Нейтрализация сточных вод

Нейтрализация сточных вод

Нейтрализация сточных вод проводится с целью получить показатель pH равным 7 ед. Процесс основан на взаимодействии кислот или щелочей, содержащихся в жидкости с веществами, приводящими концентрации к нужным показателям. Данная реакция практически осуществляется двумя способами: добавление в жидкость химикатов или фильтрация через нейтрализующие материалы.

Материалы для нейтрализации сточных вод

Для нейтрализации сточных вод с большим включением кислот используется: известь, доломит, мрамор. Для приведения к нужным показателям стоков с высоким содержанием щелочей – техническая серная кислота. Самым доступным реагентом является известь, чаще ее используют в виде известкового молочка, но актуальны материалы в виде пасты или сухого порошка.

Расчет процесса нейтрализации

Расчеты процесса нейтрализации заключаются в установлении нужных объемов реагента. Удобнее пользоваться выражениями г-экв/л. Если концентрация выражена в г/л, ее легко перевести в соответствие так:

  • обозначаем 1/Э = a,
  • получаем b = aC г-экв/л.

Актуален показатель d, он равен 10 a. В таблице ниже приведены показатели a и d для некоторых реагентов.

Значение коэффициентов a и d для пересчета весовых (в г/л) и процентных концентраций некоторых кислот и щелочей в г·экв/л

Наименование кислот и щелочей

Э

a

d

Кислоты:

 

 

 

Серная

49,04

0,0204

0,204

Соляная

36,47

0,0277

0,277

Азотная

63,01

0,0159

0,159

Уксусная

60

0,0167

0,167

Едкий натр

40,01

0,025

0,25

Едкое кали

56,10

0,0179

0,179

Известь:

 

 

 

Гашеная

37,05

0,027

0,27

Негашеная

28,04

0,0357

0,357

Аммиак

17

0,0509

0,509

Количество реагентов для нейтрализации устанавливаются на основании стехиометрических соотношений. Ниже приведены расчетные данные для наиболее популярных кислот.

Кислоты

Расход химически чистых щелочей в г на 1 г кислоты

СaO

Ca(OH)

CaCO3

NaOH

Na2CO3

HCO3¯

CaMg(CO3)2

Серная

056

0,755

1,02

0,816

1,08

1,25

0,94

Азотная

0,445

0,59

0,795

0,635

0,84

0,96

0,732

Соляная

0,77

1,01

1,37

1,1

1,45

1,69

1,29

Углекислота

1,27

1,68

-

1,82

-

-

-

Пикриновая

1,22

0,169

0,218

0,175

0,231

-

-

Уксусная

0,466

0,616

0,83

0,666

0,88

-

-

В следующей таблице приведены показатели для часто применяемых щелочей.

Щелочи

Расход кислоты в г на 1 г щелочи

серной

соляной

азотной

100%-ной

96%-ной

100%-ной

36%-ной

100%-ной

65%-ной

Едкий натрий

1,22

1,24

0,91

2,53

1,57

24,2

Едкий калий

0,88

9

0,65

1,8

1,13

1,74

Известь гашеная

1,32

1,34

0,99

2,74

1,7

2,62

Аммиак

2,88

2,93

2,12

5,9

3,71

5,7

Данные таблиц приведены для реагента в формате сухого порошка, и требуют корректировок. Например, для известкового молочка и пасты, используемой для удаления окиси кальция, реагенты берутся 105% или 95% - соответственно.

Соли, образующиеся в процессе реакции

В процессе нейтрализации образуются соли с различными показателями растворимости. Этот фактор нужно учитывать для установления остаточной их концентрации в жидкости и объемов осадка.

Растворы некоторых солей

Соли

Растворимость в г на 1 л воды при температуре в град

0

10

20

30

Сернокислый натрий, гидрат

50

90

194

408

Азотнокислый натрий

730

800

880

960

Углекислый натрий

70

125

215

388

Хлористый натрий

357

358

360

363

Сернокислый кальций (гипс)

1,76

1,93

2,03

2,1

Азотнокислый кальций, гидрат

1021

1153

1293

1526

Хлористый кальций

595

650

745

1020

Углекислый кальций

практически не растворим (1,45*10-2 при t=25°)

Углекислый магний

труднорастворим

Сернокислый магний, гидрат

-

309

355

408

Суммарный объем солей, образующийся при нейтрализации 1 грамма кислоты, приведен в таблице ниже:

Количество образующихся солей и углекислот при нейтрализации серной, соляной и азотной кислоты

Кислоты

Соли и CO2

Растворимость в г на 1 л воды при температуре в град

Ca(OH)2

CaCO3

NaOH

HCO3¯

CaMg(CO3)2

Серная

CaSO4

1,39

1,39

-

-

0,695

Na2SO4

-

-

1,45

-

-

MgSO4

-

-

-

-

0,612

CO2

-

0,45

-

0,9

0,45

Соляная

CaCl2

1,53

1,53

-

-

0,775

NaCl

-

-

1,61

-

-

MgCl2

-

-

-

-

0,662

CO2

-

0,61

-

1,22

0,61

Азотная

Ca(NO3)2

1,3

1,3

-

-

0,65

NaNO3

-

-

1,25

-

-

Mg(NO3)2

-

-

-

-

0,588

CO2

-

0,35

-

0,7

0,35

 

Фильтрация азотной и соляной кислоты

Этот способ эффективен при содержании азотной и соляной кислоты в сточных водах в пределах от 6 до 8 г/л. При более высоких показателях нейтрализующий материал загипсовывается и непригоден к работе. Кроме этого, в водах не должно быть тяжелых солей.

Вертикальные фильтры

На вертикальном фильтре минимальная высота загрузочного материала рассчитывается по формуле Вознесенского:

H = KDn ( 3 + lgb) √v, где:

  • H – высота загрузки фильтра в см;
  • D – диаметр зерен загрузочного материала в мм;
  • b – концентрация кислоты в г-экв/л;
  • v – скорость фильтрации в м/час;
  • K и n – эмпирические константы, n – относительно постоянна и равна значению в 1,47, а K – варьируется в пределах от 0,62 до 1,31, и зависит от сорта доломита.

Это справедливо для серной кислоты, для других кислот нужно экспериментально устанавливать эмпирические константы.

Показатели скорости фильтрации обычно располагаются в пределах от 4 до 8 м/ч. Точное значение зависит от высоты загрузочного слоя и концентрации примеси.

Длина горизонтального фильтра определяется по формуле:

l = vt, где:

  • l – длина фильтра в метрах;
  • v – скорость движения потока в фильтре в м/сек;
  • t – продолжительность контакта загрузочного материала и сточной воды в сек.

Стандартные показатели v находятся в пределах: от 0,01 до 0,03 м/сек. Длительность контакта t определяется по формуле:

t = 6KD1,5/ √v ( 3 + lgb), где

  • D – средний диаметр зерен загрузочного материала в см;
  • b – концентрация кислоты в г-экв/л;
  • K – коэффициент, характеризующий активность реагента – доломита.

Горизонтальные фильтры

Горизонтальный фильтр должен располагаться под уклоном, его значения i определяются по формуле:

i = v2 /DS2p02, где:

  • v – скорость потока воды в см/сек;
  • D – крупность зерен загрузочного материала в см;
  • p0 – порозность загрузки, стандартные показатели: от 0,35 до 0,45;
  • S – коэффициент, находящийся в зависимости от D в пропорции, рассчитываемой по формуле Избаша: S = 20 – 14/ D.

Соотношение между B – шириной и H – высотой фильтра определяются для каждого конкретного случая индивидуально.

Суммарные потери напора в фильтре устанавливаются по формуле:

h = il.

Площадь поперечного сечения фильтра рассчитывается таким уравнением:

f = qv, где

  • q – приток сточных вод в м3/сек;
  • v – скорость фильтрации в м3/сек.

Для установления расхода загрузочного материала за 1 сутки определяется формула:

M = QmC, где

  • Q – количество нейтрализуемых стоков в сутки в м3/сутки;
  • C – концентрация кислоты в стоках в г/л или кг/м3;
  • m – коэффициент стехиометрического соотношения, его значения берутся из таблиц выше.

Поскольку 100-процентное использование загрузочного материала невозможно, то фактическое Mф превышает расчетное M. Например, при использовании доломита Mф = 1,5 M.

Расчетная работа фильтра без перезагрузки определяется по формуле:

T = P / Mф, где:

  • P – вес загрузочного материала на фильтр.

Рассмотрим пример расчета. Количество нейтрализуемых стоков в сутки составляет 100 м3/сутки. Они загрязнены соляной кислотой в концентрации 5 г/л. Загрузочный материал – известняк с активностью 50%. Требуется определить расход нейтрализатора.

M = 100 х 1,37 х 5 = 685 кг/сутки.

Увеличив на 5% (о чем сказано выше) получим:

M = 685 х 5 = 720 кг/сутки.

Но поскольку активность известняка составляет 50%, делается еще один расчет:

M = 720 / 0,5 = 1440 кг/сутки.

Комплекты оборудования для станции нейтрализации

Станции для нейтрализации сточных вод состоят из многих рабочих модулей: песколовки, резервуары-усреднители, склады реагента, аппараты для приготовления реагента, дозаторы, смесители, камеры реакции, отстойники, накопители, шламовые площадки. Каждый из агрегатов интегрируется в систему по необходимости. Так, если в стоках есть песок – устанавливается песколовка.

Если на предприятии есть и кислотные, и щелочные стоки – минимальное количество усреднителей должно быть не менее двух. И они, согласно нормативам, должны быть доступны для чистки

Подача извести в пределах предприятия должна быть механизирована. Гашение реагента выполняется в специальных машинах, конструкции Руссола и Полякова. Крупные фракции извести должны предварительно дробиться. Известковое молочко приготовляется в мешалках с оборотами лопастей не менее 40 об/минуту. Его концентрация определяется по активности окиси кальция в пределах от 5 до 10%.

Для стоков, содержащих только соляную кислоту продолжительность контакта с реагентом должна быть 5 минут. Если в составе жидкости есть тяжелые металлы, время увеличивается до 30 минут. При повышенной мощности мешалки – уменьшается до четверти часа.

Объемы накопителей зависят от количества осадка при нейтрализации сточных вод. В таблице ниже приведены показатели для нейтрализации стоков известковым молочком с 50-процентной активностью окиси кальция.

Количество осадка, накапливаемого за 1 год от 1м3 нейтрализованной воды

Концентрация кислоты и ионов тяжелых металлов в кг*м3

5

10

15

20

30

40

50

Количество осадка в м3

33

51

65

76

93

108

118

Выбор метода отстаивания осуществляется на основании технико-экономических расчетов. Оборудование должно быть выполнено из материалов, стойких к средам сточных вод на конкретном предприятии. Перед сбросом жидкости в водоем нужно проводить тщательный лабораторный контроль ее состава.

Российская Федерация,
460041, г. Оренбург,
Микрорайон имени Куйбышева, ул. Ветеранов труда, 16/5
+7 (3532) 43-20-19
+7 (3532) 43-20-21
+7 (3532) 96-95-97
+79128469597
+79128469597
ecovod