Разработка и обоснование применения очистных сооружений для очистки цианистых сточных вод гальванического цеха предприятия
гальванических цехов, имеющих
промышленное значение, кроме уже упомянутых химических методов, внимания
заслуживают ионные и электрохимические методы.Каждый из этих методов имеет
свои недостатки и преимущества, тем не менее они являются несомненно более
современными по сравнению с классическим химическим методом.Основное
преимущество - нейтрализация концентрированных сточных вод, получение
ценных электролитов и чистой воды, пригодной для повторного использования.С
помощью таких методов возможно создание в гальваническом цехе замкнутой
системы циркуляции технологической воды и почти полное устранение
необходимого слива сточных вод в канализационную систему.
2 . Электрохимические методы
Применение электрохимических процессов целесообразно для окисления
цианидов, очистки растворов хром. кислоты, повышение концентрации и
преобразование электролитов, деминерализации растворов.
В процессе электролиза сточных вод, содержащих цианистые соединения,
на аноде происходит окисление ионов CN-, а также комплексных ионов,
например, [Cu(CN)3]2-, [Zn(CN)4]2- и др. по реакции:
CN- + 2OH- - 2e- = CNO- + H2O,
[Cu(CN)3]2- + 6OH- - 7e- = Cu2+ + 3CNO- + 3H2O,
[Zn(CN)4]2- + 8OH- - 8e- = Zn2+ + 4CNO- + 4H2O,
а на катоде наступает разрядка и выделение катионов металла.
Образующиеся в приведенных реакциях ионы цианата по мере повышения их
концентрации окисляются на аноде до СО2 и N2 по реакции:
2CNO- + 4OH- - 6e- = 2CO2 + N2 + 2H2O.
Taк как реакционная среда основная, то на аноде протекает следующая
реакция:
4ОН- - 4е- = О2 + 2Н2О.
Если в реакционной среде находятся еще и ионы хлорида, которые
ускоряют и облегчают процесс анодного окисления цианидов, то на аноде и
вблизи него протекают добавочные реакции:
2Cl- - 2e- = 2Cl; 2Cl = Cl2;
CN- + 2Cl + 2OH- = CNO- + 2Cl- + H2O;
2CNO- +6Cl + 4OH- = 2CO2 + N2 + 6Cl- + 2H2O;
2[Cu(CN)3]2- + 14Cl + 12OH- = 2Cu2+ + 6CNO- + 14Cl- + 6H2O.
Введение хлоридных ионов в реакционную среду приводит к
значительному ускорению окисления цианидов с одновременным повышением
выхода по току процесса больше чем на 100 % (в среднем с 35 до 80 %) при
одновременном снижении расхода электроэнергии на 30 %.
Это приписывают повышению проводимости электролита и активному
участию в реакции окисления цианидов атомарного хлора, образующего в
процессе разложения хлоридного иона на аноде.
Установлено также, что лучшие результаты получаются при
электрохимическом окислении очень концентрированных растворов цианидов, а
не их разбавленных растворов. Процесс электрохимического окисления
цианидов протекает при следующих условиях: рН>11;концентрация хлоридов не
должна превышать концентрацию цианидов больше чем в 5 раз;принимают на 1г
СN - 10г NaCl;аноды должны быть сделаны из графита, а катоды из
кислотоупорной стали, анодная плотность тока должна быть 0,001 А/см2 (ток
постоянный);сточные воды должны перемешиваться сжатым воздухом.В этих
условиях достигается выход по току 80 %, а расход электроэнергии на
окисление 1г CN - от 0,007 до 0,01 кВт в час.
Сравнительный анализ стоимости очистки цианистых сточных вод
химическим и электрохимическим методом отдает предпочтение
электрохимическому методу, т.к. он прост в применении, а также не требует
строительства сложных устройств, типичных для химического метода.
Кроме того, для электрохимических способов характерны существенное
сокращение расхода химикатов и меньшая потребность в производственных
площадях.В результате низкого солесодержания очищенного стока снижаются
и последующие затраты на доочистку стока с целью повторного использования
воды.
3 . Ионообменный метод
Гетерогенный ионный обмен или ионообменная сорбция - это процесс
обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими
на поверхности твердой фазы - ионита. Очистка сточных вод методом
ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси (для
нашего случая это медь и цинк), очищать воду до ПДК с последующим ее
использованием в технологических процессах или в системах оборотного
водоснабжения.
Принципиальная схема установки для очистки сточных вод
гальванического производства показана на рис.5.1
Цианистые стоки из емкости 1 для усреднения состава и частичного
отделения механических примесей направляются в усреднитель 8.Из аппарата 8
стоки насосом подаются в песчано - гравийный фильтр 2 для очистки от
механических примесей.Скорость движения жидкости, отнесенная к
поперечному сечению фильтра, 5-7 м/ч.Следующая ступень - очистка
активированным углем в аппарате 3 от маслопродуктов, ПАВ, биологических
примесей и т.д.Отфильтрованная вода направляется в катионообменник 4,
заполненный смолой КУ-2, КУ-8 или КУ-23 в водородной форме. Линейная
скорость движения жидкости в этом аппарате достигает 10-20 м/ч. По
достижении на выходе концентрации сорбируемых ионов 0,02-0,03 мг.экв/л
катионит подвергается регенерации.Освобожденная от катионов вода поступает
в анионообменники 5 и 6, заполненные смолами АВ-17-8, АН-221 и др. При
содержании сорбируемых анионов на выходе из аппарата 0,05-0,1 мг/л анионит
регенерируют.
Сточные воды направляются на производство (в систему оборотного
водоснабжения), а промывные - в сборники концентратов для химического
обезвреживания и, в нашем случаи, для извлечения меди и цинка.
2 3 4 5
6
1
8
7 7 7
4 - катионообменник
5,6 - анионообменники
7 - сборник чистой воды для промывки колонн
8 - усреднитель
Рис.5.1 Схема ионообменной установки для очистки цианистых
сточных вод
Главный недостаток технологии ионного обмена состоит в том, что
для выделения из воды элементов или солей необходимы регенерирующие кислоты
или щелочи, которые впоследствии в виде солей поступают в окружающую
среду, вызывая вторичное загрязнение последней.
4 . Другие методы очистки
К числу таких методов можно отнести следующие 2 метода - термическое
обезвреживание и мембранная технология, которые позволяют получить
высококачественную воду и несомненно получат более широкое распространение
в будущем.
Термическое обезвреживание сточных вод гальванических цехов включает 2
стадии: предварительное концентрирование и огневое обезвреживание
концентрата (шлама).
Целью 1 стадии является возврат части воды в
производство.Применяемые в основном процессы упаривания и сушки
лимитируются необходимостью учета возможности образования отложений на
поверхности теплообмена, коррозии оборудования и загрязнения атмосферы
вредными газообразными выбросами.
Огневое обезвреживание концентрата осуществляется в
высокотемпературных печах, топках котлоагрегатов.Так, цианосодержащие
стоки и шламы сжигают в трубчатых, вращающихся и циклонных печах, в
кипящем слое, либо в печах с загрузкой катализатора.При этом цианиды
полностью окисляются, а связанные с ним металлы, выделяются в виде окислов
или чистых металлов.Каталитическое окисление снижает рабочую температуру
процесса и, следовательно, расход топлива.
Мембранная же технология основана на применении мембран, которые
способны задерживать практически все многовалентные катионы, задерживая
50-70 % примесей.Поэтому их применение для очистки промывных сточных вод
и регенерации электролитов представляется наиболее перспективным.
5 . Выбор вариантов очистки и системы водоснабжения
За основу расчетов примем 2 варианта.При первом варианте, принимая во
внимание то, что объем сточных вод невелик, а концентрация вредных веществ
мала, все сточные воды без их очистки будем сбрасывать в горводоканал.
Возможно это будет более выгодным, чем строительство очистных сооружений,
т.к. создание последних для такого маленького предприятия, как наше
равносильно созданию самого гальванического производства.
По второму варианту будем очищать сточные воды ионообменным методом,
т.к. он позволяет утилизировать цветные металлы, содержащиеся в наших
сточных водах (Cu), и повторно использовать до 95 % сточных вод, а также
исходя из характеристик наших сточных вод и условий эффективного
функционирования вышеописанных методов.Таким образом при втором варианте
мы параллельно с использованием ионообменного метода будем создавать
оборотный цикл водоснабжения.
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
1 . РЕЖИМ РАБОТЫ УЧАСТКА СТОЧНЫХ ВОД
В связи с тем, что мы выбрали за основу для расчета ионообменный
метод, участок очистки сточных вод у нас будет работать непрерывно, т.е. 3
смены в сутки. Это также обусловлено тем, что согласно опытным данным при
малой интенсивности протекания сточных вод (до 5 м3/ч) и без повторного их
использования экономичнее переодический способ очистки. При большем же
объеме сточных вод (у нас стекает в сутки более 10 метров в кубе) более
эффективн
| |  скачать работу |
Разработка и обоснование применения очистных сооружений для очистки цианистых сточных вод гальванического цеха предприятия |
