Тандем - 2, шлакоблочные станки, бетоносмесители


Производство оборудования и технологии
Рубрики

МЕТОДЫ И СХЕМЫ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД

На предприятиях цветной металлургии используют практически все извест­ные методы очистки стоков (механические, биотехнологические, химические, физико-химические, физические), составляя из иих разнообразные техноло­гические схемы. Имеет смысл как-то оценить частоту применяемых методов, хотя такая градация достаточно условна.

Методы механической очистки стоков — отстаивание и уплотнение в раз­личных отстойниках, гидроциклонах н сгустителях, в том числе н в хвостох — ранилшдах, фильтрация и другие — присутствуют практически в каждой тех­нологической схеме обработіси стоков, как и в системах водного хозяйства пред­приятий любых отраслей промышленности. Часто обработка стоков начина­ется с удаления грубодисперсных примесей в первичных отстойниках и за­канчивается доочисткой на фильтрах.

Далее, видимо, можно поставить реагентную обработку стоков и осадков методами нейтрализации, осаждения, окисления н др. Наиболее распростра­ненная схема очистки заключается в нейтрализации стоков известью с после­дующим выделением осадка н доочисткой воды либо осаждении металлов в виде сульфидов, карбонатов, ферритов и др. Нередко реагентная обработка осуществляется для удаления из стоков вредных компонентов в виде газов (от­гонка аммиака и др.). Для окисления цианидов, фенолов, ксентогенатов, дити — офосфатов н других органических веществ-загрязнителей воды широко ис­пользуют различные методы окисления — «активным хлором» н его произ­водными, озоном, электрохимическое окисление н др.

Достаточно часто в отрасли применяют или планируют применять биотех­нологические методы обработки сточных вод—биохимическую очистку; очи­стку в биоирудах, бноплато и бноканалах; осаждение металлов в биохимичес­ких сооружениях в виде сульфидов (научно-внедренческая экологическая фир­ма ЭГАСТ, Уфа); очистку с использованием водоросли эйхорнии н др. Следу­ет отметить, что биотехнологические методы чрезвычайно перспективны, ин­тересны, часто дают неординарные результаты н именно нх можно считать методами XXI века.

Широко применяются в отрасли физико-химические методы очистки сто­ков, из которых мы остановимся только на наиболее значимых. Очистка от небольших количеств нонов тяжелых цветных металлов происходит с исполь­зованием различных гальванокоагуляторов, прн этом эффект очистки лежит в пределах 75—90 % (для хрома — 100 %). В них же можно провести частичное обессоливание воды (например, по сульфат-нону), что важно прн повторном использовании воды. Метод постоянно совершенствуется н в настоящее вре­мя (В. Д. Назаров н др., Уфа) разработан высокоэффективный многослойный электрохимический фильтр с комбинированной загрузкой, работающий по принципу гальванокоагулятора.

Для выделения из отработанных растворов, электролитов, элюатов метал­лов (меди, никеля и др.) широко применяется электролиз. Реже используются другие электрохимические методы — электроокисление, элекгродиализ, элек­трофлотация, однако перспективы их применения значительно возрастут с уменьшением стоимости электроэнергии.

В отрасли весьма широко используется ионообменная технология обработ­ки стоков, прежде всего для выделения ценных н токсичных примесей, а так­же для получения де ионизированной воды. В последнее время все больше находят применение ионообменные смолы целенаправленного действия, спо­собные извлекать из сложной системы какой-либо один элемент (например, никель с помощью смолы СН-3 нли медь с помощью смолы АНКБ-35).

В технологическом н экономическом отношении ионообменное обессолива — ние — наиболее предпочтительный процесс. Однако он имеет принципиаль­ные недостатки: наличие сильноминерализованных стоков, образующихся при регенерации ионообменных смол, н значительное количество слабоконцент — рнрованных промывных вод. В практике применяют разные способы умень­шения количества этих стоков. Так, Институтом химии воды АН УССР было пред ложено осуществлять регенерацию 25 %-м раствором азотной кислоты и 10 %-м раствором аммиака с дальнейшим получением соединений типа мине­ральных удобрений. В принципе такая же схема (БИТОПсхема) была разрабо­тана в Институте «Казмеханобр» (Алма-Ата). В качестве действующей схемы можно привести очистку от хромнсточных вод гальванических производств. В цехах хромирования имеются два вида сточных вод: промывные воды при­мерно следующего состава, мг/дм!: 50 СгО0,5 S042′; 2,Fe34; 2Сг3+ и отрабо­танный электролит, г/дм3: 250 Сг03; 2,5 S04 ~; 20 Fe3* и 20 Сг3*. Как показали исследования и технико-экономические расчеты, химические методы очистки для этих сбросных вод экономически невыгодны и предпочтение было отдано методам ионного обмена.

Все предложенные схемы ионообменной очистки указанных вод могут быть сведены к следующим операциям: 1) фильтрация сточных вод от взвесей, ка — тионирование для удаления катионов и анионирование для извлечения хромо­вой кислоты; 2) регенерация катионита кислотой и анионита щелочью; 3) от-

Рис. 6.1. Схема ионообменной установки для очистки хромсодержащих промывных вод и отрабо­танного электролита: Кф—кварцевый фильтр; Ю, К2—катионитовые фильтры; А/,А2—аниош — товые фильтры; Д— дегазатор; Б1 — бак дал промывной воды; Б2—бак отработанного элетроли — та; СБЇ — сборник деминерализованной воды; СБ2 — сборник очищенного разбавленного электро­лита; КБ — кислотный регенерационный бак; ЩБ — щелочной регенерационный бак

мывка катионита и анионита водой от регенерирующего раствора; 4) капоти­рование части щелочного регенератора н возврат в производство хромовой кислоты. Из отечественных нонитов для этих целей могут быть использованы смолы типа КУ-2 н АВ-17.

Принципиальная схема ионообменной установки для очистки электролита цеха хромирования приведена на рис. 6.1. Промывные воды обрабатываются по одной из следующих схем: Б1-КФ-К1-Д-А1-СБ1; Б1-КФ-К2-Д-А1-СБ]; Б1- КФ-К1-Д-А2-СБ1; Б1-КФ-К2-ДА2-СБ1.

Установка может работать непрерывно. Прн использовании установки для очистки электролита и хромсодержащих растворов, получаемых при регене­рации отработанных анионитовых колонн щелочью, включается только кати — онитовая секция установки по схеме Е2-К1-СБ2 и Б2-К2-СБ2. Очищенный раствор по мере необходимости добавляют в ванны хромирования и анодиро­вания или используют для получения электролитов. Воды, получаемые при отмывке фильтров н содержащие хром, собирают в бак для дальнейшей обра­ботки. Часть кислых и щелочных вод, не содержащих хром, возвращают в ре­генерационные баки, часть сбрасывают в нейтрализатор. Потерю воды в сис­теме компенсируют водопроводной водой.

Для регенерации анионита АВ-17 применяют 1,5-2,0 Н NaOH в количестве не менее 2 эквивалентов на 1 эквивалент емкости смолы. Для удаления трех­валентного хрома анионит периодически отмывают 2Н НС1. Катионит КУ-2 регенерируют 2Н HCI в количестве 6 эквивалентов на 1 эквивалент емкости смолы с применением возврата. Расчеты показывают, что прн производитель­ности установки 25 м3/сут. промывных вод н 1 м3/мес. электролита годовое потребление воды сократится на 10 тыс. м3 в год, расход хромового ангидрида уменьшится на 2 т прн полном исключении загрязнения сточных вод хромом. Аналогичные технологические схемы предложены для посудных цехов пред­приятий цветной металлургии.

Интересный опыт значительного снижения расхода регенерирующих веществ и промывных вод с использованием установок типа «Севро-Контимат» накоп­лен фирмой «Хагер-Эльзасер» (ФРГ).

Ионообменннк со взвешенным слоем смолы работает в противоточном ре — жиме с нижней подачей очищаемой воды, тогда как регенерация смолы осу­ществляется сверху в Противоположном насыщению направлении. Эффектив­ность использования ионообменной емкости увеличивают также последова­тельным подключением двух одинаковых, ионообменных колонн. Предусмот­рена возможность многослойного (с несколькими видами смол в одной колон­не) метода нонообмена.

Достаточно часто используют и другие сорбционные методы. Так, глубокое удаление F" из стоков осуществляется с применением коллективных сорбен­тов (гидроксидов А1, Fe); удаление небольших количеств органических при­месей — различных видов активированных ушей н др. Перспективно приме­нение природных материалов (диатомитов и др.), обладающих сорбционными (в том числе ионообменными) свойствами.

Нам представляется, что в ближайшее время будут внедряться обратноосмо­тические методы очистки стоков. Развитие обратноосмотических методов идет преимущественно путем: а) поиска н опробования новых видов материалов для фильтрующих элементов и изменения их конструкции; б) увеличения мощ­ности установок. Так, применяют мембраны из ароматических полиамидов для сточных вод с более высоким солесодержанием; найдены эффективные способы использования полых волокон в фильтрующих элементах. В Японии, например, применяют спиральные мембранные модели фирмы «Торей», ском­понованные в блоки диаметр»! 0,3 и длиной 6 м. Производительность такого блока по морской воде достигает 200 м3/сут.

Предполагалось значительно расширить применение этого метода и в на­шей стране. Однако широкое внедрение обратноосмотических установок сдер­живалось отсутствием подготовленных кадров и некоторыми техническими причинами. На практике пока нашли применение преимущественно ультра — фильтрационные установки. Так, Е. В. Мигалатием с сотрудниками (Екате­ринбург, УГТУ-УПИ) внедрены ультрафильтрационные установки пв очист­ке от меди общего стока Ревдинского завода ОЦМ и промывных вся гальвано — отдеяения от никеля на оптико-механическом заводе.

Для очистки циансодержащих сточных вод цветных металлов наибольшее распространение получили деструктивные процессы, основанные на исполь­зовании гипохлоритов, жидкого хлора, озона н других окислителей. Исполь­зуется, например, хлорная известь, содержащая 30-33 % активного хлора; ее теоретический расход составляет около 10 г на 1 г обезвреживаемых циани­дов.

Применение окислителей наряду с преимуществами имеет также опреде­ленные недостатки; отсутствие избирательности к цианидам (окисляются все компоненты раствора или пульпы, окислительный потенциал которых ниже +1,50 В); загрязнение растворов продуктами реакции (например, хлор-иона­ми); наличие в очищаемой воде заметных количеств активного хлора, весьма вредной примеси для живых организмов.

В последние годы наметилась тенденция к использованию для обезврежива­ния циансодержащих сточных вод различных органических реагентов, в ос­новном карбонильных соединений. Одним из наиболее распространенных, Доступных и дешевых карбонильных соединений является формальдегид СН,0. Его карбонильная группа сильно поляризована, в результате чего реакция с Цианистыми соединениями протекает практически нацело даже на холоду. При этом образуется нитрил гликолевой кислоты (гликолонитрил):

сн20 + HCN <-» НО — CHj — CN.

(6.1)

Реакция протекает быстро в щелочной среде. Образующийся гликолонит — рил затем гидролизуется с образованием гликолевой кислоты н аммиака:

НО — СН2 — CN + тр НОСН2СООН + NH3. (6.2)

В присутствии солей кальция гликолевая кислота образует практически не­растворимый в воде гликолят кальция:

2НОСН2СООН + Са2+ Са(НОСН2СОО)г + 2Н+. (6-3)

В случае биологической очистки от цианитов применяется принцип мик­робного разрушения цианистых соединений. При этом микроорганизмы ис­пользуют цианиды в качестве единственного источника азота. Процесс очист­ки осуществляется в биологическом пруду обычной почвенной микрофлорой, которая в результате адаптации к цианиду приобретает способность к его ути­лизации. Для проведения очистки в пруд вносится почва как дополнительный источник микроорганизмов; процесс биохимического окисления цианидов интенсифицируется введением биогенных добавок, являющихся необходимым источником углерода для микроорганизмов (патока-меласса, свекловичным жом, древесные опилки и др.) в количестве 4 мг на 1 мг цианидов. Способ принят к промышленной эксплуатации на Текелинском свинцово-цинковом комбинате для очистки сточных вод, содержащих цианиды (до 3 мг/дм), объе­мом 28 тыс. м3/сут с одноразовым внесением свекловичного жома в количе­стве 60 т. В результате содержание цианидов снизилось до следов, и улучшил­ся состав сбрасываемых сточных вод по pH, содержанию растворенного кис­лорода и взвешенным веществам. Степень очистки от цианидов составляет 97-98 %.

Метод озонирования был проверен в промышленных условиях при обезвре­живании циансодержащих сточных вод Зодского рудника. Д ля этой цели были изготовлены пульпо-озонные реакторы емкостью 6 м3, соединенные последо­вательно. Озон подавался в сточные воды по принципу противотока. Диспер­гирование озоно-воздушной смеси осуществлялось через фнльтросные пли­ты, вмонтированные у дна реактора. Производительность установки 2,3 кг озона в час. Было установлено, что оптимальная скорость потока обеззолоченного раствора с исходной концентрацией цианидов 450 мг/дм3 равна 3 м3/ч. Оста­точное содержание цианидов на выходе из реакторов 0,16 мг/дм3; при этом озон полностью вступал в реакцию, в отработанной озоно-воздушной смеси озона не обнаруживалось. Расход озона составил 3 мг на 1 мг цианидов. При этом концентрация ионов меди снижалась с 11,5 до 0,05 мг/дм3, никеля — с

12,1 до 0,06 мг/дм, а сульфат-ионов, наоборот возросла с 62,6 до 189 мг/дм ; сухой остаток снизился с 2264 до 2000 мг/дм3.

Для более глубокой очистки сточных вод от цианидов н нонов металлов це­лесообразно pH в реакторе поддерживать в пределах 9,0-9,6. Кроме того, для обработки озоном обеззолоченных пульп были испытаны реакторы-пачуки. При этом было отмечено, что в режиме противотока зашивание пачуков прак­тически исключено.

Прн производстве цветных металлов в некоторых случаях сбрасываемые в хвостохранилище растворы и пульпы содержат мышьяк, сурьму н комплекс­ные цианистые соединения тяжелых цветных метамов. Озон разрушает циа­нистые комплексы и простые цианиды; тяжелые цветные металлы удаляются из очищаемого раствора в виде гидроксидов. Мышьяк может быть выведен из растворов путем его окисления озоном в пятивалентную форму и осаждения с гидроксидом железа. При очистке пульпы от мышьяка расход озона и железа возрастает почти в пять раз по сравнению с очисткой освещенной ее части.

Известкование сточных вод можно в некоторых случаях рассматривать как метод химического осаждения: например, осаждение нонов фтора и фосфат — ионов, соосаждение мышьяка, нейтрализация с последующим осаждением гидрокеццов металлов.

Фтор в сточных водах находится обьино в виде фтористоводородной (HF) и кремнефтористоводородоюй (H2SiF6) кислот и их солей. Обезвреживать сточ­ные воды, содержащие эти соединения, можно обработкой их молотым извес­тняком или известковым молоком:

(6.4)

(6.5)

(6.6)

H2SiF6lCaCO, -> CaSiF6 + N320)3; CaSiF6 l CaC03 -> 3CaF2 + Si02+2C02; 2HF + Ca(OH)2 -> CaF2 + 2H20.

в результате подобных реакций соединения фтора переходят в труднораство­римый фторцд кальция (ДР=4-1(Г21), растворимость которого в воде при 20 °С соответствует 16 мг/дм3.

Фосфор в сточных водах присутствует в вище орте — и метафосфатов, а также в виде комплексных неорганических фосфатов. Методы осаждения фосфатов основаны на обработке вод известковым молоком (до pH = 10-11) или сульфа­том алюминия в щелочной среде. В нервом случае образуется Са5(Р04)30Н, во втором — создается сложное нерастворимое в воде соединение алюминия с гидроксильными и фосфатными группами. Эффективность очистки в обоих случаях составляет 90-95 %.

В отрасли достаточно успешно используют разнообразные методы флота­ции для удаления из стоков нефти и нефтепродуктов, мелкодисперсных гид­роксидов металлов и др. Здесь перспективными флотационными аппаратами различных конструкций можно считать разработки научно-исследовательско­го и проектно-конструкторского предприятия «Сибпроект» (Новосибирск).

Рис. 6.2. Принципиальная схема общезаводских сооружений для очистки отработавших вод: / — маслогрязеотстойиик; 2 — сборник отработавших вод; 3 — нейтрализатор; 4 — узел приготовления известкового молока; 5 — отстойник; б — кварцевые фильтры; 7 — хлораторная; 8 — расходная емкость; 9 — песколовка; 10 — маслоірязеотстойник для дождевых вод; II — регулирующая ем­кость для дождевых вод; 12 — накопитель дождевых вод; 13 водонапорная аппаратура: а — загрязненные промышленные стоки; б — ливневые стоки; в — очищенные стоки в оборот

Рис. 6.4. Схема очистки обшего стока при введе­нии реагента после хвостохранилища: 1 —■ обога­тительная фабрика; 2 — склад жидкого хлора; 3 — склад извести; 4—емкость для приготовления раствора гипохлорита кальция; 5 — емкость для приготовления известкового молока; б—дозатор; 7—хвостохранилище; 8 — отстойник или освет- лительный пруд

Рис. 6.3. Принципиальная схема бессточного оборотного водоснабжения, действующая иа обогатительной фабрике, перерабатывающей полиметаллические руцьт: 1 — обогатительная фабрика; 2-4 — сгустители медного, свинцо­вого и цинкового концентратов; 5 — отстойни­ки; б — хвостопровод; 7 — хвостохранилище; 8 — насосная станция оборотной воды; 9 — пруд-отстойник; 10 — трубопровод шахтиых вод; 11 — насосная станция технического водо­провода; 12 — водовод; 13 — задвижки; 14 — водовод оборотной воды

Технологические схемы обработки сточных вод предприятий отрасли условно можно разделить иа две группы: традиционные, т. е. имеющие достаточно боль­шую (несколько десятилетий) историю использования, относительно новые (последние 15-20 лет). На рис. 6.2-6.7 приведены традиционные технологи-

Очищенная

сточная вода Осадок

сточная вода

Рис. 6.5. Принципиальная схема цементационной установки; J — усреднитель сточных вод; 2 — емкость для железного скрала; 3 — сборник для кислой железосодержащей воды; 4 —бак для извес­ткового молока; 5 — емкость для цемеитациоиной меди; б — нейтрализатор; 7—отстойник

Загрязненная

2

1 сточная вода

2

Рис. 6.6. Принципиальная схема очистки сточ — Рис. 6.7. Принципиальная схема очистки сточных вод

ных вод известью: 1 — усреднитель сточных хлорной известью: 1 —усреднитель сточных вод; 2

вод; 2 — склад извести; 3—емкость для при — — склад хлорной извести; 3 ■— емкость для гіриго

ютовления известкового молока; 4—дозатор; товленкя раствора хлорной навести; 4 — дозатор; 5

5—реакционная камера; б — отстойник — камера реакции; б — отстойник

ческие схемы очистки стоков, широко применяемые и сегодня. Нарис. 6.2 изоб­ражена только принципиальная схема очистки общезаводского стока, направ­ляемого в оборот. Технологический режим работы очистных сооружений для каждого конкретного предприятия выбирают на основании состава сточных вод.

По методу цементации (рис. 6.3) омедненный железный скрап периодичес­ки передают на медеплавильные заводы для использования извлеченной меди в народном хозяйстве. Эффект очистки сточных вод в 10-15 раз больше при вибрации металла в цементаторе или растворе с частотой 50 Гц. При этом цементация меди на железе даже из слабоконцентрированных сточных вод (начальная концентрация меди 0,5-4,0 г/дм3) достигала 95-99 % вместо обыч­но получаемой глубины извлечения меди 50-60 %. В настоящее время на зна­чительной части промышленных предприятий эти традиционные схемы до­полнены узлами обработки образующихся осадков, позволяющими их полез­но использовать, и узлами кондиционирования очищенных сточных вод, по­зволяющими их использовать повторно.

В качестве сравнительно новой схемы очистки рис. 6.8 можно привести об­работку смеси стоков одного из предприятии отрасли. На установку гюступа-

Соль но утилизацию

Рис. 6.8. Технологическая схема очистаи сточных вод медеэлектролитного производства: 1 — при­емная емкость (усреднитель накопитель); 2 — смеситель; 3 — камера хлопьеобразования; 4 — вертикальный Отстойник с увеличенным объемом ншамонакопитсля; і — механический (песчаный) фильтр; 6—сорбционный (с активированным углем) фильтр; 7—выпарная установка; S—ФПАКМ: I элюат с химводоочистки, II стоки с установки получения деионизированной воды; Ш — обезвреженные пгансодержащие стоки; IV_ смывы; Г— промывные воды фильтров; VI-фильтрат

ют ашоаты с хямводоочиетки энергоцеха, стоки с установки деионизации, оосз — вреженные шансоперисащие стски, смывы полов. Количество поступающих стоков ~1700 м’Усут.

Стоки из приемной емкости насосами через бак-расходомер подаются в сме­ситель, куда лоступаютреагентыв зависимости от pH и общей жесткости сто­ков. pH обрабатываемого стока доводится до J0—10,5 за счет добавления 5 %- го раствора NaOH. Из смесителя стоки самотеком поступают в камеру реак­ции; далее в отстойник с увеличенным объемом накопления осадка, после чего доочшцаются на механических (песчаных) я сорбционных (активированный уголь) филырах. Осветленные стоки собираются в емкостях и опуда направ­ляются на выпарную установку. Состав осветленной воды:

pH…………………………………………………… 10,5-11,0

Си21, мг/дм3……………………………………………. 15,0

Общая жесткость, мг-экв/дм3……………………… до 1,0

Взвешенные вещества, г/ дм3……………………… до 1,0

Сухой остаток, г/дм3………………………………. до 1,0

После выпарной установки получается гпубокоочищенный конденсат со сред­ним содержанием растворимых солей до 20 мг/дм’ и сухие соли (Na2S04, MaCl). Медьсодержащий осадок из отстойников обезвоживается на фильтр-прессах ФПАКМ-25 и утилизируется.

Особо отметим, что в отрасли начали появляться предприятия, имеющие настоящую замкнутую систему водопользования, т. е. оборудованные самыми сложными хвостовыми установками — выпарными и др. (комбинаты «Уралэ­лектромедь» — г. В. Пышма Свердловской обл., г. Кыштым Челябинской обл.) (рис. 6.9).

Оставить комментарий