Проект очистки масло-шламовых сточных вод завода Топливная аппаратура электрохимическим методом - Экология - Скачать бесплатно
Министерство общего и профессионального образования РФ
Ярославский государственный технический университет
Кафедра охраны труда и природы
Курсовой проект защищён
с оценкой______________
Руководитель
к.т.н., доцент
__________И.В. Савицкая
Расчётно-пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине
«Промышленная экология»
Тема: Проект очистки масло-шламовых сточных вод завода «Топливная
аппаратура» электрохимическим методом
ОТП 09.26.32.07.023 КП
|Нормоконтролёр |Проект выполнил |
|К. т . н., доцент |Студент гр. ХТОС-52 |
|______________И.В. Савицкая |________________ Д.Б. Булгаков |
|“___”____________2001 г. |“___”____________2001 г. |
2001
РЕФЕРАТ
44 с., 5 рис., 8 табл., 11 источников
МАСЛО-ШЛАМОВЫЕ СТОКИ, ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯТОР, ОЧИСТКА, УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ.
Объектом исследования является установка по очистке масло-шламовых
сточных вод механо-сборочного корпуса №4 (МСК-4), площадка «Е» ЯЗТА методом
электрокоагуляции.
В ходе работы проведён литературный обзор, в котором рассматриваются
различные методы очистки масло-шламовых сточных вод, составлена
технологическая схема процесса очистки, составлен материальный баланс
процесса, проведён расчёт электрокоагулятора с железными электродами и
разработана его конструкция, предложены способы утилизации шлама, который
образуется в процессе очистки масло-шламовых сточных вод.
Содержание
Введение 5
1. Литературный обзор. 7
1.1 Очистка стоков коагуляцией 7
1.2 Очистка воды озонированием 8
1.3 Очистка воды адсорбцией на углях 8
1.4 Очистка воды с помощью ионообменных смол и полимерных адсорбентов 10
1.5 Очистка воды пенообразованием 11
1.6 Применение электрохимических методов для очистки стоков 13
1.6.1 Электрокоагуляция 13
1.6.2 Очистка с использованием нерастворимых электродов 18
1.7 Физические методы 19
2. Основная часть 22
2.1 Характеристика масло-шламовых стоков. 22
2.2 Состав сточной воды после очистки 23
2.3 Описание технологической схемы. 24
2.4 Характеристика технологического оборудования 27
2.5 Утилизация осадков 28
2.6 Материальный баланс 29
2.7 Расчёт электрокоагулятора с Fe-электродами 31
2.8 План расположения оборудования 34
3. Охрана труда 36
3.1 Общие требования безопасности (санитарно-гигиеническая
характеристика производства) 36
3.2 Взрыво - и пожароопасные показатели веществ и материалов 38
3.3 Требования безопасности во время работы 38
3.4 Требования безопасности в аварийных ситуациях 39
3.5 Требования безопасности по окончании работы 40
Заключение 41
Список использованных источников 42
Приложение 1 43
Перечень графического материала 44
Введение
Развитие машиностроения ведёт к увеличению объёмов и видов стоков.
Поэтому очистка промышленных сточных вод предприятий становится одной из
важнейших экологических проблем.
Защита водных бассейнов от загрязнения промышленными сточными водами
наиболее полно реализуется при внедрении оборотных циклов водоснабжения,
которое возможно только при полной очистке сточных вод от токсичных
ингредиентов.
Согласно проекту основными загрязнителями масло-шламового стока
являются отработанные моющие растворы, содержащие смытые с деталей
доводочные пасты, остатки СОЖ и минеральных масел, выносимых поверхностью
деталей, а так же пассивирующие растворы нитрита натрия.
Фактически в масло-шламовый сток поступает значительно больше
загрязнений ненормированного состава:
- загрязнения, поступающие при чистке размывом ёмкостей подвального
помещения станции нейтрализации, содержащие минеральные масла,
консистентные смазки в смеси с механическими загрязнениями,
окислами и гидроокислами железа;
- Аварийные разливы из емкостей подвального помещения станции
нейтрализации;
- Различные загрязнения полов производственных помещений основного
производства и станции нейтрализации во время еженедельной влажной
уборки помещений.
Загрязнения, поступающие при очистке емкостей подвального помещения
размывом струёй горячей воды способствуют резкому загрязнению электродов
прилипающими смазками. Объём стока повышается при этом на 27-34% от общего
суточного количества, происходит резкий разовый выброс зашламляющих
электроды веществ.
Неравномерность поступления объёмов и различия составов масло-
шламового стока обусловлены так же технологией мойки деталей в основных
цехах – неравномерностью сбрасывания отработанных растворов в течение
смены, рабочего дня, недели, месяца.
Значительные колебания фактической величины масло-шламового стока
зависят так же от совокупности следующих причин: интенсивности работы
промывных ванн, неравномерности поступления деталей в производство, наличие
протечек грунтовых вод в канализационные колодцы масло-шламовой
канализации.
1. Литературный обзор.
Характеристика методов очистки масло-шламовых стоков.
1 Очистка стоков коагуляцией
В основном рассматривается эффективность таких коагулянтов, как
сернокислый алюминий, сернокислое железо. Исследователи приводят различные
данные по применимости данного метода и эффекту очистки в случае различных
концентраций ПАВ.
Для удаления из воды сульфонатов при их начальном содержании 1—1000
мг/л и рН=6,5—8,5 концентрация коагулянта должна быть равной концентрации
ПАВ, причем для доочистки предлагается использовать активированный уголь.
Разработан метод удаления ПАВ анионных моющих средств, включающий
обработку вод раствором, содержащим 0,5% Са(ОН)2 и 0,6% FeCl3. При этом
детергент в концентрации 3 г/л почти полностью выпадает в виде хлопьев. На
данной установке образуется значительное количество осадка, который
необходимо удалять на полигон захоронения.
Удаление ПАВ в малых концентрациях требует значительных затрат. Так,
при содержании анионных ПАВ 1— 20 мг/л для достижения эффекта очистки 98,3%
вводился коагулянт в концентрации 30—1000 мг/л, добавлением каустической
соды значение рН поддерживалось в пределах 5—10, после чего подмешивался
сульфат натрия 200—5000 мг/л и после коагуляции 1—50 мг/л полиэлектролита.
Путем пенной сепарации происходило разделение фаз, и перешедшие в пену ПАВ
выводились из системы.
1.2 Очистка воды озонированием
Озонирование является одним из перспективных методов очистки стоков от
ПАВ. В результате его использования образуются продукты, которые не
являются токсичными и не воздействуют отрицательно на естественные био- и
гидрохимические процессы в открытых водоемах, куда их сбрасывают. Считается
целесообразным использовать озонирование для удаления низких концентраций
ПАВ (4,5 мг/л), хотя имеются предложения по использованию этого метода и в
случае значительно более высоких концентраций (до 200 мг/л). Снижение
содержания натриевых солей нефтяных сульфокислот на 90% достигалось за 30
мин озонирования. Расход озона составил 5 мг на 1 мг ПАВ.
Для эффективного проведения озонирования необходимо подбирать
определенные условия: рН среды, время контакта, концентрацию окисляемых
ПАВ. Так, при озонировании стоков с концентрацией ПАВ 26 мг/л в щелочной
среде (рН= =9—10) полное разложение достигалось уже в первые 3—5 мин, В
слабокислой среде (рН=5,0) скорость озонирования в 5— 6 раз меньше. При
концентрации ПАВ 14 мг/л полное разложение происходит за 1—3 мин при
концентрации озоно-воздушной смеси в стоках 9,5—15,0 мг/л и рН>8,0.
1.3 Очистка воды адсорбцией на углях
В большинстве случаев адсорбционной очистки сточных вод используется
неизбирательный обратимый процесс физической адсорбции, обусловленной
силами межмолекулярного взаимодействия Ван-дер-Ваальса, протекающий с
высокой скоростью. Соединения адсорбируются в недиссоциированном состоянии,
физическая адсорбция осложнена физико-химическим взаимодействием адсорбата
(адсорбируемого вещества), адсорбтива (растворителя) и адсорбента.
Адсорбенты, применяемые для очистки воды, должны удовлетворять ряду
требований: иметь большую сорбционную емкость; обладать высокой
механической прочностью; легко регенерироваться; иметь низкую стоимость.
Большая поверхность адсорбции свойственна веществам и материалам,
обладающим сильно развитой пористой структурой или находящимся в
тонкодисперсном состоянии.
В процессе очистки сточных вод от ПАВ могут применяться следующие
адсорбенты: активированные угли, ионообменные смолы, неорганические осадки,
различные сорта ископаемых углей, полимерные сорбенты.
Активированные угли давно известны как эффективные сорбенты
органических веществ из водных растворов. Адсорбенты имеют макро-,
переходные и микропоры. Макропоры имеют средний радиус более 10-7 м и
удельную поверхность 0,5—2,0 м2/г и не играют заметной роли в сорбционной
емкости, являясь транспортными каналами, по которым адсорбируемые молекулы
проникают вглубь частиц адсорбента. Переходные поры имеют эффективные
радиусы в интервале от (1,5—1,6)*10-9 до 10-7 м и удельную поверхность
20—100 м2/г и в них адсорбируются вещества с крупными молекулами. Средние
радиусы микропор менее (1,5—1,6) •100-9 м и удельная поверхность 200—850
м2/г.
По соотношению объемов различных пор активированные угли делятся на
следующие типы: первый структурный тип, содержащий преимущественно тонкие
микропоры (менее 2*10-9м); второй структурный тип с размерами пор (2—З)*10-
9 м; смешанный структурный тип, содержащий в равной степени как микропоры,
так и макропоры. Для адсорбции газов предпочтительнее угли первого и
второго типов, а для очистки сточных вод—третьего типа. Такими углями
являются угли марок КАД, БАУ, АР-3, АГ и ряд других.
Если ПАВ не диссоциированы или слабо диссоциированы, то они могут
успешно извлекаться углями из сточных вод. Поскольку поверхность углерода
электронейтральна, адсорбция на углях определяется в основном
дисперсионными силами взаимодействия. ПАВ, находящиеся в сточных водах в
виде мицелл, сорбируются наиболее полно.
Из многих марок активных углей для очистки сточных вод от ПАВ лучшим
считается уголь КАД. Наиболее распространенным методом регенерации углей
является термический при температурах 250—400°С с последующей активацией
адсорбента при температурах 800—900°С в среде азота, углекислого газа или
паров воды.
В установках очистки сточных вод адсорбцией на активированном угле
применяется гранулированный уголь. Известны попытки заменить его
порошкообразным, так как последний в 3— 4 раза дешевле гранулированного.
Кроме того, у порошкообразного активированного угля более быстрая кинетика
адсорбции вследствие сокращения пути внутренней диффузии молекул
органических веществ и увеличения внешней поверхности. Регенерация этого
угля осуществляется в специальной печи во взвешенном слое при 650—870°С в
течение нескольких секунд при недостатке кислорода. Однако потери
порошкообразного угля при регенерации составляет 15%, что в 3 раза выше,
чем гранулированого. Стоимость регенерации порошкообразного угля примерно в
2 раза больше, чем гранулированного. Помимо этого возникает много
технологических затруднений при работе с порошкообразным углем, и в
настоящее время предпочтительнее применять гранулированные активированные
угли.
При разработке способов очистки воды с помощью активированных углей
следует учитывать, что эти адсорбенты целесообразно применять на стадиях
доочистки вод, содержащих небольшие концентрации ПАВ (не более 100—200
мг/л).
1.4 Очистка воды с помощью ионообменных смол и полимерных адсорбентов
Крупные органические ионы, как правило, поглощаются ионитом с высокой
степенью избирательности. Сорбция ионитами протекает более эффективно из
разбавленных растворов с содержанием ПАВ менее 100 мг/л. Анионоактивные ПАВ
сорбируются среднеосновными и сильноосновнымй ионитами, причем для
регенерации ионитов рекомендуется использовать водно-органические растворы
солей. Внедрение технологических схем очистки сточных вод с помощью
динамического ионного обмена сдерживает тем, что необходима установка
большого числа ионитовых фильтров со сравнительно коротким рабочим циклом,
после чего необходима их регенерация, связанная с большими затратами
энергии и средств на переработку продуктов регенерации (элюатов). Учитывая
также высокую стоимость ионитов и их дефицитность, очистка воды от ПАВ
методом ионного обмена может рекомендоваться лишь в тех случаях, когда к
воде предъявляются повышенные требования в части отсутствия ПАВ.
Литературных данных по применению полимерных адсорбентов для
извлечения ПАВ недостаточно. Исследованные адсорбенты по эффективности
значительно уступают активированному углю. В динамических условиях ПАВ,
содержащие в молекуле гидрофобные бензольные кольца, адсорбируются
достаточно хорошо. Возможно, полимерные адсорбенты могут быть более
эффективными при условии модификации их путем обработки реагентами,
повышающими сродство поверхности полимеров к адсорбируемым веществам.
1.5 Очистка воды пенообразованием
Метод заключается в адсорбции ПАВ на границе раздела фаз раствор-газ и
в непрерывном снятии поверхностного слоя пены, Таким образом могут быть
удалены многие ПАВ, но необходимо найти оптимальные условия выделения и
создать соответствующую аппаратуру.
Большое влияние на степень извлечения ПАВ оказывает их концентрация в
стоках. Пенное - концентрирование ПАВ эффективно и уместно лишь при
извлечении малых количеств ПАВ в результате резкого увеличения объема
Пенного продукта с ростом концентрации вещества.
При очистке пенной флотацией стоков, содержащих контакт Петрова (смеси
сульфокислот) степень очистки при исходной концентрации ПАВ 400—1200 мг/л
составила 31%. При извлечении ПАВ ОП-7 с содержанием их в стоках до 200
мг/л степень извлечения составила 65%. Эффективность очистки стоков от ПАВ
пенообразованием зависит от ряда других факторов: рН среды, размера
пузырьков барботируемого газа, высоты слоя раствора, температуры, наличия
других ионов в растворе. Поэтому в каждом случае проводится подбор
оптимальных условии проведения процесса флотации. Например, в работе
отмечается, что степень извлечения алкилсульфатов натрия является
наибольшей при скорости подачи воздуха 12 мл/(мин*см2) поперечного сечения
аппарата при высоте слоя раствора не менее 10 см.
При исследовании пенной флотации с додецилбензосульфонатом натрия в
присутствии иона кальция установлено, что наилучшая флотация обеспечивается
при рН=8. Ионы кальция связывают додецилбензосульфонат в адсорбционном слое
и этим способствуют лучшему протеканию процесса флотации. Эффективность
процесса зависит от величины поверхности раздела фаз, ионной концентрации
додецилбензосульфоната, размера зеркала сточных вод во флотаторе,
концентрации ионов кальция.
Флотационную очистку стоков, содержащих 120 мг/л
алкиларилсульфокислот, предлагается проводить с использованием гидроксидов
железа и алюминия при рН=8—9. Применение флотации вместо отстаивания
позволяет снизить объем образующегося осадка с 17—18 до 3,3% и сократить
время обработки воды с 2—5 ч до 0,7 ч: Отмечается, что при увеличении
концентрации ПАВ до 500—600 мг/л ухудшения качества очистки не происходит.
Большое значение в достижении необходимой эффективности очистки имеет
размер пузырьков газа. Чем больше размер флотируемых частиц, тем больше
должен быть радиус пузырьков, необходимых для флотации. К методам насыщения
жидкости пузырьками воздуха или газа относятся подача воздуха через
пористые материалы, механическое диспергирование воздуха, флотация с
выделением воздуха из раствора, биологическая флотация, электрофлотация.
Экспериментально установлено, что размер пузырьков в вакуумных машинах
составляет 0,2—0,5, в компрессионных 0,1—0,2 и в электрофлотационных
0,04—0,2 мм.
6 Применение электрохимических методов для очистки стоков
Как показывает практика применения электрохимических методов, они
обладают существенными преимуществами перед традиционными методами
обработки воды. И в первую очередь они дают возможность в большинстве
случаев отказаться от применения реагентов, реагентного хозяйства, что
наряду со снижением стоимости электроэнергии, позволяет прогнозировать на
ближайшее время еще более широкое их распространение.
7 Электрокоагуляция
Этот метод зачастую оказывается более эффективным, чем реагентная
коагуляция. Так, при очистке стоков от анионоактквных ПАВ типа сульфанол
достигается степень очистки 81,8% при плотности тока 0,5—0,7 А/дм2. Очистку
проводили при повышенной температуре (40—55°С) с использованием железных и
алюминиевых электродов при плотности тока 0,4—2,6 А/дм2 в проточном и
стационарном режимах. Образующийся на поверхности электрокоагулятора пенный
продукт удаляли скребковым устройством в пеносборник. Сточные воды,
содержащие ПАВ, также обрабатывали перед электрокоагуляцией хлоридом
кальция, который предотвращал пассивацию электродов и соответственно
увеличивал эффективность очистки, которая завершалась в течение 15—20 мин
при плотности тока 1,0— 1,2 А/дм2. Концентрацию сульфанола удалось снизить
с 850 до 40 мг/л и взвешенных веществ с 5460 до 25 мг/л при
продолжительности электрокоагуляции 20 мин и плотности тока 2,5 А/дм2.
Расход электроэнергии составил при этом 16 кВт-ч/м3.
Электрокоагуляционная очистка проводится при различных значениях рН
среды. Например, очистку стоков от алкилсульфонатов осуществляют при
рН=11—11,5. В этом случае в качестве щелочного реагента используется оксид
кальция. При.использовании анода из алюминия, а катодов из меди при
плотности тока до 3 А/дм2 за 20—30 мин содержание алкилсульфонатов
снижается с 3600 до 42,5 мг/л.
Небольшие концентрации ПАВ (около 100 мг/л) удаляют электрокоагуляцией
без добавления нейтрализующих агент. При плотности тока 0,23—0,7 А/дм2,
времени пребывания сточной воды в межэлектродном пространстве 1—2 мин при
последующем контакте гидроксидов железа с загрязняющими веществами в
течение 10—15 мин содержание синтетического ПАВ снижалось с 94 до 4,2 мг/л.
Расход электроэнергии составил 2,5 кВт-ч/м3. Для предупреждения пассивации
электродов через 10—15 мин проводилась переполюсовка.
[pic]
Рисунок 1
Технологическая схема установки для электрокоагуляционной очистки
отработанных СОЖ
1- циклонный разделитель; 2—сборник сточной воды; 3 — сборник масла;
4—смеситель-нейтрализатор; 5— колонный электрокоагулятор; б—сборник
отходов;7—источник питания; 8 — насосы
Описывается установка для электрокоагуляционной очистки
концентрированных маслоэмульсионных сточных вод, образующих в цехах
металлообработки предприятий (рис. 1).
Установка включает предварительную обработку воды путем ее подкисления
до заданного значения рН среды, электрокоагуляцию и окончательное
осветление. Блок предварительной подготовки воды, разработанный в
соответствии с рекомендациями Харьковского отделения ВНИИВОДГЕО, состоит из
приемного сборника 2 (см. рис. 1) для накопления сточной воды, происходит
усреднение качественного состава отработанной сборника 3 для приема
отстоявшегося минерального масла, смесителя 4 для подкисления раствором
соляной кислоты исходной щелочной эмульсии до рН=5,2—5,6, а также насосов 8
для перемещения воды и емкости для хранения минеральной кислоты (на рис.
5.1 не показана). В приемном сборнике сточной воды происходит усреднение
качественного состава отработанной СОЖ, осаждение абразивных и
металлических частиц и отстой неэмульгированного масла, попадающего в воду
из гидросистем смазки станков и в результате разрушения эмульсии в процессе
ее длительной эксплуатации. Отстоявшееся масло из сборника направляется в
отделение очистки для его повторного использования.
Усредненную жидкость из приемного сборника подают в смеситель для
понижения щелочности среды. При подкислении отработанной СОЖ, содержащей
ПАВ, соляной кислотой происходит вытеснение из молекул ПАВ ионов щелочных
металлов (в частности, иона Na-) протонами сильной кислоты
RCOONa+H+(RCOOH+Na-, т. е. процесс сопровождается накоплением в
эмульсии хлористого натрия.
Эмульсия из смесителя самотеком направляется в зону коагуляции
колонного электрокоагулятора 5, где она смешивается с электролитом,
содержащим электрогенерированный коагулянт, и мельчайшими пузырьками
водорода, выделяющимися на поверхности катода. В качестве электролита,
подаваемого на электродный блок для образования гидроксида металла,
применяют очищенную воду из отстойника.
Материалом для растворимого анода служит алюминий или его сплавы.
Продукты анодного растворения алюминия непрерывно удаляются из
межэлектродного пространства восходящим потоком электролита и выделяющимся
на электродах газом и смешиваются с очищаемой жидкостью в зоне над
электродами. В результате взаимодействия гидроксида алюминия с капельками
масла и разрушения межфазной адсорбционной пленки на их поверхности
происходит слипание (коалесценция) капелек. Образующиеся укрупненные
частицы масла флотируются на поверхность жидкости пузырьками водорода, а
также транспортируются вверх потоком жидкости. Образующийся на поверхности
жидкости слой отходов в виде пены непрерывно удаляется путем эжектирования
сжатым воздухом.
Очищаемая вода подается в дополнительную зону флотации, расположенную
в отстойной камере. В качестве материалов нерастворимых перфорированных
кольцевых электродов применяется коррозионно-стойкая сталь. Создание в
колонном электрокоагуляторе второй зоны флотации позволяет значительно
повысить производительность аппарата. Очищенная вода направляется на
окончательное осветление в отстойник вертикального типа. Масляные шламы
накапливаются в специальном сборнике 6 и в дальнейшем направляются на
заводы железобетонных конструкций, где используются для смазывания
металлических форм взамен чистого минерального масла. Питание
электрокоагулятора осуществляется от выпрямительного агрегата ВАКР-1200.
Подобная установка эксплуатируется длительное время на Харьковском заводе
«Серп и Молот» и может быть также использована для очистки воды, содержащей
ряд других примесей: жиры, нефтепродукты, полимеры.
Авторами также предложена установка для регенерации отработанных
эмульсий с использованием тех же колонных электрокоагуляторов, которые они
считают наиболее перспективными для удаления из системы загрязняющих
веществ с последующим добавлением в очищенную жидкость недостающего
количества эмульсола. Это позволяет создать систему многократного
оборотного водоиспользования в цехах металлообработки.
Механизм регенерации отработанных эмульсий СОЖ заключается в
селективном удалении из нее избыточного количества частиц дисперсной фазы
путем частичной коалесценции капелек масла электрогенерированным
коагулянтом. Очищенная таким методом СОЖ удовлетворяет в основном
требованиям технических условий к воде для приготовления рабочих растворов
СОЖ. К таким условиям относятся заданная жесткость воды, коррелирующее
действие водной эмульсии, склонность к пенообразованию, устойчивость пены и
ряд других.
Схема регенерации отработанной эмульсии «Укринол-1» по указанному выше
принципу реализована в цехе автоматических линий для обработки деталей на
Мелитопольском заводе транспортных гидроагрегатов. Схема установки
представлена на рисунке 2. Установка состоит из
|
