Во  многих отраслях промышленности перерабатывают или применяют различные соединения ртути, хрома, кадмия, цинка, свинца, меди, никеля, мышьяка и другие вещества, что ведет к загрязнению ими  сточных вод. Для удаления этих веществ  из сточных вод в настоящее  время наиболее распространены реагентные методы очистки, сущность которых заключается  в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые при  добавлении различных реагентов  с последующим отделением их от воды в виде осадков. Недостатком реагентных методов очистки является безвозвратная  потеря ценных веществ с  осадками.

     Соединения  марганца содержатся в сточной воде металлургических, машиностроительных и химических производств. При концентрации марганца более 0,05 мг/л вода окрашивается в темный цвет. Некоторые производства предъявляют жесткие требования к содержанию марганца в воде (бумажная, текстильная, кинокопировальная, синтетических волокон, пластмасс).

     Удаление  из воды марганца может быть достигнуто следующими Методами: 1) обработкой воды перманганатом калия; 2) аэрацией, совмещенной  с известкованием; 3) фильтрованием  воды через мар ганцевый песок или марганцевый катионит; 4) окислением озоном хлором или диоксидом хлора.

     При обработке воды перманганатом калия  достигается одновременная очистка  от марганца и от железа. Перманганат  калия окисляют с образованием малорастворимого диоксида марганца:

     ЗМп²⁺ + 2MnО^4- + 2Н₂0 →5Mn0₂↓ + 4Н⁺. 

     В этом процессе 1 кг КMn0₄ окисляет 0,53 мг Mn²⁺. Наибольший эффект достигается при обработке воды дозой 2 мг КMn04 на 1 мг. Осадок диоксида марганца удаляют фильтрованием.

     Удаление  марганца аэрацией с подщелачиванием  воды применяют при одновременном присутствии в ней марганца и железа. При аэрации воды удаляется часть диоксида углерода и происходит ее насыщение кислородом воздуха. При удалении СО₂ возрастает рН сточной воды, что способствует ускорению процессов окисления и гидролиза железа и частично марганца с образованием гидроксидов.

     Двухвалентный марганец медленно окисляется в трех- и четырехвалентный растворенным в воде кислородом. Окисление марганца происходит при рН = 9-9,5. Образующийся гидроксид марганца выпадает в осадок в виде Mn(ОН)₃ и Mn(ОН)₄. Растворимость этих соединений 0,01 мг/л, образующийся Mn(ОН)₄ снова участвует в процессе, являясь катализатором окисления марганца.

     При рН = 9,5 марганец удаляется почти  полностью, при рН<7,5 кислородом воздуха  он почти не окисляется. Для ускорения  процесса окисления марганца воду после аэрации до подачи на фильтры подщелачивают известью или содой для повышения рН, затем осветляют в осветлителях или отстойниках. Процесс окисления Mn²⁺ резко ускоряется, если аэрированную воду фильтруют через контактный фильтр, загруженный дробленым пиролюзитом (Mn0₂ Н₂0), либо кварцевым песком, предварительно обработанным оксидами марганца.

     Двухвалентный марганец может быть удален из воды в процессе окисления его хлором, озоном или диоксидом хлора. При подщелачивании известью до рН = 8 Mn окисляется практически полностью. Расход С12 на окисление 1 кг Mn составляет 1,3 мг. При наличии в воде аммонийных солей расход хлора увеличивается.

     Диоксид хлора и озон при рН = 6,5-7 окисляют Mn²⁺ за 10-15 минут. На окисление 1 мг Mn2+ расходуется 1,35 мг СlО₂ или 1,45 мг О₃. Однако применение этих окислителей требует строительства сложных установок, поэтому их практически не используют.

     Марганец  может быть удален из воды биохимическим  окислением. Процесс проводят следующим образом. На песке фильтра высеивают особый вид марганецпотребляющих бактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности поглощают из воды марганец. Отмирающие бактерии образуют на зернах песка пористую массу с высоким содержанием оксида марганца, который служит катализатором процесса окисления.

     Я выбрала обработку сточных вод перманганатом калия по формуле:

     3 Mn²⁺ + 2 MnO₄ + 2H₂O →  MnO₂↓ + 4H⁺ 

     Как наиболее эффективный и технологически простой метод удаления марганца из сточных вод в настоящее  время.

     Очень важным аспектом применения перманганата калия для очистки воды от марганца является образование дисперсного  осадка оксида марганца MnO2, который, имея большую удельную поверхность порядка 300 м2/г, является эффективным сорбентом. При обработке воды перманганатом  калия снижение привкусов и запахов  происходит также вследствие частичной  сорбции органических соединений образующимся мелкодисперсным хлопьевидным осадком  гидроксида марганца. Таким образом, применение перманганата калия дает возможность удалить из воды, как  марганец, так и железо независимо от форм их содержания в воде. В водах  с повышенным содержанием органических веществ железо и марганец образуют устойчивые органические соединения (комплексы), медленно и трудно удаляемые при  обычной обработке хлором и коагулянтом. Применение перманганата калия, сильного окислителя, позволяет разрушить  эти комплексы с дальнейшим окислением ионов марганца (II) и железа (II) и  коагуляцией продуктов окисления. Кроме того, коллоидные частички гидроксида марганца Mn(OH)4 в интервале рН=5….11 имеют заряд, противоположный зарядам  коллоидов коагулянтов Fe(OH)3 и Al(OH)3, таким образом добавление перманганата калия воде интенсифицирует процесс коагуляции.  
Поэтому считаю целесообразным начать процесс очистки от химического загрязнения на этапе очищения сточных вод  от мелкодисперсных взвешенных веществ в процессе коагуляции.

     Таким образом, перманганат калия, оказывая совокупное действие как окислителя, сорбента и вспомогательного средства коагуляции, является высокоэффективным  реагентом для очистки воды от целого ряда загрязнений, в том числе  и от марганца.

 

     

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

     горизонтальная  песколовка→горизонтальный отстойник® перегородчатый смеситель®    осветлитель коридорный®фильтр с плавающей загрузкой

2.1 Технологическая  схема

     

     1 – горизонтальная песколовка

     2 - горизонтальный отстойник

     3 – смеситель перегородчатый

     4 – осветлитель коридорный

     5 – фильтр с плавающей загрузкой

     6 – резервуар очищенной воды

     7 – растворный бак

     8 – расходный бак 
 

 

     

2.2 Описание технологической  схемы

 

     Сточная вода по трубопроводу поступает в песколовку, где проходит очистку от песка. После нее попадает в горизонтальный отстойник для выделения из сточной воды средневзвешенных веществ, которые под действием гравитационной силы оседают на дне отстойника или всплывают на его поверхности. После чего сточная вода проходит в перегородчатый смеситель, где происходит коагуляция мелкодисперсных взвешенных веществ. Затем сточная вода поступает в  коридорный осветлитель, где происходит удаление из воды примесей, получившихся после обработки воды реагентами. Затем вода проходит доочистку в фильтре с плавающей загрузкой. Потом вода подается в резервуар очищенной воды. 

 

     

3 ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ

3.1 Расчет основного  оборудования

     1. Горизонтальная песколовка  с круговым движением  воды

     1. Средний расход сточных вод  в м³/с:

     q_ср = Q/(24*3600) = 15600/(24*3600) = 0.18 м³/с

     2. Общий коэффициент неравномерности,  отражающий возможные колебания  среднего расхода сточных вод,  k_общ=1.18 м³/с. Тогда получим:

     q_max=q_ср*k_общ=0.18*1.18 =0.2124 м³/с

     3. Примем песколовку с двумя  отделениями. Площадь живого сечения  каждого отделения определим  по формуле:

     W=q_max/(V*n)=0.22/(0,3*2) =0.354 м²

     4. При глубине проточной части  h_r=0,5 м ширина отделений B=W/h_r=0.366/0.5=0.708 м. Ближайший стандартный размер ширины отделений B=1м. При этом наполнение в песколовке при максимальном расходе:

     h_r=W/B=0.354/1=0.354 м

     5. При расчетном диаметре частиц  песка d=0.20 мм, V_o=18.7 мм/с и k_o=1.7

     6. Длина песколовки:

     L=kя_o*(h_r/V_o)*V=1.7*(0.354/0.0187)*0.3=10 м

       Таким образом, выбираем двухсекционную  песколовку длиной 10 м и шириной  каждого отделения 1 м. 

 

     

     2. Расчет вертикального  отстойника

     Определяется  значение гидравлической крупности  u₀

     , мм\с

     где Hset – глубина проточной части, м ; Kset  - коэффициент использования объема проточной части отстойника ; tset – продолжительность отстаивания ; h1 – глубина слоя ,равная 0.5 м; n2 – показатель степени.

     u0 = ( 1000* 3.5*0.35) / (1340*(0.35*3.55/ 0.5) 0.26 )=0.72  мм/с.

     Принимаем число отделений отстойников, равное n=10. Принимаем скорость движения рабочего потока в центральной трубе V_en=0,03 м/с и рассчитываем диаметр центральной трубы: 

     Округляем диаметр d_en до сортаментного значения 700 мм.

     Определяем  диаметр отстойника:

       м

     где V_tb - турбулентная составляющая, мм/с, принимаемая; n – количество отстойников.

     Принимаем типовой отстойник D = 9 м.

     Производительность  одного отстойника ( ,м³/ч) определена по формуле:

     

       где d_en - диаметр впускного устройства, м.

     Период  вращения распределительного устройства (Т, с) составит:

     

     Определим полную строительную высоту отстойника:

     H= Hset + H1 +H2  ,м

     где H1 – высота борта над слоем воды принимаемая 0.3-0.5 м , H2 – высота нейтрального слоя ( от дна на выходе) равная 0.3 м.

     H= 4+ 0.3 +0.3= 4.6 м 

     Определяем  количество осадка выделяемого при  отстаивании за сутки:

     Qmud = Q ( Cвп – Cвх ) / (100- pmud ) * ymud * 104 , м3/сут

     где Q – суточный расход сточных вод , м3/сут ; pmud – влажность осадка равная 94-96 %, ymud – плотность осадка равная 1 г/см3.

     Qmud = 6000 (240-150) / (100- 96) * 1 *104 = 13.5 м3/сут. 

     Выгрузку  осадка рекомендуется производить  один раз в сутки, но не реже одного раза в 2 суток под гидростатическим давлением. 
 

 

     

     3. Смеситель перегородчатый

     1. Сечение лотка:

     Fл = q / vл = (650/3600) /0.6 = 0.3 м² ,

     где q – производительность водоочистного сооружения , м³/с;

     vл  -  допустимая скорость движения воды в лотке , м/с (vл =0.6 м/с);

     2. Ширина лотка:

     bл = Fл /Н = 0.30/0,5 =0.6 м ,

     где Н – высота слоя воды в конце  смесителя после перегородок  (Н=0.4-0.5м);

     3. Потеря напора  в каждом сужении  смесителя составит:

     Нс = ζ * Vс² /2*g = 2.9 *1² / 2*10 = 0.145 м ,

     где Vс – скорость движения воды в сужении перегородки, равная 1 м/с;

     ζ – коэффициент сопротивления ,принимаемый равным 2.9. 
 

 

     

3.2 Расчет вспомогательного  оборудования

     Расчет  пескового бункера