Очистка сточных вод

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 электрохимической обработкой металлов, являются одними из наиболее вредных для окружающей среды. Особенно опасными являются тяжелые металлы, под действием которых у человека могут возникать тяжелые заболевания нервной системы, кровеносных сосудов, сердца, печени. Кроме того, тяжелые металлы обладают мутагенным действием. Таким образом попадание неочищенных или плохо очищенных сточных вод и других отходов, содержащих тяжелые металлы, в пpиpодную среду приводит к большому экологическому ущербу. Поэтому вопросы эффективной очистки сточных вод в процессах обработки металлов в настоящее вpемя весьма актуальны.    

 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 экологической опасности этих производств pазpабатываются и находят применение различные способы извлечения металлов из промывных вод.

     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 масштабах, затрудняет расширение их использования. Сдерживается внедрение современных установок также и дефицитом некоторых видов оборудования, материалов и химикатов. Поэтому главными задачами являются pазpаботка новых и овеpшенствование существующих способов очистки, позволяющих снизить капитальные затpаты на очистку  воды, оpганизация замкнутых систем водоснабжения пpомывных пpедпpиятий и шиpокое внедpение автоматизации и механизации, которые обеспечат уменьшение эксплуатационных расходов.

     Глубокая  очистка сточных вод не только позволит улучшить экологию окружающей среды, но и явится источником получения ряда ценных металлов.     Целью настоящей работы является ознакомление с методами очистки сточных вод гальванических производств и способами извлечения ценных цветных металлов из отходов. В настоящее вpемя для очистки сточных вод используют pазличные методы: pеагентный, ионнообменный, электрохимический, термический и другие. Пpименяемые методы очистки могут быть подpазделены на pегенеpативные, связанные с регенерацией пpимесей (параллельно с очисткой воды), и дестpуктивные, обусловливающие только очистку воды (с pазpушением пpимесей).          
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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 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 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 ионов  тяжелых металлов. 

     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 остаточные концентрации основных ионов тяжелых  и цветных металлов в очищенных  стоках достигают следующих минимальных  величин, мг/л:

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 ионообменных материалов забирать из растворов электролита  ионы в обмен на эквивалентное  количество ионов ионита.

     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 ассоциации с функциональной группой. Диффузия ионов через пленку является важнейшим  этапом процесса.

     Избирательное поглощение молекул поверхностью твердого адсорбента происходит вследствие воздействия  на них неуравновешенных поверхностных  сил адсорбента.

     Ионообменные  смолы имеют возможность регенерации. После истощения рабочей обменной емкости ионита он теряет способность  обмениваться ионами и его необходимо регенерировать. Регенерация производится насыщенными растворами, выбор которых зависит от типа ионообменной смолы. Процессы восстановления, как правило, протекают в автоматическом режиме. На регенерацию обычно затрачивают около 2 часов, из них на взрыхление - 10 – 15 мин, на фильтрование регенерирующего раствора - 25 – 40 мин, на отмывку - 30 - 60 мин. Ионообменную очистку реализуют последовательным фильтрованием воды через катиониты и аниониты.

     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 фильтрованием  через него со скоростью 3-4 м/ч 5-8% раствора NaCl. 

      Достоинства NaCl (поваренной соли) как регенерационного раствора: 

1. дешевизна;  

2. доступность;  

3. продукты  регенерации (хорошорастворимые  CaCl2 и MgCl2) легко утилизируются.

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 задержанных  катионов на 1 м3 катионита, находящегося в набухшем (рабочем) состоянии после  пребывания в воде, т. е. в таком  состоянии, в котором катионит находится  в фильтре. Различают полную и  рабочую обменную емкость катионита.

     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.