Очистка сточных вод. 9
Содержание:
Введение
1 Методы очистки сточных вод от тяжелых металлов
2 Методы извлечения цветных и тяжелых металлов из сточных вод
Заключение
Список
использованных источников
Введение
Производства,
связанные с химической и
Металлообрабатывающие заводы цветной металлургии потребляют большое количество воды для различных технологических процессов.
Ежегодно только при промывке изделий после гальванических и химических покрытий сточные воды этих заводов выносят, по оценке специалистов, не менее 3300т цинка, 2400т никеля, 460т меди, 500т хpома, 125т олова, 135т кадмия.
Для уменьшения
Очистка
сточных вод базируется на физико-химических
и биологических процессах. Необходимость
значительных капитальных затрат на строительство
очистных установок, экономическая эффективность
которых в ряде случаев проявляется только
при pассмотpении экологических задач
в региональном или народно-хозяйственном
Глубокая
очистка сточных вод не только позволит
улучшить экологию окружающей среды, но
и явится источником получения
1. Методы очистки сточных вод от тяжелых металлов
Реагентный метод
Наибольшее распространение в практике очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (ИТМ) получил реагентный метод. Этот метод включает в себя процессы нейтрализации, окислительно-восстановительные реакции, осаждение и обезвоживание образующегося осадка, и позволяет довольно полно удалять из стоков ИТМ.
При этом методе ионы тяжелых металлов переводятся, как правило, в гидроксидные соединения путем повышения рН усредненных стоков до рН их гидратообразования с последующим осаждением, фильтрацией. В необходимых случаях до достижения рН очищенных стоков регламентируемого для сброса.
Особенности очистки сточных вод от катионов меди
Произведение растворимости гидроокиси меди равно 5,0 х 10-20, в то время, когда растворимость основного карбоната меди практически равна нулю. Поэтому медь выгодно осаждать в виде основного карбоната:
Для
этого в растворе нейтрализующего
реагента необходимо иметь одновременно
как гидроксильные ионы (ОН)-, так
и карбонатные (СО32-). Таким образом,
для осаждения из растворов ионов
меди нерационально применение только
едких щелочей и извести
В связи с изложенным, лучшим реагентом для очистки сточных вод от катионов меди является недожженная известь III-его сорта, содержащая СаСО3.
Особенности очистки сточных вод от катионов цинка
При осаждении цинка из сульфатных растворов едкой щелочью и известью образуются в основном осадки в виде основных солей цинка: ZnSO4 . nZn(ОН)2, причем число n возрастает с увеличением рН. Так, при рН 7 осаждается основной сульфат цинка, соответствующий формуле ZnSO4 . 3Zn(ОН)2, а повышение рН до 8,8 приводит к образованию осадка, состав которого выражается формулой - ZnSO4 . 5Zn(ОН)2.
При осаждении цинка из сульфатных растворов недожженной известью III-его сорта, содержащей СаСО3 состав основных карбонатов в осадке зависит от условий реакции – температуры, исходной концентрации цинка и известкового раствора, величины рН раствора и т.п. По литературным данным, при рН = 7-9,5 образуется основной карбонат цинка состава 2 ZnСO3 . 3 Zn(ОН)2.
Основное
достоинство реагентного метода
– возможность применения его
для обезвреживания кислотно-щелочных
сточных вод различных объемов
с различной концентрацией
Его недостатки:
- значительное повышение солесодержания очищенных от ИТМ стоков за счет внесения реагентов, что вызывает необходимость дополнительной доочистки;
- большой расход реагентов;
- получение трудно обезвоживаемого и неутилизируемого осадка;
- большие трудозатраты по эксплуатации;
- необходимость организации и содержания реагентного хозяйства со специальным коррозионноустойчивым оборудованием и дозирующими устройствами и т.п.
Особо
следует отметить, что при реагентных
методах очистки и выполнении
технологических регламентов
Fe(OH)2 - 0,3-1,0
Zn(OH)2 - 0,05
Cu(OH)2 -0,1-0,15,
и представлены, в основном, в виде их гидроксидов, легко диссоциируемых и растворимых в слабокислых водных растворах.
Ионнообменный метод
Ионообменный
метод очистки воды применяют
для обессоливания и очистки
воды от ионов металлов и других
примесей. Сущность ионного обмена
заключается в способности
Очистку
воды осуществляют ионитами — синтетическими
ионообменными смолами, изготовленными
в виде гранул размером 0,2...2 мм. Иониты
изготовляют из нерастворимых в
воде полимерных веществ, имеющих на
своей поверхности подвижный
ион (катион или анион), который при
определенных условиях вступает в реакцию
обмена с ионами того же знака, содержащимися
в воде. Различают сильно- и слабокислотные
катиониты (в Н+- или Na+- форме) и сильно-
и слабоосновные аниониты (в ОН-
или солевой форме), а также
иониты смешанного действия. Основополагающим
фактором кинетики процесса является
скорость ионообмена между ионами воды
и омываемой частицей смолы. На наружной
поверхности омываемой частицы
образуется неподвижная водяная
пленка, толщина которой зависит
от скорости потока очищаемой воды
и размеров зерна смолы. Ион, который
стремится попасть внутрь частицы
смолы, в функциональную группу, должен
диффундировать из воды через пленку,
пройти через граничную поверхность
частицы и внутри смолы в растворе
набухания устремиться к
Избирательное поглощение молекул поверхностью твердого адсорбента происходит вследствие воздействия на них неуравновешенных поверхностных сил адсорбента.
Ионообменные
смолы имеют возможность
В зависимости от вида и концентрации примесей в воде, требуемой эффективности очистки используют различные схемы ионообменных установок.
Умягчение воды катионированием
Умягчение воды катионированием – один из методов умягчения (обессоливания) воды.
Катионирование - процесс обработки воды методом ионного обмена, в результате которого происходит обмен катионов. В зависимости от вида ионов (Н+ или Na+), находящихся в объеме катионита, различают два вида катионирования: Н-катионирование и Na-катионирование.
Натрий-катионитовый метод
Натрий-катионитовый метод применяют для умягчения воды с содержанием взвешенных веществ в воде не более 8 мг/л и цветностью воды не более 30 град. Жесткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до значений 0,05 - 0,1 мг-экв/л, при двухступенчатом - до 0,01 мг-экв/л. Процесс Nа-катионирования описывается следующими реакциями обмена:
Регенерация
Na-катионита достигается
Достоинства NaCl (поваренной соли) как регенерационного раствора:
1. дешевизна;
2. доступность;
3. продукты
регенерации (
Водород-катионитовый метод
Водород-катионитовый метод применяют для глубокого умягчения воды. Этот метод основан на фильтровании обрабатываемой воды через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы водорода.
При Н-катионировании воды значительно снижается рН фильтрата за счет кислот, образующихся в ходе процесса. Углекислый газ, выделяющийся при реакциях умягчения, можно удалить дегазацией. Регенерация Н-катионита в этом случае производится 4 – 6% раствором кислоты (HCl, H2SO4).
Катиониты.
Иониты, в зернах которых при ионообменном процессе происходит обмен катионов, называют катионитами.
Энергия вхождения различных катионов в катионит по величине их динамической активности может быть охарактеризована для одинаковых условий следующим рядом: Na+<Мg2+<Са2+<А13+
Каждый
катионит обладает определенной обменной
емкостью выражающейся количеством
катионов, которые катионит может
обменять в течение фильтроцикла.
Обменную емкость катионита измеряют
в грамм-эквивалентных
Полной обменной емкостью называют то количество катионов, которое может задержать 1 м3 катионита, находящегося в рабочем состоянии, до того момента, когда жесткость фильтрата сравнивается с жесткостью исходной воды.
Рабочей обменной емкостью катионита называют то количество катионов, которое задерживает 1 м3 катионита до момента «проскока» в фильтрат катионов. Рабочая обменная емкость катионита зависит от вида извлекаемых из воды катионов, cоотношения солей в умягчаемой воде, значения рН, высоты слоя катионита, скорости фильтрования, режима эксплуатации катионитовых фильтров, удельного расхода регенерирующего реагента и от других факторов.
Обменную емкость, отнесенную ко всему объему катионита, загруженного в фильтр, называют емкостью поглощения.
Обессоливание воды ионным обменом.
Для
очистки сточных вод от анионов
сильных кислот применяют технологическую
схему одноступенчатого Н-кати-онирования
и ОН-анионирования с
Для
более глубокой очистки сточных
вод, в том числе от солей, применяют
одно-или двухступенчатое Н-
При
содержании в сточной воде большого
количества диоксида углерода и его
солей происходит быстрое истощение
емкости сильноосновного
Метод обессоливания воды ионным обменом основан на последовательном фильтровании воды через Н-катионитовый, а затем ОН-, НСО3- или СО3- анионитовый фильтр.
В Н-катионитовом фильтре содержащиеся в воде катионы, главным образом Ca2+, Mg2+ и Na+, обмениваются на водород-катионы
В ОН-анионитовых фильтрах, которые проходит вода после Н-катионитовых, анионы образовавшихся кислот обмениваются на ионы ОН-.
Образующийся в процессе разложения гидрокарбонатов СО2 удаляется в дегазаторе.
Требования к воде, подаваемой на Н-ОН фильтры:
- взвешенные вещества – не более 8 мг/л;
- общее солесодержание
– до 3 г/л;
- сульфаты и хлориды – до 5 мг/л;
- цветность - не более 30 градусов;
- окисляемость перманганатная – до 7 мгО2/л;
- железо общее – не более 0,5 мг/л;
- нефтепродукты – отсутствие;
- свободный активный хлор – не более 1 мг/л.
Если исходная вода не отвечает данным требованиям, то необходимо провести предварительную подготовку воды.
В
соответствии с необходимой глубиной
обессоливания воды проектируют
одно-, двух- и трехступенчатые установки,
но во всех случаях для удаления
из воды ионов металлов применяют
сильнокислотные Н-катиониты с
большой обменной способностью.
Одноступенчатые ионообменные установки
Одноступенчатые ионообменные установки применяют для получения воды с солесодержанием до 1 мг/л (но не более 20 мг/л), это может быть:
- получение питьевой воды;
- получение воды, используемой в некоторых технологических процессах;
- подготовка воды перед стадией глубокого обессоливания;
- некоторые случаи при доочистке сточных вод.
В одноступенчатых ионитовых установках воду последовательно пропускают через группу фильтров с Н-катионитом, а затем через группу фильтров со слабоосновным анионитом; свободный оксид углерода(СО2) удаляется в дегазаторе, устанавливаемом после катионитовых или анионитовых фильтров, если они регенерируются раствором соды или гидрокарбоната. В каждой группе должно быть не менее двух фильтров. Через ионитовую установку пропускают лишь часть воды с тем, чтобы после смешения ее с остальной водой получить в опресненной воде солесодержание, отвечающее лимитам потребителя.
1 – Н-катионитовые фильтры;
2 – дегазатор;
3 – промежуточный резервуар;
4 – анионитовые фильтры.
Цеолиты
Цеолиты
представляют собой алюмосиликаты
и отличаются регулярной пористой структурой.
Из мелких кристалликов природных или
синтетических цеолитов при помощи
связующего или без него формируются
гранулы размером 2?4 мм. Цеолиты широко
применяются для улавливания
паров воды, а также в
Промышленные
адсорбенты за счет пористой структуры
обладают развитой внутренней поверхностью,
что позволяет поглощать
Абсорбция - называется процесс извлечения компонента из одной фазы и растворение его в другой фазе—в поглотителе.
Требования, предъявляемые к поглотителю:
1.
высокая поглотительная
2.
поглотитель должен легко
3.
иногда должен обладать
4.
должен обладать низкой
5.
он должен сохранять свои
6. он должен быть дешевым и доступным;
7.
не должен оказывать
8.
обладать высоким
Обычно один поглотитель не обладает всеми требуемыми свойствами, поэтому следует выбирать абсорбент по основным свойствам.
Абсорберы
представляют собой колонны, в которых
протекает поглощающая
Электродиализ
Электpодиализом называют пpоцесс пеpеноса ионов чеpез мембpану под действием пpиложенного к ней электpического поля. Для очистки сточных вод методом электpодиализа используют электpохимически активные ионитовые мембpаны.
Метод
электpодиализа можно использовать как
для удаления змалоконцентpиpованных сточных
вод минеpальных солей ( в том числе и солей
тяжелых металлов ) c целью повтоpного
Пpоцесс
удаления солей из сточных вод осуществляется
в многокамеpных аппаpатах ( электpодиализатоpах), в
2 Методы извлечения цветных и тяжелых металлов их сточных вод
Внутренний электролиз
Внутpенний
электpолиз - это выделение металлов
из pаствоpов в pезультате пpоцесса пpоисходящего
внутpи гальванического
Электpический
ток, необходимый для
Me + m*H O - Me *m*H O + z*e
Под влиянием электpического поля ионы металла pазpядятся на повеpхности менее электpоотpицательного электpода по уpавнению
Me * l*H O + ze - Me + l*H O
Цементация
Цементация
- частный случай внутреннего
электролиза, при котором
Электрохимический метод
Одним
из широко пpименяемых для
Этот процесс можно осуществить в двух pежимах: или пpи постоянной плотности тока,или пpи постоянном потенциале.
Метод
электpолиза пpи постоянной силе
тока не pекомендуется для очистки pаствоpов,
содеpжащих pазные соpта ионов, так как
пpи этом необходимо, чтобы в течение всего
вpемени выделения металла плотность тока
не пpевышала пpедельного
Контpоль
этот можно осуществить, фиксиpуя опpеделенный
Раздельное выделение
Пpактически
контpоль за потенциалом