Физико-химические методы очистки сточных вод

Первоначально сточные воды поступают в электрохимическую ячейку, куда пропорционально их объему подается дозированный раствор реагента. В выходную емкость подается необходимое количество коагулянта.

В результате электрохимической реакции происходит процесс коагуляции, в результате чего образуется мелкодисперсная взвесь, которая поступает в электрофлотатор.

После флотации, связанные коагулянтом загрязняющие вещества в виде пены собираются скребковым сборником и осаждаются, после чего-либо идут в утилизацию, либо во вторичную переработку (например, топочный раствор для котельных и печей в случае очистки лиальных стоков).

Очищенная от взвесей, ПАВ и растворенных веществ вода поступает в систему канализации, либо на дальнейшую биологическую доочистку.

Блок фильтрации в основном применяется на последней ступени очистки и рассматривается как доочистка стоков от остаточных загрязнений, когда предъявляются более жесткие требования к сбросу по сравнению с требованиями приема в городскую канализационную сеть.

Может применяться как напорная, так и безнапорная фильтрация, а в качестве фильтрующего материала могут использоваться различные виды загрузок тканевый материал, поролон, сорбционные загрузки, такие как песок, уголь, прочее.

Вариант комплектации очистных сооружений хлебокомбинатов при отводе производственных стоков в городскую систему канализации:

Для достижения качества очистки производственных стоков предлагается предварительная очистка на локальных очистных сооружениях методом отстаивания и электрофлотации.

Из жироуловителя стоки направляются в электрофлотокоагулятор, представляющий собой емкость с выделенными в ней - электродной камерой, отстойной зоной, камерой сбора пенного продукта и бункерами для накопления осадков.

В электродной камере устанавливается электродный блок, подключенный по биполярной схеме к выпрямительному агрегату. Система работает как электрокоагулятор. В процессе электролиза происходит растворение металлических пластин и в стоки переходит гидроокись железа, которая сорбирует на себе загрязнения. Прошедшие электродную камеру стоки поступают в зону вторичного отстаивания, где происходит выпадение в осадок скоагулированных взвесей, а с поверхности собирается пенный продукт.

Прошедшие локальную очистку производственные стоки могут сбрасываться в городскую канализационную сеть.

3. Расчет и проектирование электрокоагулятора

3.1 Электрохимические расчеты

Исходными данными к электрохимическому расчету ЭК являются:

ѕ средняя концентрация шестивалентного хрома CCr в сточной воде (в пересчете на хром), выраженная в мг/л (г/м3);

ѕ среднее значение рН сточной воды;

ѕ средний часовой объем очищаемой воды vсв, м3/ч.

Согласно уравнению:

3 Fe2+ + Cr(VI) 3Fe3+ + Cr3

на нейтрализацию одного моля Cr(VI) (52 г) необходимо затратить 3 моля ионов двухвалентного железа (167.5 г), что соответствует 3,22 г железа на 1 г хрома.

За 1 ч в электролизер поступает 486 граммов шестивалентного хрома, для нейтрализации которого требуется анодно растворить (в виде ионов):

граммов железа.

С учетом закона Фарадея минимально необходимый ток в электролизере должен быть:

,

где: масса , г/ч; электрохимический эквивалент для перехода Fe Fe2+, г/(Ач); 1,042 г/(Ач); время поступления хрома в электролизер, ч; ф = 1ч; выход по току для анодной реакции ( 0,7 т.к. преобладают кислые стоки).

В соответствии с таблицей 3 выбираем к установке выпрямительный агрегат ТВ1-800/12Т-ОУХЛ4, дающий номинальный постоянный ток 800А и номинальное постоянное напряжение 12В (или реверсивный выпрямительный агрегат ТВР1-800/12Т-ОУХЛ4 с теми же характеристиками).

3.2 Выбор габаритов электролизной ванны

а) нахождение рабочей поверхности анода:

б) определение размера электродных пластин, их количество и определение габаритов электродной ванны. Рекомендуемые размеры пластин:

- высота (h) от 0,5 до 1,2 м или от 0,6 до 1м,

- ширина (b) от 0,2 до 0,8 или от 0,3 до 0,6 м,

Таким образом, площадь одного анода одной стороны может быть в пределах от 0,1 до 0,96 м2.

Аноды и катоды изготавливаются из одного и того же материала, и обычно, число анодов равно числу катодов.

Общая рабочая поверхность анодов:

,

где: na - общее число анодов (общее число катодов).

Т. к. тыльная сторона одного из крайних анодов не участвует в реакции, из удвоенного произведения вычитается единица.



,

где: - ширина электрода, - высота электрода.

где: Lэк - длина электродной камеры; b' - зазор между торцом электрода и стенкой электрокоагулятора = 15мм.

Ширина электродной камеры:

где: д - толщина анода (от 5 до 8мм или от 3 до 6 мм), в данном случае берём 4 мм; l - межэлектродное расстояние (от 8 до 20 либо от 10 до 15 мм); b'' - зазор между стенкой электрокоагулятора и крайним электродом (25 мм).

Для равномерного распределения сточных вод между электродами, Lэк и Вэк должны быть примерно равны.

Таблица 14

	, м2	,м	,мм	,мм	,мм	/
13	0,268	0,423	423	453	429	1,05

Берем число анодов = 13, т.к. Lэк Вэк, тогда Lэк=453мм, Вэк=429мм.

в) определение времени непрерывной работы анодов до их полной замены:

где: k - коэффициент использования анода; с - плотность анода (для железа = 7,8г/cм3); q - электрохимический эквивалент (для железа = 1,042 г/А·ч).

Если производство работает не круглосуточно, то при двух сменной работе по 8 часов в смену электрокоагулятор будет работать:

г) определение общей массы анодов:

Масса одной анодной пластины:

д) Объем СВ в ЭК в начале работы (без учета зазоров b') равен:

е) определение времени пребывания СВ в ЭК:

(допускается 30-300сек).

3.3 Расчет объема отсасываемого воздуха

При работе ЭК выделяется водород. Электрохимический эквивалент водорода (в объемных единицах) равен 0,418 л / (А· ч). Если, например, ток на ЭК равен 1000 А, то за 1 час выделится 418 л, или почти полкубометра водорода. При содержании водорода (по объему) в воздухе от 4 до 74 % образуется взрывоопасная смесь. Поэтому ЭК должен быть снабжен надежной системой вытяжной вентиляции [8]. Она обеспечивает разбавление выделяющегося водорода воздухом до концентрации существенно меньше нижнего предела взрываемости, а именно 0,4 %. Объем водорода (м3/ч), выделяющегося за 1 час, равен:

VН = 0,418·10-3J.

Отсюда минимальный объем воздуха, который необходимо отсасывать от ЭК за 1 час, равен:

V = 250

VH = 0,105 J =475

3.4 Результаты расчета электрокоагулятора

1. Рабочая сила тока 471 А.

2. Число анодных пластин 13 шт.

3. Длина электродной камеры 0,453 м.

4. Ширина электродной камеры 0,429 м.

5. Объем сточных вод в электрокоагуляторе 0,06 м3.

4. Требования техники безопасности при эксплуатации очистных сооружений

Водопроводные очистные станции состоят из комплекса сооружений. При двухступенной системе очистки в комплекс сооружений входят отстойники, фильтры и обеззараживающие установки, а при одноступенной системе очистки -- контактные осветители и обеззараживающие установки.

Для улучшения процесса осветления воды применяют химические реагенты -- сернокислый глинозем, хлорное железо и др. Для стабилизации воды используют обычную известь, а для улучшения и ускорения процесса коагулирования воды в последнее время начали применять полиакриламид.

При строительстве очистных сооружений следует учитывать следующие основные требования техники безопасности. Производственные помещения очистных сооружений надо оборудовать искусственной вентиляцией, а помещения с установками для заготовки и дозирования коагулянта -- побудительной вытяжной вентиляцией из расчета пятикратного обмена воздуха в 1 ч. Помещения должны иметь отопление, обеспечивающее надлежащую температуру, а также естественное и искусственное освещение по существующим нормам. Кроме того, в помещениях очистных сооружений следует предусмотреть аварийное освещение от аккумуляторной батареи напряжением не свыше 36 В. Или, в крайнем случае, от обычных керосиновых настенных ламп, а также запас свечей, чтобы обеспечить возможность осмотра недостаточно освещенных мест.

Открытые отстойники, резервуары, верх которых возвышается над уровнем площадок обслуживания менее чем на 1 м, а также водоотводные каналы, углубления и отверстия в полу помещений обязательно перекрывают щитами или ограждают перилами высотой не менее 1 м.

Реагенты со склада к месту их подготовки необходимо доставлять механизированно, а растворять и перемешивать в затворных и растворных баках механическими мешалками или сжатым воздухом.

Во всех помещениях помимо технологических инструкций должны быть вывешены краткие инструкции с указаниями, как поступить, в случае отравления хлором или аммиаком, а также при попадании человека под ток.

Во время работы дежурных операторов по коагулированию надо обеспечивать резиновыми сапогами, перчатками, фартуками с нагрудником, респираторами и защитными очками. Защитные средства хранят в индивидуальном шкафу в специально выделенном помещении реагентного хозяйства, оборудованном душем или умывальником. В настенном шкафу для общего пользования следует хранить бутыль с раствором соды и бутыль с дистиллированной .водой, вату и глицерин. Для удобного пользования у бутылей должны иметься резиновые трубки с краниками.

При приемке смены необходимо тщательно осмотреть подъемные средства (трос, лебедку), проверить работу храповика на лебедке, состояние крюка для подъема вагонетки или бадьи. При подаче коагулянта со склада рабочие не должны находиться на путях узкой колеи во время подъема и спуска вагонеток. Пути узкой колеи надо содержать в чистоте.

После окончания смены оператор должен тщательно вымыть руки, промыть глаза тампоном ваты, смоченным в дистиллированной воде.

1. В составе работников, обслуживающих очистные сооружения систем водоснабжения, наряду с работниками, ответственными за соблюдение технологического режима сооружений, должны быть назначены работники, ответственные за состояние техники безопасности, за техническую эксплуатацию электрооборудования, грузоподъемных механизмов, средств автоматизации, контрольно-измерительных приборов, реагентного хозяйства и противопожарной безопасности.

2. Работники, обслуживающие очистные сооружения, должны работать в спецодежде, регулярно подвергаемой дезинфекции. Посещение работниками в спецодежде туалетов и мест общественного пользования вне территории очистных сооружений не разрешается.

3. Количество реагентов, хранящихся на складе, не должно превышать 30-суточного запаса, считая по периоду максимального их потребления, но не менее объема их разовой поставки. В соответствии с п. .2 Правил безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении хлора (ПБХ-93) запас жидкого хлора должен быть не более 15-суточной потребности. При необходимости увеличения запаса хлора до 30-суточной потребности это должно быть согласовано с Гортехнадзором РФ.

4. На складах реагентов запрещается: хранение в одном помещении реагентов, которые могут химически взаимодействовать между собой; хранить взрывчатые и огнеопасные вещества, смазочные материалы, пищевые продукты и т. п.

В организациях ВКХ должны быть перечни совместимости используемых химвеществ, утвержденные руководством организации ВКХ. Эти перечни должны находиться на рабочих местах.

5. Разгрузка реагентов из железнодорожного, автомобильного транспорта, транспортировка и складирование их внутри склада, загрузка в устройства для приготовления растворов должны быть механизированы.

6. Все работы с реагентами должны проводиться только в установленной нормами спецодежде, спецобуви, а при выделении в воздух рабочей зоны пыли или вредных газов - с применением противогазов или других средств индивидуальной защиты органов дыхания и защитных очков.

7. Условия хранения и приготовления реагентов должны отвечать требованиям СНиП 2.04.02.

8. Реагенты, содержащие фтор, сернистый газ и его растворы, являются ядовитыми веществами, и при работе с ними необходимо соблюдать требования, предъявляемые к СДЯВ.

9. После окончания работ с реагентами работники должны вымыть руки и смазать их глицерином, протереть глаза ватным тампоном, смоченным дистиллированной водой, а при необходимости принять душ.

10. Электрооборудование в помещениях очистных сооружений с относительной влажностью выше 90% должно быть во влагозащищенном исполнении.

11. Ремонтные работы внутри емкостных сооружений должны выполняться бригадой в составе не менее 3-х человек, при этом работники должны быть обеспечены противогазами и поясами с веревками длиной на 2 м больше расстояния от люка до наиболее удаленной точки внутри сооружения. На поверхности сооружения должны оставаться не менее двух человек для страховки и подачи работающим внутри сооружения материалов и инструмента.

Перед спуском в закрытые емкостные сооружения необходимо проверить состояние воздушной среды в них на отсутствие содержания вредных и взрывоопасных газов и наличие необходимого количества кислорода. В указанных емкостных сооружениях должно быть предусмотрено принудительное вентилирование перед спуском в них. Люки в период работы должны быть открыты.

Список используемых источников

Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод : учеб. пособие для вузов / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, В.И. Калицун. - М.: Стройиздат, 1996. - 591с.

Акользин Л.Б. Современные процессы очистки сточных вод / Л.Б. Акользин; Экология и промышленность России. 1997. 28 - 34с.

Ксенофонтов Б.С. Флотационная очистка сточных вод / Б.С. Ксенофонтов, В.А. Бойченко; Безопасность жизнедеятельности. 2001. - 38с.

Колесников В.А. Очистка промывных вод гальванического производства методом электрофлотации / В.А. Колесников, С.О. Вараксин; Экология и промышленность России. 2001. - №3. -с. 15-18.

Серпокрылов Н.С. Экология очистки сточных вод физико-химическими методами / Н.С. Серпокрылов, Е.В. Вильсон, С.В. Гетманцев, А.А. Марочкин; Издательство Ассоциации строительных вузов. - М: Высшая школа, 1980. - 184с.

Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство/ С.С Виноградов, В.Н. Кудрявцева. - М.: Произв.-изд. предприятие “Глобус”, 1998. - 302с.

Ефремов И.В. Методы и технические средства защиты гидросферы / И.В. Ефремов; Учебное пособие. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005. - 259 с. ISNB 5-7410-0575-6.

Хранилов Ю.П. Проектирование электрокоагулятора. Расчет и конструирование аппаратов очистки стоков / Ю.П. Хранилов; Учебное пособие. - Киров: ВятГТУ, 2005.19 - 24с.

СниП 2.04.03-85 Проектирование сооружений для очистки сточных вод. Канализация. Наружные сети и сооружения. - М.: Стройиздат, 1990.- 192с.

Яковлев С.В. Технология электрохимической очистки воды / С.В. Яковлев, И.Г. Краснобородько, В.М. Рогов. - Л.: Стройиздат, 1987. - 312с.

Земсков И.В. Установка для флотационной очистки воды/ И.В. Земсков, А.А. Алисевич; Экологич. системы и приборы. 2001.-№10.-с. 55-57.

Спиридонова Л.Г. Особенности физико-химической очистки сточных вод различных производств / Л.Г. Спиридонова, И.А.Кулик. Материалы международной научно-практической конференции «Строительство-2012», Ростов-на-Дону.: РГСУ, 2012.

СниП 2.02.02-84 Водоснабжение наружные сети и сооружения. М.: Союзводоканалпроект , 1986. - 254с.

Грихилес М.С. Электрохимия / М.С. Грихилес, Т.А. Самигуллина, А.М. Сухотин. 1987, т. 23, № 7, 979с.

Сухотин А.М. Физическая химия пассивирующих пленок на железе/ А.М. Сухонин. - Л.: Химия, 1989, 263с.

Гризодуб Н.Н. Сравнительная оценка методик выбора реагентов для очистки вод / Н.Н. Гризодуб, С.А. Воляник. Материалы международной научно-практической конференции «Строительство-2012», Ростов-на-Дону.: РГСУ, 2012.

Размещено на Allbest.ru