Проект локальных очистных сооружений гальванического производства

Для утилизации стоков требуется их очистка, способ и метод которой полностью определяется перечнем содержащихся компонентов и их количеством. Возможна раздельная очистка стоков от гальванических ванн различного назначения, либо комплексная – в этом случае стоки смешиваются и далее подвергаются очистке. Чаще всего, смешивание стоков позволяет изменить рН среды, нейтрализацией кислот щелочами и наоборот и вывести из раствора вновь образующиеся нерастворимые соединения. Раздельная очистка стоков требует больших капиталовложений, большого количества реагентов и площадей под оборудование. Комплексная очистка приводит к необходимости работать с растворами сложного состава.
В работе был принят реагентный способ очистки сточных вод гальванического производства, который включал в себя добавление р ...

Содержание
Введение 3
1Выбор и обоснование технологической схемы очистки сточных вод 4
1.1 Методы очистки сточных вод от гальванического производства. Преимущества и недостатки 4
1.2 Выбор технологической схемы очистки 9
2 Описание технологической схемы очистки сточных вод гальванического производства 15
3 Расчет сооружений схемы очистки 17
3. 1 Сборник-накопитель 17
3.2 Реагентная обработка 18
3.3 Расчет реактора 21
3.4 Расчет отстойника 23
4.4 Расчет механических фильтров 26
4.5 Расчет ионообменных фильтров 27
Заключение 31
Список используемой литературы 32

За последнее десятилетие состояние окружающей водной среды значительно ухудшилось. Это связано в первую очередь с увеличением производительности предприятий различного рода деятельности. Требования к охране окружающей среды ужесточились, что заставляет природопользователей внедрять очистные сооружения, после работы которых, очищенная вода соответствовала бы нормам предельно допустимого сброса (НДС). В связи с этим появилась необходимость искать современные технологические решения по очистке промышленных сточных вод.
Согласно Правилам охраны поверхностных вод все водные объекты в РФ подразделяются на две категории: водные объекты для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования и объекты для рыбохозяйственных целей. В свою очередь, первая категория подразделяется на объекты, которые используются для централизованного и нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и водоснабжения пищевых предприятий и объекты, которые используются для купания, спорта и отдыха. Вторая категория подразделяется на объекты, которые используются для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к кислороду, и объекты для всех других видов рыбохозяйственной деятельности.
ПДК устанавливается по тому признаку вредного воздействия (влияние на здоровье человека, на органолептические свойства воды или на общесанитарное состояние водоема), который характеризуется наименьшей пороговой или подпороговой концентрацией. То есть, вредные вещества нормируются по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ). Под ЛПВ понимается наиболее вероятное неблагоприятное воздействие наименьших концентраций вредного вещества. ЛПВ показывает, в каком направлении прежде всего проявится неблагоприятное воздействие.

Производственная деятельность предприятий, вызывающая загрязне-ние окружающей природной среды, приводит к нарушению условий экологической безопасности, деградации природы, ухудшению здоровья людей. Этого не будет происходить, если предприятия станут применять безотходные и малоотходные технологические процессы, надлежащее газоочистное оборудование, экологизировать производственные процессы
Водный кодекс РФ обязывает производителей использовать оборотное водоснабжение на своих предприятиях, если существующие технологии могут это обеспечить [2]. Основным способом решения проблемы утилизации сточных вод и реализации данного требования является организация системы очистки стоков с их дальнейшим использованием в оборотном водоснабжении предприятия. В гальваническом производстве вода используется на хозяйственно-бытовые, противопожарные и технологические нужды. Наименьшие требования к качеству применяют к технической воде, следовательно после извлечения тяжелых металлов, следует стремиться к максимальному вовлечению очищенной воды в использование для технических целей.
В гальваническом производстве вода используется на хозяйственно-бытовые, противопожарные и технологические нужды. Технологические нужды включают в себя: приготовление технологических растворов, промывка деталей, охлаждение оборудования (выпрямители) и растворов (ванны), прочие нужды (промывка фильтров, профилактика оборудования). Расход воды на приготовление технологических растворов определяется объемом ванн и составом растворов. Расход воды на охлаждение выпрямителей определяется их типом и мощностью и указывается в технической документации (паспорте). До 90-95% воды в гальваническом производстве используется на промывочные операции, причем удельный расход воды зависит от применяемого оборудования и колеблется в широком диапазоне от 0,2 до 2,3 м3 на 1 м2 обрабатываемой поверхности.
Соединения металлов, выносимые сточными водами гальванического производства, оказывают вредное воздействие на экосистему. Например, соединения меди и кадмия даже в малых концентрациях оказывают резко выраженное токсическое действие на рыб и другие водные организмы.
Согласно ФЗ «Об охране окружающей среды» любая хозяйственная деятельность, включая производственную является опасной для окружающей среды[1]. Актуальность темы курсовой работы заключается в том, что гальваническое производство выступает одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды, ввиду образования значительного объема сточных вод, содержащих вредные примеси тяжелых металлов, высокотоксичных соединений, неорганических кислот, щелочей, поверхностно-активных веществ и других, а также большого количества твердых отходов, содержащих тяжелые металлы в малорастворимой форме.
Значимость объясняется сильным негативным воздействием на окру-жающую среду и человека. Действующее природоохранное законодательство регламентируетпорядок сброса сточных вод в водные объекты, путем установленных методик для расчета нормативного сброса, и требований к качеству сточных вод. Сброс высококонцентрированных стоков гальванического производства оказывает токсическое, мутагенное и тератогенное воздействие на живые организмы экосистемы.
 
За последнее десятилетие состояние окружающей водной среды значительно ухудшилось. Это связано в первую очередь с увеличением производительности предприятий различного рода деятельности. Требования к охране окружающей среды ужесточились, что заставляет природопользователей внедрять очистные сооружения, после работы которых, очищенная вода соответствовала бы нормам предельно допустимого сброса (НДС). В связи с этим появилась необходимость искать современные технологические решения по очистке промышленных сточных вод.
Согласно Правилам охраны поверхностных вод все водные объекты в РФ подразделяются на две категории: водные объекты для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования и объекты для рыбохозяйственных целей. В свою очередь, первая категория подразделяется на объекты, которые используются для централизованного и нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и водоснабжения пищевых предприятий и объекты, которые используются для купания, спорта и отдыха. Вторая категория подразделяется на объекты, которые используются для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к кислороду, и объекты для всех других видов рыбохозяйственной деятельности.
ПДК устанавливается по тому признаку вредного воздействия (влияние на здоровье человека, на органолептические свойства воды или на общесанитарное состояние водоема), который характеризуется наименьшей пороговой или подпороговой концентрацией. То есть, вредные вещества нормируются по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ). Под ЛПВ понимается наиболее вероятное неблагоприятное воздействие наименьших концентраций вредного вещества. ЛПВ показывает, в каком направлении прежде всего проявится неблагоприятное воздействие.

Производственная деятельность предприятий, вызывающая загрязне-ние окружающей природной среды, приводит к нарушению условий экологической безопасности, деградации природы, ухудшению здоровья людей. Этого не будет происходить, если предприятия станут применять безотходные и малоотходные технологические процессы, надлежащее газоочистное оборудование, экологизировать производственные процессы
Водный кодекс РФ обязывает производителей использовать оборотное водоснабжение на своих предприятиях, если существующие технологии могут это обеспечить [2]. Основным способом решения проблемы утилизации сточных вод и реализации данного требования является организация системы очистки стоков с их дальнейшим использованием в оборотном водоснабжении предприятия. В гальваническом производстве вода используется на хозяйственно-бытовые, противопожарные и технологические нужды. Наименьшие требования к качеству применяют к технической воде, следовательно после извлечения тяжелых металлов, следует стремиться к максимальному вовлечению очищенной воды в использование для технических целей.
В гальваническом производстве вода используется на хозяйственно-бытовые, противопожарные и технологические нужды. Технологические нужды включают в себя: приготовление технологических растворов, промывка деталей, охлаждение оборудования (выпрямители) и растворов (ванны), прочие нужды (промывка фильтров, профилактика оборудования). Расход воды на приготовление технологических растворов определяется объемом ванн и составом растворов. Расход воды на охлаждение выпрямителей определяется их типом и мощностью и указывается в технической документации (паспорте). До 90-95% воды в гальваническом производстве используется на промывочные операции, причем удельный расход воды зависит от применяемого оборудования и колеблется в широком диапазоне от 0,2 до 2,3 м3 на 1 м2 обрабатываемой поверхности.
Соединения металлов, выносимые сточными водами гальванического производства, оказывают вредное воздействие на экосистему. Например, соединения меди и кадмия даже в малых концентрациях оказывают резко выраженное токсическое действие на рыб и другие водные организмы.
Согласно ФЗ «Об охране окружающей среды» любая хозяйственная деятельность, включая производственную является опасной для окружающей среды[1]. Актуальность темы курсовой работы заключается в том, что гальваническое производство выступает одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды, ввиду образования значительного объема сточных вод, содержащих вредные примеси тяжелых металлов, высокотоксичных соединений, неорганических кислот, щелочей, поверхностно-активных веществ и других, а также большого количества твердых отходов, содержащих тяжелые металлы в малорастворимой форме.
Значимость объясняется сильным негативным воздействием на окру-жающую среду и человека. Действующее природоохранное законодательство регламентируетпорядок сброса сточных вод в водные объекты, путем установленных методик для расчета нормативного сброса, и требований к качеству сточных вод. Сброс высококонцентрированных стоков гальванического производства оказывает токсическое, мутагенное и тератогенное воздействие на живые организмы экосистемы.
 

Далее, в зависимости от режима поступления сточных вод на очистку и их объема, стоки направляютсяв накопитель, если в нем имеется необходимость, в противном случае сразу в реактор, где осуществляется смешение очищаемой жидкости с реагентами, чаще всего на первой стадии необходимо провести нейтрализацию кислых вод либо подкисление щелочных. Для осаждения или выведения с пеной тяжелых металлов далее вводится коагулянт/флокулянт. Извлечение образовавшихся хлопьев проводят методом гравитационного осаждения в отстойнике, после чего стоки допускается сбрасывать в канализацию, для транспортировки на общую очистку. Для использования в оборотном водоснабжении необходима доочистка на механических и ионообменных фильтрах.Моноблочная конструкция обеспечивает компактность, простоту монтажа и обслуживания. Моноблок, а также трубопроводы выполнены из полиэтилена низкого давления (ПНД), устойчивого к длительному воздействию агрессивных сред.Для очистки кислотно-щелочных промывных сточных вод от ионов тяжелых металлов, взвешенных веществ, масел шестивалентного хрома и цианидов можно также использовать технологическую схему, разработанную в технопарке РХТУ им Д.И. Менделеева [8]. По ней предлагаются метод электрофлотации с последующим обезвоживанием осадка на фильтр прессе и финишной доочисткой воды на кварцевом фильтре и ионообменном фильтре. Очистка кислотно-щелочных, циансодержащих и хромсодержащих сточных вод после операций промывки до норм ПДК по тяжелым металлам осуществляется с последующим сбросом очищенной воды в систему канализации или возвратом на повторное использование.Состав системы очистки сточных вод:реактор корректировки рНэлектрофлотатор для извлечения гидроксидов тяжелых металловфильтр прессфильтр тонкой очистки воды;ионообменный фильтр.Метод электрофлотационной очистки сточных вод основан на электрохимических процессах выделения водорода и кислорода за счет электролиза воды и флотационного эффекта: в электрофлотаторе в результате протекания электрохимических реакций происходит флотация взвесей гидроксидов и фосфатов металлов и дисперсных частиц органических примесей. Образующиеся агрегаты, транспортируются выделяющимися на электродах газовыми пузырьками водорода и кислорода на поверхность сточной воды, где накапливаются в слое осадка, который периодически удаляется с поверхности воды при помощи пеносборного устройства.Исходные сточные воды поступают в сборник-накопитель. Из накопителя насосом усредненный сток подается в реактор. В реактор насосами-дозаторами дозируются реагенты: биосульфит натрия и гипохлорид натрия, затем сточные воды поступают во второй реактор для нейтрализации вод. Из реактора сточные воды самотеком поступают на электрофлотатор, в котором по описанному выше механизму происходит извлечение тяжелых металлов, масел и взвешенных веществ. Из емкости дозирующим насосом подаются отработанные растворы электролитов. Из электрофлотатора осветленная вода направляется в промежуточную емкость. Осветленная вода из емкости насосом подается на фильтр механической очистки, а затем на ионообменный фильтр, где в процессе ионного обмена вода очищается от следовых концентраций тяжелых металлов до норм ПДК. Очищенная вода сбрасывается в горканализацию, либо может быть возвращена в технологический цикл на повторное использование для технологических нужд гальванического цеха.Шлам из электрофлотатора и механического фильтра поступает на фильтр пресс, для обезвоживания. Обезвоженный осадок с фильтр пресса, влажностью 70-80% сдается на утилизацию.Учитывая преимущества и недостатки, представленные в таблице 1, рассмотренных технологических схем для очистки сточных вод гальванического производства заданного состава примем реагентный метод очистки по первой рассмотренной схеме.2 Описание технологической схемы очистки сточных вод гальванического производстваВесь процесс очистки сточных вод по выбранной схеме можно разделить на несколько стадий: перекачивание, , комплек-сообразование, коагуляцию (флокуляцию), коррекционную обработку, отстаивание, доочистку, обработку осадков.Перекачивание сточных вод в реактор. Сточные воды от травления деталей, концентрированные кислые медь и цинк содержащие от электролизных ванн и неконцентрированные стоки от промывки деталей поступают в усреднитель-накопитель, перемешиваются, после чего общие кисло-щелочной сток направляется в реактор.3. Нейтрализация, коагуляция и флокуляция. По окончании реакции в коагулятор дозируется коагулянт, а затем флокулянт для укрупнения уже образовавшихся хлопьев. После завершения флокуляции согласно показаниям рН-метра дозируется кислота или щелочь для доведения рН очищенных сточных вод до значений, соответствующих нормам.5.Отстаивание. Смесь поступает в отстойник, в бункере которого накапливается шлам. Вода, очищенная от взвешенных веществ, направляется на механические фильтры.6. Доочистка. На механических фильтрах осуществляется удаление взвешенных веществ остатков вынесенного шлама, после чего стоки направляются на ионообменные фильтры, на которых концентрация тяжелых металлов снижается до нормативов оборотной воды.7.Обработка осадка. Из отстойника шлам поступает в приемную емкость, откуда подается для обезвоживания.Обезвоживание осадка комплекса очистных сооружений снижает объем отходов, поступающих на утилизацию, в среднем в 4-5 раз. Контроль за протеканием различных реакций осуществляется с помощью простых и надежных средств измерения (рН-метров, датчиков окислительно-восстановительного потенциала). Комплекс очистных сооружений гальванического производства полностью автоматизирован, перекачивание стоков, дозирование реагентов, перемешивание и другие операции запрограммированы.Рассмотренный комплекс очистных сооружений гальванического цеха удовлетворяет требованиям, предъявляемым к проектированию очистных сооружений подобного вида. Комплекс можно охарактеризовать как высокоэффективный (тяжелые металлы полностью отсутствуют на выходе очистных сооружений), компактный, экономичный, простой в обслуживании и эксплуатации.3 Расчет сооружений схемы очистки3. 1 Сборник-накопительВ целях усреднения расхода (регулирования) поступающих на очистные сооружения сточных вод устраиваем сборник накопитель, он же усреднитель. Надежного усреднения сточных вод по расходу можно достичь при перекачке их насосами. В этом случае усреднитель представляет собой обычный резервуар без каких-либо приспособлений. Чтобы не допустить осаждения взвешенных веществ стоки в резервуаре перемешиваются путем рециркуляции части перекачиваемой жидкости через систему дырчатых труб.Объем приемной камеры резервуара на 4-хчасовое пребывание находим по формуле:W=4∙ks∙Q, где kз- коэффициент запаса; kз=1,1-1,3,Q – максимальный расход воды, м3/ч, учитывая что предприятие работает в одну смену, суммарный расход составит:Q=7+25+1308=20,25 м3/чW=4∙1,2∙20,25=97,2 м3 Принимаем резервуар в виде прямоугольника глубиной 2,5 м, шириной 6 м и длиной 6,5 м. Для лучшего массообмена разбиваем его на 3 секции по 2 м шириной каждая. Наиболее полное перемешивание может быть достигнуто барботерами. Барботирование (перемешивание сточной воды сжатым воздухом) производится через перфорированные трубы с отверстиями d=6 мм, расположенными снизу. Трубы укладываются строго горизонтально вдоль резервуара. Использование воздуха для перемешивания особенно рационально на очистных станциях с общей воздухораспределительной системой.После смешения потоков сточных вод изменится концентрация загрязняющих веществ, которая определяется для каждого вида загрязнения по формуле:Сi звсм=i=1nCi зв∙Qi звQсм,где Ci зв – концентрации загрязняющих веществ в потоке стоков до смешения, мг/дм3;Qi зв – расход потока сточных вод до смешения, м3/ч;Qсм – расход смешенных сточных вод, равный сумме расходов потоков стоков со всех цехов, м3/ч.СH2SO4см=350∙25+2500∙7+200∙130(25+7+130)=322,53 г/дм3СFe3+см=150∙25(25+7+130)=23,15 мг/дм3СZn2+см=3000∙7+250∙13025+7+130=330,25 мг/дм3СCu2+см=5000∙7+380∙130(25+7+130)=521 мг/дм33.2 Реагентная обработкаХимические реакции протекают в три стадии. На первой стадии протекает осаждение гидрокисдов трехвалентного железа после добавления едкого натра по реакции:Fe3+ + 3(OH)- → Fe(OH)3Реакция протекает при значениях pH 2,3-4,1. Расход реагента принимаем 2,15 г/г Fe3+.Выбор реагента для нейтрализации кислых стоков зависит от вида кислот и их концентрации, а также от растворимости солей, образующихся в результате химической реакции. Для нейтрализации минеральных кислот применяют любой щелочной реагент, но чаще всего известь в виде пушонки или известкового молока и карбоната кальция или магния в виде суспензии. Эти реагенты сравнительно дешевы и общедоступны, но имеют ряд недостатков: обязательнее устройство усреднителей перед нейтрализационной установкой, затруднительность регулирования дозы реагента по рН нейтрализованной воды, сложность реагентного хозяйства. Скорость реакции между раствором кислоты и твердыми частицами суспензии относительно невелика и зависит от размеров частиц и растворимости образующегося в результате реакции нейтрализации соединения. Поэтому окончательная активная реакция в жидкой фазе устанавливается не сразу, а по истечении некоторого времени (10-15 мин).При нейтрализации производственных сточных вод, содержащих серную кислоту, реакция, в зависимости от применяемого реагента протекает по уравнениям:H2S04 + Са(ОН)2 = CaS04 + 2Н20,H2S04 + СаСОз = CaS04 + 2Н20 + С02Образующийся в результате нейтрализации сульфат кальция (гипс) кристаллизуется из разбавленных растворов в виде CaS04·H20. Растворимость этой соли при температурах 0-40 °С колеблется от 1,76 до 2,11 г/дм3. При более высокой концентрации сульфат кальция выпадает в осадок, поэтому при нейтрализации сильных кислот, кальциевые соли которых труднорастворимы в воде, необходимо устраивать отстойники-шламонакопители. Существенным недостатком метода нейтрализации серной кислоты известью является также образование пересыщенного раствора гипса (коэффициент пересыщения может достигать 4-6), выделение которого из воды может продолжаться несколько суток, что приводит к зарастанию трубопроводов и аппаратуры. Присутствие в сточных водах многих химических производств высокомолекулярных органических соединений усиливает устойчивость пересыщенных растворов гипса, поскольку эти соединения сорбируются на гранях кристаллов сульфата кальция и препятствуют их дальнейшему росту.Далее необходимо снизить кислотность среды, т. е. повысить pH до значении 8-9, при которых будет протекать осаждение ионов Cu2+ и Zn2+, реакцию нейтрализации будем осуществлять добавлением того же реагента – едкого натра, доза реагента составит 0,75 г/г серной кислоты.Произведение растворимости гидроокиси меди равно 5х10-20, в то время, когда растворимость основного карбоната меди практически равна нулю. Поэтому медь выгодно осаждать в виде основного карбоната: 5Cu2+   + 2 OH-  + CO32-  →àCu2(OH)2CO3Для этого в растворе нейтрализующего реагента необходимо иметь одновременно как гидроксильные ионы, так и карбонатные. Таким образом, для осаждения из растворов ионов меди нерационально применение только едких щелочей и извести высшего сорта, так же только соды, мела, мрамора, доломита и известняка, дающих в раствор в основном карбонат – ионы.В связи с изложенным, лучшим реагентом для очистки сточных вод от катионов меди является недожженная известь 3-его сорта, содержащая CaCO3. Доза реагента составляет 1,26 г/г иона Cu2+.При осаждении цинка из сульфатных растворов едкой щелочью и известью образуются в основном осадки в виде основных солей цинка: ZnSO4*nZn(OH)2, причем число n возрастает с увеличением рН. При повышение рН до 8,8 приводит к образованию осадка, состав которого выражается формулой -  ZnSO4*5Zn(OH)2.При осаждении цинка из сульфатных растворов недожженной известью 3-его сорта, содержащей CaCO3 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 2ZnCO3*3Zn(OH)2. Доза реагента принимаем равную 1,22 г/г Zn2+.Тогда суточный расход едкого натра рассчитаем по формуле:GNaOH=Qсут∙Д∙С1000,где Д – суммарная доза реагента, необходимая для проведения реакций очистки стоков, г/г;С – концентрация иона металла, мг/л Qсут - суточный расход сточных вод, м3/сут.GNaOH=162(2,15∙23,151000+0,75∙322,531000+1,26∙5211000+1,22∙330,251000=218,17гсут= 0,22 кг/сут.Так как содержание активного вещества в поставляемом NaOH составляет 10 %, то расход товарного реагента составит:GNaOH=0,22∙10=2,2кгсут.Так как эффективность очистки реагентным методом составляет 80 %, то концентрация загрязняющих веществ после обработки щелочью составит:СH2SO4см=1-0,8∙322,53=64,506 г/дм3СFe3+см=1-0,8∙23,15=4,63 мг/дм3СZn2+см=1-0,8∙330,25=66,05 мг/дм3СCu2+см=1-0,8∙521=104,2 мг/дм33.3 Расчет реактораВ реакторе происходит смешение реагентов с обрабатываемой водой, что необходимо для более быстрого и полного протекания соответствующих реакций, и протекание реакций.Рассчитаем реактор как вихревой смеситель, рассчитанный на пребывание сточных вод в течении 1 часа, который представляет собой круглый в плане резервуар с конической передней частью.Расчет ведется в соответствии со СНиПом 2.04.03-85. Определим объем смесителя сточных вод с реагентами для продолжительности пребывания сточных вод в аппарате Т = 1 ч:V=Qcmax∙T=1628∙3600∙1∙3600=20,25 м3Примем, что объем цилиндрической части составляет 2/3 всего объема, тогда объем цилиндрической части будет равенVц=V3∙2=20,253∙2=13,5 м3 Рассчитаем диаметр цилиндрической части аппарата при условии, что высота цилиндрической части 1,5 м:D=Vц∙4π∙h,где h – высота цилиндрической части;D=13,5∙43,14∙1,5=3,4=3,5 мОпределим диаметр на входе в аппарат, диаметр на выходе из аппарата, а также диаметры патрубков для подвода реагентов.