных вод 10-15%-ным раствором серной кислоты (возможно использование растворов других минеральных кислот). В табл. приведены удельные расходы натриевых солей сернистой кислоты, необходимые для восстановления одной весовой части шестивалентного хрома при обработке сточных вод с различной исходной концентрацией Сг6+ и различной величиной рН. Передозирование восстановителя недопустимо; перерасход реагента даже на 10% приводит к образованию комплексных солей трехвалентного хрома и серной кислоты, которые не полностью разрушаются при последующей нейтрализации сточных вод. В качестве реагентов-восстановителей можно также использовать отходы металлического железа (в виде стальной стружки, скрапа и т. п. ), или сульфат двухвалентного железа. В первом случае подкисленные до рН 2 сточные воды фильтруют через находящийся в реакторе слой железной стружки при постоянном барботировании воздухом. Во втором случае раствор сульфата железа (в виде 10%-ного водного раствора) вводят в реактор, в который поступают сточные воды. В отличие от солей сернистой кислоты восстановление Сr6+ до Сг3+ солями двухвалентного железа протекает с достаточно высокой скоростью не только в кислой, но и в нейтральной и щелочной средах по реакциям: Сr2О72- + 6Fe2+ + 14Н+ > 2Сr3+ + 6Fe2+ + 7Н20

    Сr2О72- + 3Fe(OH)2 + 4Н2O > 4Сr(OH)3v + 3Fe(OH)3v + 2OН

Поэтому в случае применения сульфата железа (II) в качестве реагента-восстановителя предварительное подкисление сточных вод не требуется, а для полного восстановления Сг6+ до Сг3+ необходим лишь незначительный избыток реагента (около 5 % от стехиометрического количества) независимо от исходной концентрации Сг6+ в сточных водах и величины рН. Недостатком использования сульфата железа, а также железосодержащей суспензией по методу ферритизации, в качестве реагентов-восстановителей по сравнению с солями сернистой кислоты является более чем 4-кратное увеличение объема образующихся при последующей нейтрализации твердых осадков, поскольку на 1 массовую часть осадка гидроокиси хрома дополнительно образуется 3, 12 массовых частей осадка гидроксида железа (III). В качестве реагентов для восстановления Сг6+ до Сг3+ можно также применять пероксид водорода (в кислой среде), сернистый газ, гидразин (в нейтральной или слабощелочной среде). Таблица

Необходимые дозы (мг на 1 мг Сr3+) сульфита натрия (А), бисульфита натрия (Б), пиросульфита и дитионита натрия (В) при обработке сточных вод, содержащих соединения шестивалентного хрома

    Концентрация
    мг/л
    рН1
    рН2
    рНЗ
    рН4
    Сr(VI),
    A
    Б
    B
    A
    Б
    B
    A
    Б
    B
    A
    Б
    B
    10
    15 8, 0 4, 4
    20 9, 0 5, 0
    25 9, 3 5, 2
    40 10, 6 5, 9
    20
    10 6, 5 3, 6
    16 8, 0 4, 4
    20 8, 4 4, 7
    25 9, 3 5, 2
    30
    9 6, 25 3, 47
    13 7, 75 4, 3
    16 8, 25 4, 6
    20 8, 85 4, 9
    40
    8 6, 1 3, 4
    9 7, 2 4, 0
    13 8, 0 4, 4
    16 8, 5 4, 7
    50
    7, 5 5, 7 3, 16
    8, 2 6, 95 3, 9
    9, 5 7, 5 4, 16
    11, 5 8, 2 4, 55
    60
    7, 25 5, 5 3, 1
    7, 9 6, 5 3, 6
    9, 3 7, 3 4, 05
    10, 3 8, 0 4, 4
    75
    7, 0 5, 25 2, 92
    7, 5 6, 15 3, 42
    8, 0 6, 9 3, 8
    9, 0 7, 6 4, 2
    80
    6, 7 5, 2 2, 9
    7, 1 6, 2 3, 4
    7, 8 7, 0 3, 9
    8, 7 7, 4 4, 1
    100
    6, 5 5, 0 2, 8
    6, 7 5, 6 3, 1
    7, 3 6, 5 3, 6
    8, 0 7, 2 4, 0
    150
    6, 0 4, 5 2, 5
    6, 2 5, 2 2, 9
    6, 7 5, 8 3, 2
    7, 3 6, 55 3, 6
    200
    5, 5 4, 0 2, 2
    5, 8 5, 0 2, 8
    6, 3 5, 5 3, 05
    6, 8 6, 2 3, 44
    250
    5, 25 4, 0 2, 2
    5, 6 5, 0 2, 8
    6, 0 5, 45 3, 03
    6, 6 6, 15 3, 42
    300
    5, 0 4, 0 2, 2
    5, 4 5, 0 2, 8
    5, 8 5, 4 3, 0
    6, 4 6, 1 3, 39
    400
    4, 8 4, 0 2, 2
    5, 3 4, 6 2, 55
    5, 6 5, 35 2, 97
    6, 1 6, 0 3, 33
    500
    4, 7 4, 0 2, 2
    5, 2 4, 5 2, 5
    5, 5 5, 3 2, 94
    6, 0 5, 6 3, 1
    600
    4, 5 4, 0 2, 2
    5, 2 4, 45 2, 47
    5, 5 5, 3 2, 94
    6, 0 5, 55 3, 08

При обработке хромсодержащих сточных вод на установках периодического действия рекомендуется использовать два реактора, причем полезный объем каждого из реакторов следует принимать равным расчетному часовому расходу сточных вод. При обработке стоков на установках непрерывного действия полезную емкость реактора рекомендуется принимать равной 30-ти минутному расчетному расходу. После окончания реакции восстановления Сг6+ в кислой среде сточные воды подвергают нейтрализации с целью осаждения Сг3+ в виде гидроксида по реакции Сr3+ + ЗОН-> Сr(ОН)3v.

На установках непрерывного действия нейтрализацию кислых вод, содержащих Сг3+, проводят после их предварительного смешивания с другими кислыми и щелочными сточными водами гальванопроизводства. На установках периодического действия иногда хромсодержащие сточные воды нейтрализуют отдельно от сточных вод других видов. Для нейтрализации обычно используют известковое молоко, в более редких случаях - соду и едкий натрий. Оптимальная величина рН для осаждения Сr(ОН)3 составляет 8, 5-9, при выходе за эти пределы растворимость Сг(ОН)з увеличивается и, как следствие, ухудшается полнота извлечения гидроокиси хрома из сточных вод. При рН >12 амфотерная гидроокись Сг3+ в избытке щелочи образует растворимые хромиты: Сr(ОН)3 + ЗNаОН >Nа3[Сr(ОН)6],

    или
    Сr(ОН)3 + 3ОН-> [Сr(ОН)6]3-.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5