Расчет суммарных концентраций СВ в усреднителе

В усреднитель поступающие с трёх технологических процессов стоки, имеют различные составы. Так как все ванны имеют разный компонентный состав, то происходит трехкратное разбавление всех имеющихся концентраций

Согласно проведенным расчетам в таблице 2 приведены итоговые концентрации поступающие в усреднитель а после на сооружения очистки.

Таблица №2

Вещество	Концентрация вещества мг/дм	Эквивалентная масса	Концентрация вещества мг*экв/дм	Kt мг*экв/дм	An мг*экв/дм
Na2CO3	108,84	53,00	2,05	2,05	2,05
HCl	256,50	36,45	7,04	7,04	7,04
FeSO4	4395,00	79,78	55,09	55,09	55,09
CuSO4	1870,67	80,99	23,10	23,10	23,10
Н2SO4	339,00	49,00	6,92	6,92	6,92

 

Ниже в таблице 3 приведен ионный состав воды поступающий в усреднитель:

 

Таблица №3

Вещество	Катионы	Анионы
H	Na	Fe	Cu	CO3	SO4	Cl
Na2CO3		2,05			2,05
HCl	7,04						7,04
FeSO4			55,09			55,09
CuSO4				23,10		23,10
Н2SO4	6,92					6,92
Итого:	13,96	2,05	55,09	23,10	2,05	85,11	7,04

 

Из полученных табличных данных составляем диаграммы ионного состава сточной воды поступившей в усреднитель:

Согласно химическим составам процесса обезжиривания и травления в усреднитель поступают кислые и щелочные воды соответственно. В процессе смешения будет происходить процесс нейтрализации. В результате процесса произойдёт изменение в результате чего часть ионов водорода при взаимодействии с карбонат-ионом перейдёт в форму гидрокарбонатов, а затем в углекислый газ в эквивалентном количестве, в два этапа, по уменьшению ионизации:

· При константе ионизации К₂=10,32:

НСО₃=Н⁺+СО₃^2-

· При константе ионизации К₁=6,35:

Н₂СО₃=Н⁺+НСО₃^2-

В результате чего углекислота распадается на углекислый газ и воду:

Н₂СО₃=Н₂O+СO­₂^-;

Диаграмма после процесса нейтрализации сточной воды в усреднителе представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Диаграмма состава сточной воды в усреднителе после нейтрализации

По результатам расчетов в процессе смешения и нейтрализации образуются кислые сточные воды с большой концентрацией тяжелых металлов в виде двухвалентных железа и меди.

Удаление железа и меди

Для обезжелезивания сточной воды был принят метод глубокой аэрации, установленной в усреднителе. В процессе аэрации происходит окисление двухвалентного железа в трехвалентное после чего гидроксид железа легко отделяется от жидкостной фазы простым отстаиванием. Кроме окисления железа произойдет отдув углекислого газа из воды. Реакция окисления железа в водном растворе протекает по следующей реакции:

При окисление иона железа кислородом происходит изменение его валентности с Fe²⁺ до Fe³⁺ и соответственно изменяется его эквивалентная масса:

М_Э(Fe³⁺)= = =82,62 мг*экв/дм³;

После перехода в другую валентность железа, из воды выделяется гидроксид ион в количестве равном:

ОН^-=82,62- 55,09=27,53 мг*экв/ дм³;

Рисунок 4.1 – Диаграмма сточной воды при переходе Fe²⁺ к Fe³⁺

В результате образование гидроксидов произойдет взаимодействие Н⁺ и ОН^- с образованием воды, после чего останется часть гидроксидов:

ОН^-= ОН-Н^+-=27,53-11,91=15,62 мг-экв/дм³;

Диаграмма сточной воды после реакции представлена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Диаграмма состава сточной воды после аэрации

Значение рН, соответствующее началу осаждения гидроксида железа и гидроксида меди и полному его осаждению будут 6,4-8,0 и 7,5-10 единиц соответственно. Так как в воде среда щелочная то часть имеющихся гидроксидов пойдет на окисление железа и меди но так как остаточных анионов ОН не достаточно то требуется ввести реагент для доведения гидроксогруппы для необходимого значения. В качестве реагента вводим едкий натр технический марки ТР, и долей активного вещества 69,85%. Доза щелочи для нейтрализации с учетом имеющейся ОН группы будет равна:

Доза для окисления железа будет равна:

= *40=(82,62-15,62)*40=2680 мг /дм³;

Доза для окисления цинка будет равна:

= *40=23,10*40 = 924 мг /дм³;

Доза для доведения рН до 10:

рН₀=7=> рН_треб.=10

Р_ОН=14-10=4

Д_NaOH=1*10^-4-1*10^-7≈1*10^-4 г*экв/дм³;

1*10^-4 * =1*10^-4 *40*10³= 4 мг/ дм³;

После введения NaOH и достижения рН=10 единицам.

 

Общая доза технического продукта будет равна:

= = 5165,35 мг/ дм³
(5,16535 г/дм³)

 

После введения реагента сточная вода направляется в отстойник, где происходит осаждение гидроксидов железа и меди. Далее для нейтрализации избыточной щелочности воды вводится соляная кислота. Доза соляной кислоты для доведения сточной воды определяется по формуле:

мг*экв/ дм³= ;

Итоговая диаграмма сточной воды после всех протекающих реакций при введении реагента в сточную воду представлена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 – Диаграмма состава сточной воды после реагентного удаления железа и меди

 

Расчет усреднителя

Расход и концентрация загрязнений производственных сточных вод могут колебаться в течение суток в широких пределах. Для исключения колебаний расхода сточной воды поступающей на очистку необходимо предусматривать регулирующие емкости — усреднители, обеспечивающие возможность равномерной подачи сточных вод с усредненной концентрацией на очистные сооружения.

Наиболее полное перемешивание может быть достигнуто барботерами, мешалками, насосами (рисунок 5.1). Барботирование (перемешивание сточной воды сжатым воздухом) производится через перфорированные трубы с отверстиями, расположенными снизу.

Рисунок 5.1 – Усреднитель барбатажного типа

 

Для определения емкости уследнителя необходимо знать наибольший объем подлежащий заполнению в течении суток. Для этого по таблица 5.1 определяем наибольший объем заполняемый в течении двух рабочих смен.

 

Таблица 5.1 Приращение объема водной массы D W, м³;

Часы суток	Поступление в %	Подача в усреднитель qi м3 /ч	Расход после усреднителя qex м3 /ч	Поступление в емкость, ∆qi м3	Расход из емкости ∆qi м3	Остаток в емкости
∆Wi м3
0-1.
1-2.
2-3.
3-4.
4-5.
5-6.
6-7.
7-8.
8-9.	3,125	43,767	62,517		18,75
9-10.	6,25	62,517	62,517	-	-
10-11.	6,25	62,517	62,517	-	-
11-12.	9,375	81,267	62,517	18,75	-	18,75
12-13.	3,125	43,767	62,517	-	18,75
13-14.	6,25	62,517	62,517	-	-
14-15.	6,25	62,517	62,517	-	-
15-16.	9,375	81,267	62,517	18,75	-	18,75
16-17.	3,125	43,767	62,517	-	18,75
17-18.	6,25	62,517	62,517	-	-
18-19.	6,25	62,517	62,517	-	-
19-20.	9,375	81,267	62,517	18,75	-	18,75
20-21.	3,125	43,767	62,517	-	18,75
21-22.	6,25	62,517	62,517	-	-
22-23.	6,25	62,517	62,517	-	-
23-24	9,375	81,267	62,517	18,75	-	18,75
Всего		1000,272	62,517

Согласно расчетам, приведенным в таблице 5.1, максимальный объем усреднителя составит 18,75 м³.

Принимаем двух секционный усреднитель, тогда площадь одной секции будет:

;

Где:

W-объём усреднителя 18,75 м³;

n-количество секций, 2 шт.

H-глубина усреднителя 1 м.

 

Назначается ширина секций B и определяется длинна усреднителя L:

Определяетя скорость продольного движения воды v:

Скорость не должна превышать V<0,0025
0,0005 м/с следовательно условие выполняется.

 

Для аэрации сточной воды проектируются трубы-барботёры, которые укладываются вдоль резервуара на подставках высотой 6 см. Глубина погружения барботёров H_b=2 м.

В качестве барботеров принимаются полиэтиле­новые перфорированные трубы.

Так как в усреднителе производится аэрация воды, то для определения интенсивности подачи воздуха требуется доза кислорода используемого в процессе окисления железа.

На окисление 1 мг двухвалентного железа расходуется 0,143 мг кислорода. Для обеспечения высокой скорости химической реакции содержание кислорода в воде должно быть 0,5-0,9 мг на 1 мг железа. Исходя из этого, количество подаваемого в систему кислорода будет равно:

= =1,4 г/дм³ (1,4 кг/м³);

Один м³ воздуха равен 1,27 кг, и имеет содержание О₂= 21% тогда масса кислорода будет равна:

m(О₂)=1,27*0,21=0,267 кг О₂/м³;

 

Из полученного количества кислорода только 20 % вступают в реакцию с железом, тогда полезная масса кислорода вступающая в реакцию будет равна:

m^п(О₂)=0,267*0,20=0,0534 кг О₂/м³_.

Количество воздуха необходимое на подачу в усреднитель рассчитываем как отношение требуемой массы кислорода в 1 м³ к массе кислорода в 1 м³ воздуха. Тогда:

м³/ч = 0,263 м³/мин;

Для интенсивного перемешивания СВ в усреднителе 1 повышаем расход до 1 м³/мин.

Для подачи воздуха принимаем одну воздуходувку фирмы KAESER модели ВВ 51С производительностью 2,17 м³/мин, избыточным давлением 1000 мбар. и диаметром трубопровода 50 мм. Габариты установки 800х790х1120 мм.

Подбор и расчет сооружений

Подбор камер реакций

Для смешения реагента с водой требуются сооружения, обеспечивающие полное смешивание его с водой. В качестве такого сооружения была принята вертикальная камера реакций с механическим перемешиванием фирмы «Уралтехнострой-Туймазыхиммаш» (Рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 – Вертикальная камера реакций с механическим перемешиванием фирмы «Уралтехнострой-Туймазыхиммаш»

Данные аппараты применяются для проведения химических реакций. В зависимости от свойств среды комплектуются моторредукторами МПО-1 и МПО-2 различных мощностей и числом оборотов, торцевыми и сальниковыми уплотнениями. По конструкции перемешивающие устройства изготавливаются: пропеллерные, турбинные, лопастные, рамные. Объёмы камер реакций далее КР, принимаем из расчета пребывания сочных вод в камере 10 минут.

В потоке предусмотрена одна точка ввода реагента. Объемы подбираем по 10 минутному пребыванию воды.

Условно обозначим камеру реакций как КР-1.

Объем находим по формуле:

*0,1667=10,42 м³;

Где: Q_п – расход после усреднителя м³/ч;

– время пребывания сточной воды в КР, 10мин. (0,1667 ч);

Исходя из полученного объема принимаем КР характеристиками представленными в таблице 6.1:

 

Таблица 6.1 – Характеристика камеры реакций

Объем полный, м3	до 20
Диаметр внутренний, мм
Длина, мм
Ширина, мм
Высота, мм
Температура стенки, 8С	от – 60 до + 250
Материальное исполнение	углеродистая сталь
Масса аппаратов, кг
расчетным давлением в корпусе, МПа	0,6
Толщина стенок,мм	2Х18
Тип мешалки	МПО-1
Диаметр мешалки, мм
Числом оборотов, об/мин