Эффективные методы очистки технических вод машиностроительного производства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ «СТАНКИН»

|Факультет |Кафедра |

|Вечерний |Инженерной экологии |

| |и безопасности |

Проспект к дипломной работе

Смелова Дениса Витальевича

Тема проекта:

Эффективные методы очистки технических вод машиностроительного предприятия

Москва ………………………………………………………………………. 2004 г.

ХлорЭл-2000 - установка для обеззараживания питьевой воды на станциях

водоподготовки и обеззараживания сточных , технических и оборотных вод.

Производительность до 100 кг. активного хлора в сутки до70 тыс. кубометров

воды в сутки.

[pic]

Общие сведения о процессе электролитического получения

гипохлорита натрия

При электролизе на электродах при пропускании электрического тока

через растворы или расплавы электролитов протекают окислительно-

восстановительные реакции.

Электрохимический способ получения гипохлорита натрия (NaClO) основан

на получении хлора путем электролиза водного раствора хлорида натрия (NaCl)

и его взаимодействии со щелочью в одном и том же аппарате – электролизере.

В данном случае, когда в качестве электролита используется раствор

поваренной соли, сущность процесса заключается в следующем:

На аноде идет разряд ионов хлора (процесс окисления):

2Cl- =Cl2 + 2e-

Выделяющийся хлор растворяется в электролите (NaCl) с

образованием хлорноватистой и соляной кислот:

Cl2 + H2O = HClO +HCl

На катоде происходит разряд молекул воды (процесс восстановления):

H2O + e- = OH- + H+

Атомы водорода после рекомбинации выделяются из раствора в виде

газа, оставшиеся же в растворе ионы OH- образуют возле катода с ионами

Na+ щелочь.

Вследствие перемешивания анолита с католитом происходит

взаимодействие хлорноватистой кислоты со щелочью с образованием гипохлорита

натрия:

HClO + NaOH = NaClO + H2O

Если все количество щелочи, образующееся на катоде, будет поступать

к аноду, то процесс электролиза протекает только с образованием раствора

гипохлорита натрия.

Получающийся гипохлорит натрия в значительной степени диссоциирует с

образованием ионов ClO- , которые способны к дальнейшему анодному окислению

с образованием хлорат-иона СlO3-:

6СlO-+6OH- -6e-=6H2O +4Cl- +2ClO3- + 1,5O2

Концентрация ионов СlO- существенно влияет на дальнейший ход

электролиза. Ионы ClO- разряжаются при значительно меньших потенциалах

анода, чем ионы Сl-, поэтому уже при незначительных концентрациях

гипохлорита натрия на аноде начинается совместный разряд ионов Сl- и СlO-.

Образование хлората может протекать и химическим путем по реакции:

2HClО+ClO- = ClO3-+2Cl- + 2H+

Получаемый раствор гипохлорита натрия достаточно стоек и может

длительное время храниться без значительного разложения при соблюдении

следующих факторов, влияющих на его стойкость:

1. низкая температура ( не более 200С)

2. исключение воздействия света

3. отсутствие ионов тяжелых металлов

4. значение водородного показателя рН не менее 10

Вариант подключения двух установок Аквахлор-500 на водоочистительной

станции в республике Башкортостан (г. Салават). Раствор оксидантов из

установок подается в накопительную емкость (справа), откуда с помощью

эжекторного насоса добавляется в основной поток обрабатываемой питьевой

воды. Емкость с основным объемом солевого раствора такого же объема, как и

накопительная емкость (2 куб. м), размещена на высоте 1,5 м над полом,

раствор соли из этой емкости автоматически подается в малую емкость для

солевого раствора (синяя пластиковая бочка). Установки работают по режиму

№3 без потери эффективности раствора оксидантов, поскольку после добавления

его в питьевую воду, имеющую исходное значение рН = 6,7, указанное значение

рН сохраняется неизменным и хлорноватистая кислота не превращается в

гипохлорит-ионы

[pic]

Режим 1. Установка производит около 500 л/ч раствора оксидантов с

концентрацией 1000 мг/л и рН = 2 - 3, а также приблизительно 5 л/ч католита

с концентрацией гидроксида натрия 150 - 170 г/л.

При работе в данном режиме обеспечивается получение высокоэффективного

раствора оксидантов, являющегося с технологической точки зрения аналогом

хлорной воды, образующейся в хлораторе при использовании жидкого хлора, а

также раствора гидроксида натрия, который можно использовать для

регулирования рН воды, или как моющее средство (необходимо разбавление).

Раствор оксидантов при работе в режиме 1 рекомендуется вводить

непосредственно в основной поток обрабатываемой воды, учитывая при этом,

что для обеспечения оптимальных значений гидродинамических параметров

работы встроенного эжекторного насоса установки А-500, давление на выходе

раствора оксидантов из установки А-500 не должно превышать 0,5 кгс/см2.

Если давление воды в точке ввода превышает 0,5 кгс/см2, требуется

использование герметичной (с абсорбционным поглотителем газообразного

хлора) накопительной емкости и химически стойкого дозировочного насоса для

ввода раствора оксидантов в обрабатываемую воду. Кроме того, требуется

система автоматического управления уровнем раствора оксидантов в

накопительной емкости.

Режим 2. Установка А-500 производит около 500 л/ч раствора оксидантов с

концентрацией 1000 мг/л и рН в диапазоне 5 - 7, а также 1 - 3 л/ч католита

с концентрацией гидроксида натрия 150 - 170 г/л. Отсутствие запаха хлора

или весьма слабо выраженный запах хлора у раствора оксидантов (в отличие от

раствора с низким значением рН, имеющего отчетливо выраженный запах хлора)

позволяет накапливать и сохранять его в емкостях различного объема (от 1000

литров и более до 10 - 20 литров). Все функциональные свойства раствора

оксидантов с рН = 5 - 7 полностью соответствуют свойствам раствора

оксидантов с низким значением рН. Условия непосредственного ввода раствора

оксидантов с рН = 5 - 7 непосредственно в поток обрабатываемой воды

являются полностью идентичными изложенным в описании режима 1.

Режим 3. Установка А-500 производит 500 грамм в час газообразной смеси

оксидантов, которая напрямую, минуя встроенный эжекторный насос установки,

подается в эжекторный смеситель хлораторной станции. Одновременно,

установка производит около 5 литров в час католита с содержанием гидроксида

натрия 150 - 170 г/л. Вода в установку подается только для охлаждения

циркулирующего через теплообменник католита и после выхода из установки

может быть направлена в резервуар чистой воды.

При работе в режиме 3 отсутствует необходимость использования промежуточной

накопительной емкости для раствора оксидантов, дозирующего насоса для ввода

этого раствора в обрабатываемую воду. Регулировка количества вводимых в

воду оксидантов осуществляется изменением силы тока, протекающего через

электрохимический реактор установки.

Переносные установки

|[pic] |С-5-30 - производительность 30 г. |

| |активного хлора в час |

| |С-5-120 - производительность 120 г. |

| |активного хлора в час |

| |С-5-400 - производительность 400 г. |

| |активного хлора в час |

Эти переносные автономные мини-генераторы предназначены для получения на

месте потребления дезинфицирующего раствора гипохлорита натрия с

фиксированной концентрацией активного хлора (8 г/л) путем электролиза 4%

раствора поваренной соли. Для целей отбеливания применяется 0,1% раствор

гипохлорита. Себестоимость 1 литра рабочего раствора не превышает 20

копеек.

Механизм обеззараживающего действия гипохлорита натрия

Метод обеззараживания гипохлоритом натрия наиболее часто

используется для обезвреживания циансодержащих стоков различных объемов и

концентраций, а также от таких органических и неорганических соединений,

как гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и т.д. Необходимо отметить, что

сточные воды, содержащие цианиды, образуются при нанесении медных, цинковых

и кадмиевых покрытий из цианистых электролитов. Кроме того, циансодержащие

стоки образуются при термической закалке стальных изделий в расплавах

цианистых солей, а на металлургических предприятиях цианиды попадают в

сточные воды из доменных газов ( при их промывке и охлаждении).

Концентраиця простых цианидов (KCN,NaCN) в промывных водах обычно не

превышает 200 мг/л. В этих водах также содержатся в небольших количествах

комплексные цианиды меди, цинка, кадмия, железа и других веществ.

При введении гипохлорита натрия в воду образуются хлорноватистая и

соляная кислоты по реакции:

NaCIO + H2O= НCIO + NaOH

HCIO=CIO- + H+

Очистка сточных вод основана на окислении токсичных примесей в

менее токсичные (приблизительно в 1000 раз) цианат-ионы с их последующим

гидролизом в нейтральной среде до NH4+ и CO32- по следующим реакциям:

При pH = 9-10

CN- + 2OH- + NaClO = CNO- + Cl- + NaOH

При рН = 7

CNO- + 2H2O = NH4+ + CO32-

Гипохлориты окисляют в сточных водах соединения аммония, аммиак и

органические вещества, содержащие аминогруппы до моно- и хлораминов, а

также до треххлористого азота по следующим реакциям:

NH3 + HCIO = NH2CI + H2O

NH2CI + HCIO = NHCI2 + H2O

NHCI2 + HCIO= NCI3 + H2O

|Производ |80 |240 |480 |800 |1280 |1600 |

|час | | | | | | |

|Поток |0,75 |2,25 |4,5 |7,5 |12 |15 |

|час | | | | | | |

|Расход |0,23 |0,7 |1,4 |2,33 |3,72 |4,65 |

|Расход |10,75 |32,25 |64,5 |107,5 |172 |215 |

|Расход |134,4 |134,4 |134,4 |134,4 |134,4 |134,4 |

|Расход |0,55 |1,64 |3,07 |5,12 |7,72 |9,11 |

|Расход |6,8 |6,8 |6,4 |6,4 |6 |5,7 |

Технологическая схема комплекса по электрохимическому производству

гипохлорита натрия

[pic]

|ФС |Фильтр солевой |КЭ |Клапан |

|Р1, Р2 |Водяной редуктор |ДУ |Датчик уровня |

|Км |воздуходувка |РС |Ротаметр солевой |

|ЭС |Эжектор солевой |РГ |Ротаметр |

|ЭГ |Эжектор |РБ |Расходный бак |

|Сбазовое= |6318900 |руб. | | | | |

|Спроектое= |2850321,4 |руб. | | | | |

|Экономия= |3468578,6 |руб. | | | | |

| | | | | | | |

Заключение

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального

использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных

проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко

осуществляются мероприятия по охране окружающей Среды, в частности по

очистке производственных сточных вод.

Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является

внедрение новых технологических процессов производства, переход на

замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не

сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах.

Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью

ликвидировать сбрасываемые сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую

воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение

малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший

экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности

очистки производственных сточных вод.

Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием,

можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения

этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии

технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также,

что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход

от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90% расходы

воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными

являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего

минимальное количество воды для охлаждения.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение

высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-

химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение

реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных

сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по

сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение.

Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической

очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач,

связанных с очисткой технических сточных вод.

Правила печати проспекта

страницы

1,6 - 7,0 - 1 лист

3,4 - 5,2 - 2 лист