Нейтралізація.

Виробничі стічні води багатьох галузей промисловості можуть містити кислоти і луги. У більшості кислих стічних вод, крім того, міститися солі важких металів. З метою попередження корозії матеріалів каналізаційних споруджень, порушення біологічних процесів при очищенні стічних вод і у водоймах, а також для осадження зі стічних вод важких металів стічні води піддають нейтралізації.

При спуску стічних вод у чи водойму в міську каналізаційну мережу практично нейтральними варто вважати стічні води з рН = 6,5-8,5. Отже, піддавати нейтралізації випливають стічні води з рН менш 6,5 і більш 8,5 , при цьому враховуються лужний резерв міських стічних чи вод води водойми, куди виробляється скидання стічних вод. Велику небезпеку представляють кислі стічні води, що до того ж зустрічаються значно частіше, ніж лужні. Якщо виробничі стічні води використовуються в оборотних циклах водопостачання, то вимоги до активної реакції можуть бути значно вище.

Найбільше часто стічні води забруднені мінеральними кислотами: H₂SO₄, HNO₃ , HCl, а також їхніми сумішами. Значно рідше в стічних водах зустрічаються HNO₂ , H₃PO₄ , H₂SO₃ і ін., а також органічні кислоти: оцтова СН₃СООН, пікринова НІС₆Н₂(NO₂)₃, саліцилова З₆Н₄(ВІН)₂ і інші.

Для нейтралізації застосовують реагентний і фільтраційний способи.

Реагентный спосіб полягає в додаванні в стічні води нейтралізуючого реагенту. Для нейтралізації кислих стоків використовуються негашене вапно СаО, гашене вапно Са(ВІН)₂, кальцинована сода Na₂CO₃, каустична сода NaOH, аміак NH₃OH.

Для нейтралізації мінеральних кислот застосовують будь-як лужний реагент, але найчастіше вапно у виді пушонки чи вапняного молока, а також карбонати кальцію і магнію у виді суспензії. Ці реагенти значно дешеві і загальнодоступні, але мають ряд недоліків: обов'язковий пристрій усереджувач, труднисть регулювання дози реагенту по рН і складність реагентного господарства. Швидкість реакції між розчинами кислоти і твердих часток реагенту відносно невелика і залежить від розмірів часток і розчинності продуктів реакції, що утворяться. Тому активна реакція встановлюється не відразу, а після деякого часу після додавання реагенту (10-15хв). При нейтралізації стічних вод, що містять сірчану кислоту, у залежності від застосовуваного реагенту реакції протікають по рівняннях:

H₂SO₄ + Ca(OH)₂ = CaSO₄ + 2H₂O.

H₂SO₄ + CaCO₃ = CaSO₄ + H₂O + CO₂.

Сульфат кальцію, що утвориться в результаті нейтралізації, _{кристалізується} ^у виді СаSо_4.2H2O, якщо його концентрація перевищує межу розчинності. Однак варто пам'ятати при цьому можливо утворення пересиченого розчину, особливо в присутності органічних речовин. З цього розчину гіпс кристалізується в плині тривалого часу (іноді до декількох доби), що приводить до заростання трубопроводів і апаратури. Для зменшення коефіцієнта пересичення і збільшення швидкості кристалізації використовується метод рециркуляції осаду сульфату, що утвориться при нейтралізації, кальцію, при цьому тривалість перемішування повинна бути не менш 20-30хв. Для зменшення заростання трубопроводів застосовують методи промивання, збільшують швидкість транспортування стічних вод, а також заміняють металеві трубопроводи на пластмасові.

Витрата реагенту на нейтралізацію розраховується виходячи з дози реагенту і витрати стічних вод:

G = , кг/доба, де

k - коефіцієнт запасу витрати реагенту, для вапняного молока 1,1; для вапняного тесту і сухого вапна 1,5.

В - кількість активної частини в товарному продукті.

Q - витрата стічних вод, м³/доба.

- доза реагенту по активному продукті, кг/м³.

Доза реагенту розраховується по стехиометричному рівнянню по концентрації нейтрализуючей кислоти. Якщо в кислих стічних водах міститися солі важких металів, то дозу реагенту варто збільшити на реакцію утворення нерозчинних з'єднань цих металів, тобто

G = , де

- доза реагенту для перекладу металів у нерозчинні з'єднання.

Наприклад, при нейтралізації гашеним вапном стічних вод, що містять 1,5 кг/м³ сарною кислоти і 0,5 кг/м³ сульфату заліза відбуваються наступні реакції:

H₂SO₄ + Са(ВІН)₂ = СаSO₄ + 2H₂O.

98 74

1,5

FeSO₄ + Ca(OH)₂ = Fe(OH)₂ + CaSO₄.

152 74

0,5

Тоді доза реагенту для нейтралізації кислоти:

= кг/м³.

Доза реагенту на реакцію із сульфатом заліза:

= кг/м³.

Процеси реагентної нейтралізації стічних вод здійснюються в нейтрализаційных установках, основними елементами яких є: піскоуловлювачі, усереджувачі, змішувач стічних вод з реагентом, камери реакції, чи відстійники осветлители, реагентне господарство, пристрої для хімічного контролю за ступенем нейтралізації, спорудження для обезвожи-вания і складування опадів. Реагентне господарство включає склад нейтралізуючого реагенту, розчинні і видаткові баки, дозатори робочих розчинів реагентів.

При наявності на підприємствах кислих і лужних стічних вод може вироблятися їхня взаємна нейтралізація. При цьому необхідно звертати увага на те, щоб при змішуванні цих стічних вод не утворювалися речовини, здатні давати з повітрям пальні чи вибухонебезпечні суміші.

Нейтралізація солянокислих і азотнокислих стічних вод, а також сірчанокислих стічних вод при концентрації сірчаної кислоти не більш 1,5 г/л може здійснюватися фільтраційним способом. Для завантаження фільтрів застосовують такі нейтралізуючі реагенти, як доломить, вапняк, магнезит, крейда, мармур. Крупність фракцій завантаження повинна складати 3-8див, розрахункова швидкість фільтрування 5м/година, тривалість контакту не менш 10хвилин. Застосування таких фільтрів можливо, якщо в результаті нейтралізації не утворяться нерозчинні речовини, здатні забивати пори чи фільтрів покривати поверхня нейтралізуючої завантаження, утрудняючи доступ до неї кислоти. Таким чином, нейтралізація фільтраційним способом може здійснюватися за умови відсутності в кислих стоках розчинених солей металів і якщо концентрація сірчаної кислоти не перевищує 1,5г/л, тому що більш високі концентрації приводять до утворення сульфату кальцію, кількість якого більше його розчинності і він починає випадати в осад. Якщо завантаження виконується з карбонату магнію останні обмеження знімаються, тому що розчинність сульфату магнію досить висока (355г/л по MgSO_4.7H₂O).

Конструкція вертикального фільтра для нейтралізації стічних вод приведена на мал.36.

Рис.36. Вертикальний фільтр для нейтралізації стічних вод.

 

1.Подача кислих стічних вод; 2.Прийомна камера; 3.Завантаження нейтралізуючого реагенту; 4.Підтримуючий шар гравію; 5.Дренаж;6.Випуск нейтралізованих стічних вод.

Висоту шаруючи завантаження визначають по формулі С.А.Вознесенська:

Н = kdⁿ(3+lgb), де

k і n - емпіричні константи;

d - діаметр зерен завантажувального матеріалу, мм;

b - концентрація кислоти; г-экв/л;

- швидкість фільтрування, м/година.

Приведене рівняння справедливе для сірчаної кислоти, для інших кислот потрібно експериментальна його перевірка.

Площа фільтрування в мг:

, де

Q - витрата стічних вод, м³година;

Добова витрата завантажувального матеріалу, т/сут:

M = , де

з - концентрація кислоти в стічних водах, кг/м³;

m – стехиометричний коефіцієнт, обумовлений по рівнянню реакції;

Q - витрата стічних вод, м³/доба.

Тому що повне використання активної частини завантажувального матеріалу фільтра неможливо, те фактична витрата матеріалу дорівнює:

М_Ф = 1,5^. М.

Тривалість роботи фільтра без перевантаження нейтралізуючого матеріалу визначається по формулі:

, де

Р - маса матеріалу, що завантажується у фільтр.

Для нейтралізації можуть бути використані також і горизонтальні фільтри.

При проектуванні установок по нейтралізації кислих стічних вод усі резервуари, трубопроводи й устаткування, що стикаються зі стічними водами, варто приймати з кислототривкого чи матеріалу передбачати надійну ізоляцію.

 

 

ЛЕКЦІЯ 19