Технологічна схема підготовки промислових стічних вод з метою їх очищення до технічної води
Фізико-хімічні основи процесів, які використовуються для очищення води (відстоювання, коагуляція, утворення малорозчинних гідроксидів металів - усунення важких металів). Принципова технологічна схема обробки промислових стічних вод до технічної води.
| Рубрика | Экология и охрана природы |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 07.08.2013 |
| Размер файла | 767,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат
Курсова робота: 32 стор.; 9 рис.; 11 табл.; 6 бібл.
Розглянуто ознаки, які покладено в основу класифікації домішок води. Наведено фізико-хімічні основи, розроблено та обґрунтовано технологічну схему підготовки промислових стічних вод з метою їх очищення до технічної води. Обрано головний апарат схеми, розраховано об'єм баку для приготування розчину коагулянту.
Стічні води, технологічна схема, коагуляція, завислі речовини, грубо-дисперсні частинки, ХСК (хімічне споживання кисню), кольоровість, відстоювання, бак для приготування розчину коагулянту
Змiст
- Вступ
- 1. Характеристика води за походженням та вимоги до очищеної води
- 2. Характеристика домішок, які треба видалити з води, за їх фазово-дисперсним станом
- 3. Вибір та обґрунтування методів очищення води від указаних домішок
- 4. Теоретичні основи методів очищення води, обраних для певної схеми
- 4.1 Теоретичні основи процесу осадження
- 4.2 Фізико-хімічнї основи процесу коагуляції
- 5. Принципова технологічна схема підготовки води
- 6. Вибір, основні конструктивні елементи й розрахунок головного апарата схеми
- Висновки
- Список використаної літератури
Вступ
Вода - одне з найбільших багатств у житті людини. Вона широко застосовується в різних галузях життєдіяльності. Організм людини на 70-80% складається з води. Вода - це джерело питного та промислового водопостачання. Усі без винятку галузі народного господарства в тій чи іншій кількості використовують воду. Хімічна промисловість є однією з найбільш водомістких галузей промисловості. Водночас вона є могутнім "генератором" забруднених стічних вод, що зумовлює скорочення або заборону скидання промислових стічних вод до водних об'єктів. У зв'язку з невпинним зростанням обсягів господарської діяльності людини, а отже, і споживання прісної води зростає також скидання забрудненої води, а дефіцит прісної води збільшується ще більшою мірою.
Сьогодні вода в природі вже не встигає самоочищатися, як це було ще 50 - 100 років тому. Це призвело до надмірного забруднення багатьох природних водойм, річок і озер, воду яких без попереднього очищення використовувати для господарських цілей не можна. Багато річок фактично перетворилось на стічні канави.
Водні ресурси України поки що перевищують теперішній рівень водоспоживання, проте вже сьогодні в багатьох південних районах країни відчутний значний дефіцит води. Тому все більшого значення набуває проблема розумного, раціонального використання прісної води й особливо очищення всезростаючих об'ємів стічних вод, а також одночасна організація замкнених систем зворотного водоспоживання в промисловості, сільському і комунальному господарстві.
Внаслідок проведення робіт щодо захисту водних об'єктів від забруднення і раціонального використання воли в народному господарстві країни впродовж останніх років створено і освоєно нові високоефективні технологічні процеси та конструкції споруд, обладнання і реагенти для очищення стічних вод. Це дало змогу скоротити забір води з природних водойм, зменшити об'єм стічних вод і зменшити вплив останніх на навколишнє середовище. Проте зробленого на сьогодні недостатньо. Слід ще економніше і раціональніше використовувати прісну воду, впроваджувати ще ефективніші зрошувальні системи.
Потрібно прискорити темпи будівництва водоохоронних об'єктів, збільшити потужність систем зворотного і повторного використання вод. У промисловості необхідно негайно припинити скидання забруднених стічних вод і водночас створити замкнені системи зворотного водопостачання, розробити маловідходну і "суху” технології. Під час розробки технології очищення стічних вод слід прагнути до організації комплексної переробки забруднених вод з використанням не лише очищеної води, а й продуктів водоочищення. Необхідно створювати автоматизовані системи управління водогосподарськими комплексами. За останні десятиліття на підприємствах країни побудовано велику кількість очисних споруд. Проте використані технології морально застарілі і малоефективні. Здебільшого проводиться грубе очищення, часто методом нейтралізації стічних вод. Згідно з цією технологією, один вид забруднень перетворюється на інший, проте не усувається повністю. Тому забруднення водойм промисловими стічними водами триває. Природні біологічні процеси, що відбуваються у водоймах, вже давно не забезпечують повного їх самоочищення. Тому постає нагальна потреба в розробці сучасних високоефективних технологій виробництва сільськогосподарської та промислової продукції, яка передбачає також організацію комплексної переробки стічних вод шляхом повторного використання очищеної води і продуктів водоочищення. Ніні розроблено багато технологій очищення будь-яких стічних вод промисловості і комунального господарства. На превеликий жаль, більшість із них освоюються надзвичайно повільно або й зовсім не освоюються. Ціль курсової роботи: розробка раціональної технологічної схеми підготовки промислових стічних вод з метою їх очищення до технічної води.
1. Характеристика води за походженням та вимоги до очищеної води
За походженням води поділяються на природні та стічні. Природні води - це поверхневі води (річки, озера, моря, океани, льодовикові материки, айсберги) та підземні води (ґрунтові та підґрунтові води, струмки, шахтні води), (рисунок 1.1).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 1.1 - Характеристика води за походженням
Безпосередньо до гідросфери відносяться: океани, моря, ріки, озера, болота і атмосферна волога. Величина гідросфери складає 1,385*109 км3 [1,2].
Склад підземних вод визначається головним чином умовами їх формування. Відмінна властивість підземних вод:
Ї Постійна температура;
Ї Відсутність кольоровості, мутності;
Ї Підвищений склад солі, розчинених газів.
Серед підземних вод розрізняють:
1. Води, мінеральний склад яких, сформулювався в процесі утворення гірських порід.
2. Води, що потрапили в осадкові породи в процесі утворення порід на дні морів та океанів.
3. Води, що утворилися при переході води зі зв'язаного стану у вільний під впливом високих температур.
Існує декілька класифікацій всіх природних вод: за ступенем мінералізації води, за величиною рН (6,5-8,5), за ступенем бактеріального забруднення.
Коротка характеристика стічних вод:
· побутові стічні води - це води, які утворюються в результаті господарсько-побутової діяльності (кухні, підприємства, лікарні і т.д.);
· промислові стічні води характеризуються великою різноманітністю та непостійністю хімічного складу та рівномірністю витрат;
· атмосферні стічні води відводяться з територій промислових підприємств і жилих масивів; іноді бувають умовно чистими.
В природі хімічно чистої води нема. З хімічної точки зору природну воду можна розглядати, як дисперсну систему, що складається з дисперсного середовища (води) та дисперсної фази (частинки домішок).
Фізичні показники води (рисунок 1.2).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 1.2 - Фізичні показники води
Температура. Температура природної води залежить від її походження. Вода підземних джерел відрізняється сталістю температури, до того ж чим більша глибина залягання води, тим менший діапазон сезонного коливання температури. Температура води відкритих водоймищ (ріки, озера) зазнає значних сезонних коливань. Наприклад, температура води у Дніпрі (біля м. Києва) змінюється протягом року від 0 0С взимку до 28 0С влітку. До того ж, в окремих місцях відкритих водоймищ температура води може змінюватися внаслідок процесів гниття або надходження підземної води.
Оптимальна температура для питної води - 7…11 0С. Вода з такою температурою має найприємніший смак.
Запах. Характер та інтенсивність запаху природної води визначають органолептично. Запах води може бути пов'язаний із життєдіяльністю водних організмів (вищих водних рослин, водоростей та ін.), а також виявлятися, коли вони вимирають. Це природні запахи. Буває, що у водоймище потрапляють виробничі стічні води з домішками певного запаху. Це штучні запахи.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 1.3 - Запах за походженням
Силу запаху оцінюють за шестибальною шкалою ГОСТ3351-74 (таблиця 1.1).
очищення вода стічна промислова
Таблиця 1.1 - Оцінка запаху води [1]
|
Запах |
Характер проявления запаха |
Бали, Оцінка |
|
|
Немає |
Не відчувається |
0 |
|
|
Дуже слабкий |
Виявляє лише досвідчений дослідник |
1 |
|
|
Слабкий |
Споживач виявляє, якщо звернути його увагу |
2 |
|
|
Помітний |
Споживач виявляє легко |
3 |
|
|
Чіткий |
Сильний запах та присмак, що роблять воду неприємною для пиття |
4 |
|
|
Дуже сильний |
Вода не придатна для пиття |
5 |
Кольоровість. Кольоровість води передусім зумовлена наявністю гуматів заліза (солей гумінових кислот) та мікроорганізмів. Підвищену кольоровість має вода річок із болотним типом живлення. Кольоровість оцінюють в градусах платиново-кобальтової шкали. Згідно з ГОСТ 2874-82 "Вода питна", вона не повинна перевищувати 20 град (в окремих випадках, за узгодженням з органами санітарного нагляду, допускається кольоровість до 30 град).
Таблиця 1.2 - Характеристика води за кольоровістю [1]
|
Кольоровість |
Одиниці виміру, градус платиново-кобальтової шкали |
|
|
Дуже мала |
До 25 |
|
|
Мала |
Більше 25 до 50 |
|
|
Середня |
Більше 50 до 80 |
|
|
Висока |
Більше 80 до 120 |
|
|
Дуже висока |
Більше 120 |
Прозорість або мутність. Термін прозорість використовують для природних вод, а характеристику мутність для стічних вод. Мутність води викликана наявністю тонко дисперсних домішок. Якісне визначення проводять описово: мутність відсутня, слабка опалесценція, опалесценція, слабо мутна, мутна і сильно мутна. Поряд з мутністю, особливо у випадках, коли вода має незначне забарвлення і мутність, та їх визначити важко, то користуються показником - прозорість. Міра прозорості - висота стовпчика води по шрифту (шрифт Снеллена). Результати виражають в сантиметрах таблиця 1.3.
Таблиця 1.3 - Характеристика води за прозорістю [1]
|
Прозорість |
Одиниця виміру, см |
|
|
Прозора |
Більше 30 |
|
|
Мало мутна |
Більше 25 до 30 |
|
|
Середньої мутності |
Більше 20 до 25 |
|
|
Мутна |
Більше 10 до 20 |
|
|
Дуже мутна |
Менше 10 |
Смак і присмак. Інтенсивність смаку і присмаку у відповідності з ГОСТ 3351-74 визначається також по шестибальній шкалі - таблиця 1.4.
Таблиця 1.4 - Характеристика води за інтенсивністю смаку [1]
|
Оцінка смаку і присмаку, бали |
Інтенсивність смаку і присмаку |
Характер прояву смаку і присмаку |
|
|
0 |
Нема |
Смак і присмак не відчувається. |
|
|
1 |
Дуже слабкий |
Смак і присмак одразу не відчувається споживачем, але виявляється при ретельному тестуванні. |
|
|
2 |
Слабкий |
Смак і присмак помітні, якщо звернути увагу. |
|
|
3 |
Помітний |
Смак і присмак легко помітні і викликають несхвальні відгуки про воду. |
|
|
4 |
Чіткий |
Смак і присмак звертають на себе увагу і змушують втриматися від пиття. |
|
|
5 |
Дуже сильний |
Смак і присмак настільки сильні, що роблять воду непридатною для пиття. |
Розрізняють 4 види смаків: солоний, гіркий, кислий, солодкий. Якісну характеристику відтінків смакових відчуттів - присмаку виражають описово: хлорний, рибний, гіркуватий і т.д. Найбільш поширений солоний смак води, найчастіше зумовлений розчиненням у воді хлоридів натрію, гіркий - сульфатів магнію, кислий - надлишок діоксиду вуглецю.
Мінеральний склад. Мінеральний склад - сумарний вміст всіх знайдених при хімічному аналізі води мінеральних речовин. Мінералізація природних вод, що визначає їх граничну електропровідність змінюється в широких межах. Більшість річок має мінеральний склад від декількох десятків міліграмів в літрі до декількох сотень. Відповідно до ГОСТ 17403-72 природні води по мінеральному складу розділені на групи (таблиця 1.5).
Таблиця 1.5 - Характеристика води за мінеральним складом [1]
|
Група води |
Одиниці виміру, г/кг |
|
|
Прісні |
До 1 |
|
|
Солонуваті |
Більше 1 до 25 |
|
|
Солоні |
Більше 25 до 50 |
|
|
Розсоли |
Більше 50 г/кг |
Границя прісних вод - 1г/кг - встановлена у зв'язку з тим, що при мінеральному складі більшому цього значення смак води неприємний - солоний або гірко-солоний.
Електропровідність. Електропровідність - це чисельний вираз здатності води проводити електричний струм. Електрична провідність залежить в основному від концентрації розчинених мінеральних солей і температури. Мінеральну частину води складають іони Na+, K+, Ca2+, Mg2+, CI-, SO42-, HCO3-. Дані іони обумовлюють електропровідність природних вод. По значенню електропровідності можна приблизно визначити мінеральний склад води.
Хімічними показниками якості води є жорсткість, лужність, органічні сполуки (перманганатна окисність, біхроматна окисність, біохімічна потреба в кисні, загальний органічний вуглець), розчинений кисень, активна реакція (pH) води.
Жорсткість. Жорсткість води зумовлена наявністю іонів Ca2+, Mg2+, Sr2+, Ba2+, Fe2+, Mn2+. Але загальний вміст в природних водах іонів кальцію та магнію більший вмісту всіх інших перерахованих іонів і навіть їх суми. Тому під жорсткістю розуміють суму іонів кальцію та магнію - загальна жорсткість, що складається з карбонатної та не карбонатної. За значенням загальної жорсткості природні води діляться на 5 груп - таблиця 1.6.
Таблиця 1.6 - Класифікація води за жорсткістю [1]
|
Група води |
Одиниці виміру, ммоль/дм3 |
|
|
Дуже м'яка |
До 1,5 |
|
|
М'яка |
Більше 1,5 до 4,0 |
|
|
Середньої жорсткості |
Більше 4 до 8 |
|
|
Жорстка |
Більше 8 до 12 |
|
|
Дуже жорстка |
Більше 12 |
Лужність. Лужністю води називається сумарна концентрація аніонів слабких кислот та гідроксильних іонів (виражена в ммоль/дм3), які вступають в реакцію при лабораторних дослідженнях з соляною або сульфатною кислотами з утворенням солей. Розрізняють наступні форми лужності води: бікарбонатна, карбонатна, гідратна, фосфатна, силікатна - в залежності від аніонів слабких кислот, якими обумовлюється лужність. Лужність природних вод, рН яких < 8,35 залежить від присутності у воді бікарбонатів, карбонатів.
Органічні сполуки. Спектр органічних домішок дуже широкий:
o Група розчинених домішок:
гумінові кислоти та їх солі, деякі домішки промислового походження, частина амінокислот та білків;
o Група нерозчинних домішок:
фульвокислоти і гумінові кислоти, а також їх солі, жири різного походження, мікроорганізми.
Вміст органічних сполук у воді оцінюється за методиками визначення окисності води, вмісті органічного вуглецю, біохімічній потребі у кисні, а також поглинання в ультрафіолетовій області. Величина, що характеризує склад у воді органічних і мінеральних сполук, окислених одним з сильних хімічних окисників при певних умовах називається окисненням. Для природних мало забруднених вод рекомендується визначати перманганатну окисність; в більш забруднених водах, як правило, біхроматну окисність (ХПК).
Перманганатна окисність вимірюється в мгО/дм3, якщо враховується маса іона кисню в складі перманганату калія або мг KMnO4/дм3, що пішов на окиснення "органіки" - таблиця 1.7.
Таблиця 1.7 - Характеристики води за перманганатною окисністю [1]
|
Величина окисності |
Одиниця вимірювання, мгО/дм3 |
|
|
Дуже мала |
До 4 |
|
|
Мала |
Більше 4 до 8 |
|
|
Середня |
Більше 8 до 12 |
|
|
Висока |
Більше 12 до 20 |
|
|
Дуже висока |
Більше 20 |
Біхроматна окисність, мгО/дм3 називається також хімічною потребою в кисні (ХПК) - показник, який дає більш правильне уявлення про вміст у воді органічних сполук, оскільки при визначенні ХПК окислюється біля 90%, а при визначенні перманганатної окисності - 30-50%.
Біохімічна потреба у кисні (БПК5, БПКповн), мгО2/дм3.
Біохімічна потреба у кисні (БПК) - показник, що визначається при окисності "органіки" природних вод не хімічними речовинами, а біохімічним впливом в аеробних умовах. Найчастіше визначають біохімічну потребу у кисні за п'ять суток - БПК5, і як правило цей показник у поверхневих водах знаходиться в межах 0,5 - 4,0 мгО2/дм3. При визначенні БПК5 окисність приблизно 70% легкоокислюваних органічних сполук. За 10-20 днів - відповідно 90 і 99%. Тому, коли визначають БПКповн мають на увазі, що процес триває 15-20, в рідких випадках - до 35 днів.
Таблиця 1.8 - Характеристика води по БПК5 [1]
|
Ступінь забруднення (клас чистоти) |
БПК5, мгО2/дм3 |
|
|
Дуже чиста |
0,5 - 1,0 |
|
|
Чиста |
1,1 - 1,9 |
|
|
Помірно чиста |
2,0 - 2,9 |
|
|
Забруднена |
3,0 - 3,9 |
|
|
Брудна |
4,0 - 10,0 |
|
|
Дуже брудна |
Більше 10,0 |
Загальний органічний вуглець. Вміст загального органічного вуглецю - досить надійний показник вмісту у воді органічних сполук, в середньому чисельно рівний 50% маси органічних сполук. В природних поверхневих водах значення органічного вуглецю можуть коливатися від 1 до 20 і навіть декількох сотень мг/дм3.
Розчинений кисень. Потрапляння кисню у водойму відбувається шляхом розчинення його при контакті з повітрям (адсорбція), а також в результаті фотосинтезу водними рослинами. Вміст розчиненого кисню залежить від температури, атмосферного тиску, ступеня турбулізації води, мінерального складу води і т.д.
Водневий показник води рН є найбільш важливим показником якості води. Для всього живого у воді (за виключенням деяких бактерій) мінімально допустима величина рН5. В питній воді допускається рН 6,0 - 9,0. В воді водойм господарсько-питного і культурно-побутового призначення допускається рН 6,5 - 8,5.
.
Для хімічно чистої води величину водневого показника можна визначити експериментально або розрахувати, використовуючи величину - іоного добутку води.
Вода - типовий амфотерний електроліт, електролітична дисоціація якого відображається рівняннями вигляду:
;
.
Константа іонізації води рівна 1,810-16 (при температурі 250С). Якщо розглядати 1 л води (1000 г), то її "молярна концентрація" буде рівна:
моль/ дм3;
;
;
.
Для хімічно чистої води є величина стала, при цьому концентрації іонів гідроксонія () і гідроксил-іонів () рівна і складає 10-7 моль/дм3. Хімічно чиста вода має pH 7 (середовище нейтральне).
Важкі метали. Важкі метали виділяються з загальної групи металів за специфічністю шкідливості для живих організмів
Ціль курсової роботи очистити промислові стічні води для повторного використання. Розрахувати параметри головного апарату схеми - радіального відстійника.
2. Характеристика домішок, які треба видалити з води, за їх фазово-дисперсним станом
За умовою курсової роботи дані характеристики та показники якості води, що проходить обробку:
Таблиця 2.1 - Показники якості води [МВ]
|
рН |
Завислі речовини, мг/дм3 |
Кольо-ровість, град |
ХПК, мгО2/дм3 |
Запах бал |
Речовини забрудню-вачі, мг/дм3 |
Загальний солевміст, мг/дм3 |
Колі - індекс |
|||
|
Грубо-дисперні |
Колоїдні |
|||||||||
|
Вих. вода |
2,5 |
75 |
30 |
130 |
60 |
5 |
8 (Fe2+) |
6000 |
10 |
|
|
Очищ. вода |
6,5- 7 |
- |
- |
2 |
3 |
1 |
0.300 |
1000 |
3 |
Природна вода - складна дисперсна система, яка містить велику кількість мінеральних та органічних домішок. Дисперсна система складається з дуже дрібних частинок речовини, що розподілені в іншій речовині (середовищі). Система гомогенна, якщо в ній нема поверхні поділу, яка відділяє один від одного частини системи, котрі відрізняються за властивостями. Гетерогенна система - це система, яка має поверхню поділу. Гомогенна система - однофазна, гетерогенна - складається не менше як з двох фаз.
При розмірі частинок домішок води менше 10-3мкм - це гомогенна система (однофазна з двох чи більше індивідуальних речовин). Якщо розміри частинок > або = 10-3мкм, то домішки утворюють з водою гетерогенну систему. Сьогодні однією з найбільш поширеніших є класифікація домішок води Л.А. Кульського [3]. Для задач, які пов'язані з очисткою води, ця класифікація корисна тим, що визначивши фазово-дисперсний стан домішок у воді та встановивши її відношення до певної групи, можна заздалегідь обрати комплекс методів і стадій очистки води. При цьому фазово-дисперсний стан домішок повинен визначатися після кожної стадії очистки води і враховуватися при проектуванні всієї схеми підготовки.
Таблиця 2.2 - Класифікація води за фазово-дисперсним складом домішок [3]
|
Група |
Назва домішок |
Розмір частинок, мкм |
Характеристики домішок |
|
|
Гетерогенна система |
||||
|
І |
Зависі |
>10-1 |
Суспензії та емульсії, які обумовлюють мутність води; мікроорганізми і планктон |
|
|
ІІ |
Колоїднорозчинююмі сполуки |
10-1-10-2 |
Колоїди і високомолекулярні сполуки, які обумовлюють окисність і кольоровість води, віруси |
|
|
Гомогенна система |
||||
|
ІІІ |
Молекулярно розчиненні спол. |
10-2-10-3 |
Гази, розчиненні у воді; органічні сполуки, які надають воді запах і смак. |
|
|
ІV |
Речовини, що дисоціюють на іони |
<10-3 |
Солі, кислоти, основи, які надають воді жорсткість, лужність і мінералізацію. |
3. Вибір та обґрунтування методів очищення води від указаних домішок
Краще інших відповідає вимогам технологів класифікація розроблена Л.А. Кульским. В її основу покладені принципи фазово-дисперсного стану домішок води. Виходячи з якого, в залежності від дисперсності частинок, всі домішки розділені на чотири групи. Відповідно цим групам визначені і всі відомі сьогодні методи водопідготовки. Для усунення домішок першої групи, до яких відносяться грубо дисперсні речовини та кольоровість, зазвичай використовують такі процеси, як: механічне безреагентне розділення, адгезія на високодисперсних та зернистих матеріалах, адгезія за допомогою гідроксидів алюмінію та заліза чи глинистих матеріалів, адгезія за допомогою флокулянтів, флотація, бактерицидний вплив на патогенні мікроорганізми.
За сферою застосування цих методів найбільш технологічно вигідним є метод відстоювання з наступною обробкою води коагулянтами, тому що цей метод використовується при концентраціях грубо дисперсних домішок та кольоровості без обмежень (оскільки концентраціях грубо дисперсних домішок 75 мг/дм3, а кольоровість 130 град), що відповідає завданню курсової роботи.
Для видалення з води домішок другої групи використовують наступні методи:
§ Окиснення (обробка води хлором, озоном та іншими окисниками при підвищеному вмісті у воді колоїдних завислих речовин та високомолекулярних сполук, що обумовлюють окиснюваність та кольоровість води);
§ Адсорбція за допомогою гідроксидів алюмінію та заліза або високодисперсних глинистих матеріалів (коагуляція у вільному об'ємі з подальшим відстоюванням та фільтруванням. Обробка води за допомогою високодисперсних замутнювачів та коагулянтів. Контактна коагуляція);
§ Адгезія за допомогою флокулянтів (обробка води флокулянтами);
§ Віруцилідна дія (обробка води окиснювачами: хлорування, озонування, іонування).
Для усунення колоїдних частинок, зменшення ХПК часткового, зменшення колі - індексу найбільш доцільним і дешевим методом є окиснення (зокрема можна застосувати хлорування).
Для видалення з води домішок третьої групи, до яких відносяться розчинені гази, органічні сполуки, які надають воді смак та запах, можна використовувати методи:
§ десорбція газів та летких органічних сполук методом аерування, який дозволяє знизити вміст вуглекислоти і сірководню;
§ окиснення (хлорування, озонування, обробка води перманганатом калія) дозволяє усунути присмаки і запахи при не дуже забруднених водах;
§ адсорбція на активному вугіллі та інших матеріалах (вуглювання, очищення води на вуглецевих фільтрах та в адсорберах зі зваженим шаром вугілля), усунення неприємних запахів та присмаків природного походження, ароматичних домішок;
§ екстракція за допомогою органічних розчинників (видалення з води фенолу);
§ евапорація (пароциркуляційний метод, азеотропна відгонка);
§ біохімічний розклад (аеробний, анаеробний способи);
§ термоокиснювальні (вогневе спалювання у газовій фазі, рідко фазне окиснення).
Для видалення домішок четвертої групи, до цієї групи відноситься загальний солевміст, рН та речовини забруднювачі (в даному випадку феруму (заліза)) використовують наступні методи:
· Гіперфільтрація (видалення іонів за допомогою зворотного осмосу);
· Переведення іонів у малодисоційовані сполуки (нейтралізація, утворення комплексних іонів);
· Пом'якшення (термічний, вапняно-содовий, фосфатний методи)
· Утворення малорозчинних гідроксидів металів (усунення кольорових та важких металів, а також магнієвої твердості);
· Фіксація іонів твердою фазою сорбентів Н-, Na-катіонування
(пом'якшення при використанні нерухомого шару катіоніту, видалення кольорових металів);
· Фіксація іонів твердою фазою сорбентів Н-, ОН-іонування (опріснення, знесолення).
· Сепарація у різних фазових станах води (переведення води у газову фазу - дистиляція; перерозподіл іонів у рідинах, що не змішуються - екстракція; Переведення води у тверду фазу - опріснення виморожуванням);
· Використання рухомості іонів в електричному полі (електродіаліз).
Для того, щоб знизити концентрацію феруму від 8 мг/дм3 до 0,3 мг/дм3 найбільш доцільним буде використання методу утворення малорозчинних гідроксидів металів (усунення важких металів).
Відповідно вимогам до очищеної води було обрано найбільш дешеві та технологічно вигідні методи очистки вихідної води, що є важливим фактором в розробці принципової технологічної схеми підготовки води та в виборі й розрахунку головного апарату схеми.
4. Теоретичні основи методів очищення води, обраних для певної схеми
4.1 Теоретичні основи процесу осадження
Загальна маса завислих в воді домішок і коагульованих пластівців видаляється відстоюванням. На швидкість руху частинок зависі, які осаджуються в нерухомої рідині під дією сили тяжіння, впливають: форма та розмір частинок, їх густина та коефіцієнт опору рідини руху частинки.
Розрізняють завись:
· монодисперсну, яка складається з частинок приблизно однакової гідравлічної крупнисті;
· полідисперсну, яка складається з частинок різного розміру, гідравлічна крупність яких змінюється в значних межах.
Для монодисперсних кулеподібних частинок діаметром сі в нерухомої рідині швидкість вільного падіння показують рівнянням:
де g - прискорення сили тяжіння; рч,рж - відповідно густини
частинки та рідини; Кш - коефіцієнт опору падаючої кулеподібної частинки;
d - діаметр кулеподібної частинки, мм.
Для дуже малих частинок, які осаджуються з невеликою швидкістю (при Re>20), коли на опір руху частинки діють тільки сили тяжіння, коефіцієнт опору дорівнює:
.
Швидкість вільного падіння такої частинки описується рівнянням Стокса:
Рівняння Стокса має обмеження:
1) Розмір частинок d<0,1 мм;
2) 20<Re<500;
3) В процесі осадження частинка не змінює своєї форми і розмірів;
4) Частинки мають сферичну, або шароподібну форму.
Коефіцієнт опору при 20 < Re < 500 показується формулою:
Зі збільшенням швидкості осадження і розмірів частинок (Re> 500) при обтіканні їх рідиною виникає турбулентність; на коефіцієнт опору сили в'язкості діють незначно, він становиться незалежним від числа Рейнольдса і дорівнює 0,4. Рівняння швидкості вільного падіння кулеподібної частинки в цих умовах записується так:
На швидкість осадження частинок значно впливає густина частинок твердої фази.
Швидкість осадження в воді не кулеподібних частинок в порівнянні з кулеподібними значно менше. В зв'язку з тим, що на коефіцієнт опору впливає форма частинки, в рівняння коефіцієнта опору кулеподібної частинки вводять коефіцієнт форми:
де Кн - коефіцієнт опору при осадженні не кулеподібної частинки; Кф - коефіцієнт форми.
Більшість зависей, які зустрічаються в природній воді, а також утворюються в процесі очистки, неоднорідні за формою, розміром та масою.
При здійсненні поршневого відстоювання в циліндрі, який має достатньо висоту і діаметр (посудина об'ємом не менше 1 дм3.), зазвичай спостерігається формування чотирьох зон (рисунок 4.1). В деякі моменти зони b і c зникають - це і є критична точка. Залежність висоти між фазної границі a-b від часу описується кривою Кінша [4].
а - зона освітлення, в якій рідина прозора;
b - зона однорідної суспензії, має такий же зовнішній вигляд, як і вихідна, з утворенням чіткої границі a-b;
с - перехідна зона, не завжди чітко виражена;
d - зона зниження осаду, рівень якого спочатку швидко росте, після чого починає швидко знижуватися.
Рисунок 4.1 - Відстоювання. Крива Кінша.
Фундаментальна гіпотеза Кінша (рисунок 4.2) полягає в наступному: швидкість осідання конкретної частинки залежить лише від локальної концентрації С цих частин. Між точками А і В границя поділу виражена більш чи менш чітко: це фаза поділу коалесценції флокул. В деяких випадках ця фаза відсутня. Прямолінійна ділянка між точками В і С відповідає постійній швидкості осадження V0 (нахил прямолінійної швидкості). Величина V0 залежить від вихідної концентрації і від параметрів флокуляції суспензії. При збільшенні вихідної концентрації С0 швидкість осадження V0 маси знижується. Криволінійна ділянка CD відповідає поступовому зниженню швидкості осідання верхнього шару осаду. Починаючи з точки D флокули тиснуть на нижчі шари осаду.
Рисунок 4.2 - Крива Кінша.
4.2 Фізико-хімічнї основи процесу коагуляції
Якщо очищення води від грубо дисперсних домішок (ГДД) можлива звичайним відстоюванням, час визначається розміром і граничною масою частинок, то колоїдні домішки у цих колегіях агрегативної стійкості, їх можна виділити із води лише методом коагуляції. Коагуляція - фізико-хімічний процес укрупнення колоїдних частинок у цих колегіях, або злипання під впливом молекулярних сил тяжіння. У практиці водопідготовки під коагуляцією розуміють очищення води від колоїдних речовин з одночасною очисткою від ГДД і знебарвленням води шляхом дозування в оброблювану воду спеціального реагенту - коагулянта. Для колоїдних систем характерні дві основні ознаки: гетерогенність і дисперсність. Перша з ознак свідчить про наявність міжфазної поверхні (поверхневого шару), визначає найістотніші і характерні властивості колоїдних систем. Друга ознака - дисперсність (роздробленість) - або визначається за трьома вимірам тіла, або характеризується величиною, зворотною мінімального розміру і названою дисперсністю, або, нарешті, використовується третя характеристика роздробленості - питома площа поверхні Sуд (відношення міжфазної поверхні до об'єму тіла таблиця 4.2).
Таблиця 4.2 - Вимірювання граничної площі поверхні частинок при подрібненні [4]
|
Розмір ребра кубика, см |
Кількість частинок |
Гранична площа поверхні Sуд, см2/см3 |
Дисперсність, см-1 |
|
|
1 |
1 |
6 |
1 |
|
|
10-1/ (мм) |
103 |
60 |
10 |
|
|
10-4 (мкм) |
1012 |
6*104 (6м2см3) |
104 |
|
|
10-7 (нм) |
1021 |
6*107 (6000м2/см3) |
107 |
Зважаючи на ці ознаки, колоїдні системи можна охарактеризувати й певним виглядом енергії, які вони мають. Гетерогенність визначає наявність поверхового натягу Sг, причому, чим сильніше різняться фази за своєю природою, тим вищий поверховий натяг. Колоїдні системи, які мають великий надлишком поверхневої енергії, прагнуть зменшити її за рахунок зниження поверхового натягу, завдяки поверхневої адсорбції інших речовин, що формує структуру поверхневого шару і наділяє властивостями, відмінними від властивостей основних фаз. Виборча адсорбція призводить до придбання фазами, що дотикаються зарядів протилежного знака, але різної величини, оскільки виникає подвійний електричний шар, що обумовлює різні електрокінетичні явища.
Основи теорії подвійного електричного шару. Можливі три механізми освіти подвійного електричного шару (ПЕШ): по-перше, за допомогою переходу іонів чи електронів з однієї фази до іншої (поверхнева іонізація), по-друге, завдяки адсорбції сполук - домішок водних середовищ і по-третє, за допомогою певного орієнтування молекул пов'язаних фаз внаслідок їх взаємодії. Для водних колоїдних систем характерні всі три можливих вида ПЕШ, причому роль кожного їх значною мірою пов'язана з значенням рН середовища і хімічними властивостями колоїдних сполук. Оскільки явища на міжфазних поверхнях колоїдних систем обумовлені наявністю ПЕШ, то цей зв'язок між колоїдними частинками залежить від його будови, тому є важливим оцінити будова ПЕШ. Подвійний електричний шар вперше був розглянутий Гельмгольцем у вигляді плоского конденсатора з відстанню між двома рядами різноименно заряджених іонів, близькими до розміру діаметра молекул. На цій ділянці потенціал лінійно знижувався. Але така будова шару не враховує теплового руху іонів. Гуї і Чепмен припустили, що ПЕШ має розмиту (дифузійну) будову, а концентрація противоіонів (іонів у розчині, зі знаком заряду, протилежним заряду адсорбованих іонів і званих потенціалутворюючими) у спектрі дії поверхового потенціалу розподіляється виходячи з теплового руху відповідно до закону Больцмана. Сучасна теорія будови ПЕШ, логічно розвиває уявлення Гельмгольца, Штерна, Гуї і Чепмена, розглядає шар у вигляді двох частин (рис.4.2). Одна його частина знаходиться безпосередньо у міжфазній поверхні і утворює адсорбційний шар (шар Гельмгольца) завтовшки д, відповідний діаметру гідратованих іонів, що у ньому.
Рисунок 4.3 - Подвійний електричний шар й зміна у ньому потенціалу
Решта противоіонів перебуває у дифузійній частині завтовшки л, яка залежить від властивостей і складу розчину та колоїдної системи. Значення потенціалу в шарі Гельмгольца під час видалення від потенціалутворюючих іонів знижується лінійно від фо до потенціалу дифузійного шару, змінюється за експонентою. Товщина дифузійного шару цо відповідає, як було зазначено умовно прийнято, відстані, у якому потенціал дифузійного шару знижується, так як в 2,718 рази. Концентрація іонів в дифузному шарі з відривом x від границі розділу фаз пропорційна розподілу Больцмана [4]:
де С - концентрація іона; і, z - валентності іонів обсягом розчину поза дифузійного шару; WX=zFфX характеризує роботу переміщення 1 моля іонів з об'єму розчину на відстань X до границі розділу фаз; F - число Фарадея; (x - потенціал з відривом x, змінюється від x до при x= і x =0 при до= [4].
При розведенні колоїдного розчину відбувається зниження концентрації електроліту, що зумовлює втрату іонів з дифузійного шару міцели і зниженню -потенціалу. При випарюванні розчину концентрація частинок підвищується, і це сприяє їхньому злипанню. В обох випадках результат один - коагуляція.
Коагуляція гідрофобних колоїдних розчинів настає як під впливом електролітів, так і за змішування двох золей з протилежними знаками зарядів частинок. Це явище взаємної коагуляції викликається нейтралізацією зарядів іонів дифузних шарів частинок. Коагуляція починається при певній концентрації електроліту в розчині, що називається порогом коагуляції. Поріг коагуляції - мінімум (моль/дм3) електроліту, який викликає появу каламуті і пластівців. Чим більший заряд іона, тим сильніша його коагулююча дія, тим нижчий поріг коагуляції і тим менше потрібно електроліту для коагуляції. Поріг коагуляції залежить від природи дисперсної фази, концентрації її у колоїдної системі, швидкості поповнення електроліту, інтенсивності перемішування, присутності інших речовин і т.д. По коагулюючій здатності іони розташовують у наступний ряд:
Na+ < NH4+ < K+, Mg2+ < Ca2+ < Ba2+ < Al3+.
Чим менш гідратований іон, тим більш виражена його коагулююча здатність. На коагулюючу здатність катіону впливає природа зв'язаного з ним аніона. Так, поріг коагуляції позитивно зарядженого гідроксиду алюмінію становить для хлориду калію 0,05 моль/л, а сульфату калію - 0,003 моль/л. При гідролізі сульфату алюмінію особливе значення має тут гідроксид алюмінію [Al (H2O) 3 (OH) 3], що утворюється при рН=5,5. Гидроксид алюмінію створює з іонами [Al6 (OH) 15] 3+, [Al8 (OH) 20] 4+ і [Al2 (OH) 7] - сітчасту структуру, завдяки якій при коагуляції відбувається захоплення колоїдних домішок і очищення води [4].
Рисунок 4.4 - Захоплення колоїдних домішок
Після коагуляції починається осадження крупних частинок під впливом сили тяжкості - седиментація (рисунок 4.4). У рідкому середовищі при коагуляції золей укрупнення частинок до певної межі не супроводжується їх осіданням. Подальше зростання частинок призводить до утворення згустків чи пластівців (флокул), що випадають в осад.
5. Принципова технологічна схема підготовки води
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 5.1 - Технологічна схема підготовки води
6. Вибір, основні конструктивні елементи й розрахунок головного апарата схеми
Головним апаратом в технологічній схемі очистки води є бак для приготування розчину коагулянту.
1 - залізобетонні резервуари з антикорозійним покриттям; 3 - куски коагулянту в розчинному баці; 4 - спорожнення бака; 5 - колосникова решітка; 7 - подавання води і повітря; 9 - вікна для циркуляції води під час розчинення коагулянту; 10 - вісь мішалки; 11 - центрально розміщений стакан; 12 - відведення розчину коагулянту
Рисунок 6.1 - Бак для приготування розчину коагулянту з механічним перемішувачем
Для розрахунку баку для приготування розчину коагулянту потрібно знати деякі вихідні дані:
Q = 4320 м3/добу = 180 м3/год = 0,05м3/с - потужність станції;
Розрахунок решіток
1. Число прозорів
n = ; n =
b - ширина прозорів між стержнями, 16 - 20 мм. Обираємо b = 18 мм = 0,018 м.
h - глибина води біля решітки, 0,8 - 1,5 м. Обираємо h = 1м.
Vp - швидкість води біля решітки, 0,5 - 1 м/с. Обираємо Vp = 0,5 м/с.
Кз - коефіцієнт запасу, він враховує стиснення прозорів між стержнями граблями та сміттям, 1,05.
2. Загальна ширина всіх решіток, які необхідно встановити для забезпечення даної продуктивності
Вр = s* (n-1) +b*n, м; Вр = 0,01* (6-1) +0,018*6= 0,158 м
s - ширина стержня, 8 - 10 мм. Обираємо s = 10мм=0,01м.
3. Число решіток
Np =; Np = = 0,1581 + 1 резервна
В - ширина однієї стандартної решітки. Обираємо В = 1 м.
Розрахунок горизонтального відстійника
1. Площа відстоювання, площа освітлення
F = , м2; F = м2.
Оскільки води мають середню мутність обираємо U0 = 0,5 мм/с = 0,0005м/с.
2. Довжина відстійної частини
L =, м; L = = 96 м,
Vcp - середня лінійна швидкість руху води в проточній частині відстійника, 0,15 - 0,5 мм/с. Обираємо Vcp = 8 мм/с = 0,008 м/с.
Hcp - глибина зони осадження, 2,5 - 3,5 м. Обираємо Hcp = 3 м.
К - коефіцієнт, який залежить від типу відстійника, 0,5.
3. Загальна ширина відстійної частини
B= , м; В= =0,001 м.
Розрахунок баку для приготування розчину коагулянту
V = , м3; V = = 0,5 м3,
ф - час повного циклу приготування розчину коагулянту, 10 - 12 год. Обираємо ф = 10 год = 36000 с. Dk - доза коагулянту, мг/дм3. Обираємо Dk = 35 мг/дм3= 35г/ м3. Ск - концентрація розчину коагулянту в перерахунку на безводну сіль. Обираємо Ск = 12%.
с - густина розчину коагулянту, т/ м3. Обираємо с = 1,03 т/ м3= 1030000 г/ м3.
Розрахунок механічного фільтру
1. Загальна площа фільтрування
Fм. ф. =, м2;
Fм. ф. ==1,98 м2 2 м2,
ф - період роботи водоочисної станції на протязі доби, год/добу. Обираємо ф = 22 год/добу.
Vн - розрахунок швидкості фільтрування, м/год. Обираємо нормальну швидкість фільтрування, тоді Vн = 5 м/год.
nпр - число промивок 1 фільтру на добу при нормальному режимі експлуатації. Приймаємо nпр = 2.
gпр - витрата води на 1 промивку, 8 - 10 м3/м2. Приймаємо
gпр= 8м3/м2.
фпр - час простою фільтру у зв'язку з промивкою. Обираємо фпр = 0,33год.
N м. ф. = 0,5* ; Nм. ф. = 0,5* =0,71 + 1 резервний.
Висновки
Розглянуто фізико-хімічні основи процесів, які використовуються для очистки води - відстоювання, коагуляція, утворення малорозчинних гідроксидів металів (усунення важких металів).
В курсовій роботі запропоновано принципову технологічну схему обробки промислових стічних вод до технічної води.
Розраховано об'єм баку для приготування розчину коагулянту, який становить 0,5 м3.
Тобто для забезпечення очистки промислових стічних вод треба встановити 1 бак для приготування розчину коагулянту, об'ємом 0,5 м3. Також треба встановити 1 решітку і 1 резервну для безперервної роботи, а також механічний фільтр і передбачити один резервний.
Список використаної літератури
1. Беликов С.Е. Водоподготовка. - М.: Аква-Терм, 2007. - 240 с.
2. Конспект лекцій з предмету теоретичні основи хімії та водопідготовки викладач доц. к. т. н. Толстопалова Н.М.
3. Кульський Л.А. Вода, її використання в сьогоденні та майбутньому. - К.: Знання, 1977. - 48 с.
4. Алексеев М.І., Іванов В.Г., Курчатов А.М. Технический справочник по обработке воды. - СПб.: Новий журнал, 2007. - 874с.
5. Запольський А.К. Водопостачання, водовідведення та якість води. - К.: Вища школа, 2005. - 671с.
6. Запольський А.К. Фізико-хімічні основи технології очищення стічних вод. - К.: Лібра, 2000. - 551с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Очищення стічних вод від катіонів важких металів переводом їх в важкорозчинні сполуки. Визначення оптимальної дози коагулянту. Вибір розчинника для рідинної екстракції із води. Визначення сорбційної ємності катіонітів при очищенні йонообмінним методом.
методичка [150,5 K], добавлен 12.05.2009Технологічна схема підготовки та очищення води за допомогою установки ультрафільтрації та коагуляції. Характеристика продукції, сировини, допоміжних матеріалів. Виявлення шкідливих і небезпечних виробничих факторів. Розрахунок екологічних платежів.
дипломная работа [235,1 K], добавлен 06.11.2015Підприємство як джерело забруднення навколишнього середовища. Наявність і характеристика обладнання для обрахування використання вод і їх лабораторного аналізу. Показники токсичності стічних вод. Суть і сфери застосування біологічного очищення води.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 05.09.2014Характеристика впливу важких металів на біологічні об’єкти. Поняття та токсикологічна характеристика деяких важких металів. Сучасні методи аналізу: хімічні та фізико-хімічні. Отримання та аналіз важких металів із стічних вод підприємств методом сорбції.
курсовая работа [373,0 K], добавлен 24.06.2008Забруднюючі речовини води: ацетон, нафта та нафтопродукти. Методи очистки промислових стічних вод: механічні і механо-хімічні; хімічні і фізико-хімічні; біохімічні. Розрахунок сумарних екологічних збитків за забруднення навколишнього середовища.
контрольная работа [17,4 K], добавлен 11.02.2010Методи потрапляння нафтопродуктів у стічні води. Екологічна небезпека, що пов’язана з цими забрудненнями та їх еколого-економічна оцінка. Основи електрохімічного очищення води. Методика розрахунку тонкошарового о відстійника за протитечійною схемою.
курсовая работа [468,1 K], добавлен 24.04.2014Методи очищення води від органічних сполук. Хімічні властивості озону. Принципові технологічні схеми та ефективність спільного вживання озону і активного вугілля на водоочисних станціях. Застосування технології озонування і сорбційного очищення води.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 20.11.2010Методи очищення стічних вод харчової промисловості: механічне, фізико-хімічне та біохімічне очищення стоків від забруднюючих речовин. Результати очищення та газогенерації при безперервному збродженні стічних вод. Стоки шкіряних заводів та їх очищення.
реферат [55,7 K], добавлен 18.11.2015Аналіз природно–кліматичних, грунтових і гідрологічних умов Кіровоградської області. Проектування споруджень для очищення поверхневих і виробничих стічних вод. Розрахунок проточних горизонтальних ставків-відстійників. Гідравлічний розрахунок грат.
курсовая работа [235,2 K], добавлен 16.04.2009Споживання прісної води. Забруднення води. Очищення стічних вод. Гідросфера, або водяна оболонка Землі, - це її моря і океани, крижані шапки приполярних районів, ріки, озера й підземні води.
реферат [14,0 K], добавлен 31.03.2003
