Материал: Разработка конструкции электрофлотатора
Разработка конструкции электрофлотатора
Министерство образования и науки Российской Федерации
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева-КАИ (КНИТУ-КАИ)
Кафедра
общей химии и экологии
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине
«Процессы и аппараты защиты окружающей среды»
на тему
«Электрофлотатор»
Выполнила студентка
группы 3572
Яруллина Г.Ф.
Научный руководитель:
доцент, к.х.н. Гоголь Э.В.
Рецензент:
асс. Гумерова Г.И.
Казань-2014
Введение
В ряду экологических проблем вопросы сохранности водных ресурсов имеют первостепенное значение. Сброс неочищенных и недостаточно очищенных вод в поверхностные водные объекты ухудшают их состояние. Образование загрязненных сточных вод происходит на всех стадиях производственного цикла от добычи полезных ископаемых, их обогащения, переработки, промышленного до депонирования отходов.
Сегодня по-прежнему актуальны задачи, связанные с водоотведением: очистка сточных вод до предельно допустимых концентраций; рациональное водопотребление и организация водооборота; сокращение твердых отходов и их централизованная утилизация; регенерация технологических растворов и их повторное использование; утилизация ценных компонентов из сточных вод и отработанных технологических растворов. Решение этого комплекса проблем позволяет реально экономить средства предприятий.
Традиционные системы реагентной и механической очистки часто оказываются недостаточно эффективными или не могут быть использованы из-за дефицита производственных площадей, поэтому усилия специалистов направлены на разработку компактного, высокоэффективного и экологически безопасного оборудования для очистки загрязнённых стоков до установленных нормативов.
Целью данной курсовой работы является выбор оборудования для очистки медьсодержащих сточных вод.
Предпочтение отдается внедрению
электрохимических способов, как наиболее соответствующих комплексным
требованиям водоочистки. Эти способы позволяют очищать стоки от загрязнений до
предельно допустимых концентраций, корректировать физико-химические свойства
обрабатываемой воды, концентрировать и извлекать из нее ценные химические
продукты и металлы, упростить технологические схемы и эксплуатацию
производственных установок, обеспечить простоту автоматизации их работы,
сократить производственные площади, необходимые для размещения очистного
оборудования, уменьшить количество образующихся осадков. Во многих случаях
электрохимические способы являются экологически чистыми, исключающими
«вторичное» загрязнение воды анионными и катионными остатками, характерными для
реагентных способов.
1. Гальванические производства
Сточные воды гальванических производств являются наиболее опасными с точки зрения токсичности, так как в своем составе содержат высокотоксичные ингредиенты в виде тяжелых металлов. Поэтому в промышленности функционирует множество технологических схем очистки сточных вод, базирующихся на различных методах.
Сточные воды гальванических производств подразделяются на следующие основные категории:- чистые, от охлаждения технологического оборудования (50- SO % обшего количества);-загрязненные механическими примесями и маслами (10-15 %);- загрязненные кислотами, щелочами, солями, соединениями хрома, цинка, мели, никеля, пиана и другими химическими веществами (50-S0 %);- отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) или эмульсии (1-2 %);- загрязненные пылью вентиляционных систем и горелой землей литейных цехов (10-20 %);- поверхностные воды (дождевые, талые, поливочно-моечные).
Соединения тяжелых металлов могут находиться в сточных водах практически всех категорий, но наибольшее их количество наблюдается в волах III и IV категорий. Тяжелые металлы могут попадать в сточные воды из технологических растворов, как продукты деструкции обрабатываемых деталей и инструмента, при промывке оборудования и изделий.
Сточные воды III категории образуются в процессе химической и электрохимической обработки изделий. Они содержат тяжелые металлы преимущественно в виде химических соединений, как правило, растворимых.
Сточные воды IV категории образуются при механической обработке изделий. Основная масса тяжелых металлов находится в них в виде мелкодисперсных взвесей, но часть может находиться в виде растворимых соединений.
По объему, составу загрязнений третья категория сточных вод является преобладающей. По существующей классификации, сточные воды этой категории делят на следующие группы: кисло-щелочные, хромсодержащие, циансодержащие, фторсодержащие.
Химические и электрохимические процессы
обработки изделий являются основными источниками загрязнений сточных вод
гальванических производств. Вода загрязняется в процессе охлаждения и мойки
оборудования и тары, на основных и вспомогательных технологических операциях.
Расход сточных вод достигает 500 м3/сут с 1000м; производственных площадей.
Сточные воды, как правило, разделяются на промывные волы и отработанные
концентрированные растворы. Их характеристики приведены в таблице.
Таблица 1.1. Характеристика сточных вод цехов гальванопокрытий
|
Показатели |
Промынные воды |
Отработанные растворы |
|
|
рН |
3-11 |
3-11 |
|
|
Механические примеси. г/л |
До 0,05 |
До 0,3 |
|
|
Нефтепродукты, г/л |
До 0,002 |
До 0,05 |
|
|
Общее солесодержание. г/л |
0,5-1 |
10-300 |
|
|
Железо, г/л |
0,02-0,2 |
40-86 |
|
|
Хром шестивалентный, г/л |
0,01--0,08 |
50-250 |
|
|
Цианиды, г/л |
0,01-0,06 |
10-150 |
|
|
Медь, г/л |
0,01-0.05 |
10-150 |
|
|
Никель, г/л |
0.01-0,05 |
50-200 |
|
|
Цинк, г/л |
0.01-0,06 |
10-100 |
|
|
Кадмий. г/л |
0.005-0.03 |
5-50 |
|
В связи с многообразием загрязняющих веществ в
сточных водах гальванических производств очистку этих вод осуществляют
различными методами, В таблице 1.2 приведены рекомендации по методам очистки
сточных вод от отдельных технологических операций. [6]
Таблица 1.2. Методы очистки сточных вод в отдельных технологических операциях
|
Категории сточных вод |
Основной загрязняющий компонент |
Методы обработки |
|
|
|
Никельсодержащие |
Никелирование |
NiSO4·7, NiCl2·6 Н2О, Na.SО4·10Н2О, H3BO3, NaCl, NaF. |
Ионный обмен, обратный осмос, электродиализ, дистилляция, экстракция. электрохимические, реагентный; комбинированные: магнитное ожижение ионитов. ионный обмен в магнитной поле, ионный обмен - электрохимические, электроанализ - ионный обмен, реагентный - электрохимические |
|
|
Медьсодержа-шие |
Меднение |
CuS04·5H2SО4, Cu(ВF4)2, CuCl2·2H2О, HBF4, H3BO3, Органические добавки |
Реагентный, цементация (для отработанных растворов), электродиализ, экстракция, флотация, электрохимические; комбинированные; ионный обмен - электрохимические. |
|
|
Хромсодержа- щие |
Пассивирование, хромирование |
CrO3, Cr2(SО4). K2Cr2О7, HF, NH4F, H2S04, Na2S04. |
Peaгентный, обратный осмос, электроанализ, экстракция, электрохимические; комбинированные: ионный обмен - электрохимические, реагентный - электрохимические |
|
|
Цииксодержа-шие |
Цинкование |
ZnSО4·7H2О, ZnCl2, Zn(BF4)2, Al2(SO4)3·18H2О, Na2S04·10H2О,. KCI, NH4B4, H3BO3, декстрин, тиомочевина, блескообразователь БЦУ, блескообразователь-закрепитель У-2, ОС-20,ЛимслаНЦ-10, Лимеда НЦ-20 |
Реагентный, выпаривание, экстракция, обратный осмос; комбинированные: ионный обмен - электрохимические |
|
|
Кадмий содержашне |
Кадмированис |
CdS04·8/3H2О, CdO. CdCl2, H2SO4·7H2О, H3BO3, (NН4)2SO4, KH4Cl, синтаиол ДС-10, лимеда БК-10, клей мездровый, тиомочевина |
Реагентный, выпаривание, экстракция, электрохимические, образный осмос, комбинированные: ионный обмен - электрохимические |
|
|
Стоки операций обезжиривания (водно-щелочные) |
Обезжиривание |
NaOH. Na2CO, Na3P04·12H2О, Na2O·SiO2 , ОП-7, ОП-10, синтанол ДС-10, сульфанол НП-3, консервационные смазки |
Реагентный, процеживание, фильтрование, отстаивание, центрифугирование, разделение в гидроцнклонах, флотация, сорбция, ультразвуковая коагуляция, электрическое деэмульгированне, обратный осмос, ультрафильтрация |
|
|
Стоки операций травления и активации |
Травление, активация |
H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, KJ, NaOH, NaCl, NaNO3, уротропин, катапин, Fe2+, Cu2+, Zn2+. |
1.Отработанные травильные растворы: а) методы, позволяющие извлечь из ОТР загрязняющие компоненты: реагентный, электрохимические, кристаллизация, высаливание, сорбция, экстракция примесей; б) методы, позволяющие выделить травильный раствор или его компоненты: выпаривание, отгонка, экстракция кислот, мембранные. 2. Промывные воды: реагентный, электрокоагуляция, ионный обмен, обратный осмос |
|
.1 Медьсодержащие сточные воды
Ионы меди могут загрязнять гидросферу, поступая из различных источников. Для меди ПДКв (по иону меди) установлена 1 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности - органолептический), ПДКвр - 0,001 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности - токсикологический).
В технологических процессах источником сточных вод являются:
) воды, образующиеся при протекании химических реакций (они загрязнены исходными веществами и продуктами реакций);
) воды, находящиеся в виде свободной и связанной влаги в сырье и исходных продуктах и выделяющиеся в процессах переработки;
) промывные воды после промывки сырья, продуктов и оборудования;
) маточные водные растворы;
) водные экстракты и абсорбенты;
) воды охлаждения;
) другие сточные воды; воды с вакуум-насосов,
конденсаторов смещения, систем гидрозолоудаления, после мытья тары,
оборудования и помещений.
В зависимости от количества примесей производственные сточные воды подразделяют на загрязнённые, подвергаемые перед выпуском в водоём (или перед повторным использованием) предварительной очистке, и условно чистые (слабо загрязнённые), выпускаемые в водоём (или вторично используемые в производстве) без обработки. Количество и состав сточных вод зависит от вида производства.
Промышленные сточные воды, содержащие ионы меди,
образуются в самых разных отраслях производства. Наиболее интенсивно воду
потребляют и сбрасывают в загрязненном или недостаточно очищенном виде
металлургическая, гальваническая, машиностроительная, химическая
промышленности, шахтное производство. [3]
2. Теоретические основы флотации
К физико-химическим методам очистки сточных вод относят коагуляцию, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, ректификацию, выпаривание, дистилляцию, обратный осмос и ультрафильтрацию, кристаллизацию, десорбцию и др. Эти методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных твердых и жидких частиц, растворимых газов, минеральных и органических веществ. Использование физико-химических методов для очистки сточных вод по сравнению с биохимическим имеет ряд преимуществ:
) возможность удаления из сточных вод токсичных, биохимически неокисляемых органических загрязнений;
) достижение более глубокой и стабильной степени очистки;
) меньшие размеры сооружений;
) меньшая чувствительность к изменениям нагрузок;
) возможность полной автоматизации;
) более глубокая изученность кинетики некоторых процессов, а также вопросов моделирования, математического описания и оптимизации, что важно для правильного выбора и расчета аппаратуры;
) методы не связаны с контролем за деятельностью живых организмов;
) возможность рекуперации различных веществ.
Выбор того или иного метода очистки (или нескольких методов) производят с учетом санитарных и технологических требований, предъявляемых к очищенным производственным сточным водам с целью дальнейшего их использования, а также с учетом количества сточных вод и концентрации загрязнений в них. [2]
Флотационные установки надлежит применять для удаления из воды взвешенных веществ, ПАВ, нефтепродуктов, жиров, масел, смол и других веществ, осаждение которых малоэффективно.
Флотационные установки также допускается применять:
для удаления загрязняющих веществ из сточных вод перед биологической очисткой;
для отделения активного ила во вторичных отстойниках;
для глубокой очистки биологически очищенных сточных вод;
при физико-химической очистке с применением коагулянтов и флокулянтов;
в схемах повторного использования очищенных вод.
Различают следующие способы флотационной обработки сточных вод:
с выделением воздуха из растворов;
с механическим диспергированием воздуха;
с подачей воздуха через пористые материалы;
электрофлотацию;
химическую флотацию.
Напорные, вакуумные, безнапорные, электрофлотационные установки надлежит применять при очистке сточных вод с содержанием взвешенных веществ свыше 100-150 мг/л (с учетом твердой фазы, образующейся при добавлении коагулянтов). При меньшем содержании взвесей для фракционирования в пену ПАВ, нефтепродуктов и др. и для пенной сепарации могут применяться установки импеллерные, пневматические и с диспергированием воздуха через пористые материалы.
Для осуществления процесса разделения фаз допускается применять прямоугольные (с горизонтальным и вертикальным движением воды) и круглые (с радиальным и вертикальным движением воды) флотокамеры. Объем флотокамер складывается из объемов рабочей зоны (глубина 1,0-3,0 м), зоны формирования и накопления пены (глубина 0,2-1,0 м), зоны осадка (глубина 0,5-1,0 м). Гидравлическая нагрузка - 3-6 м3/(м2×ч). Число флотокамер должно быть не менее двух, все камеры рабочие.
Для повышения степени задержания взвешенных веществ допускается использовать коагулянты и флокулянты. Вид реагента и его доза зависят от физико-химических свойств обрабатываемой воды и требований к качеству очистки.
= 1,5Cen,
где Cen исходная концентрация нерастворенных примесей, г/л.
При проектировании установок импеллерных, пневматических и с диспергированием воздуха через пористые материалы необходимо принимать:
продолжительность флотации - 20-30 мин;
расход воздуха при работе в режиме флотации - 0,1-0,5м3/м3;
расход воздуха при работе в режиме пенной сепарации - 3-4 м3/м3 (50-200 л на 1 г извлекаемых ПАВ) или 30-50 м3/(м2×ч);
глубину воды в камере флотации - 1,5-3 м;
окружную скорость импеллера - 10-15 м/с;
камеру для импеллерной флотации - квадратную со стороной, равной 6D (D -диаметр импеллера 200-750 мм);
скорость выхода воздуха из сопел при пневматической флотации - 100-200 м/с;
диаметр сопел - 1-1,2 мм;
диаметр отверстий пористых пластин - 4-20 мкм;
давление воздуха под пластинами - 0,1-0,2 МПа (1-2 кгс/см2 ) .
При проектировании напорных флотационных установок следует принимать:
продолжительность флотации - 20-30 мин;