Курсовая работа: Получение хрома из промывных вод процессов гальваностегии
ВВЕДЕНИЕ
Строгие требования органов охраны окружающей среды не позволяют сбрасывать непосредственно в водоемы или канализацию сточные воды, содержащие хром, например в виде хромовой кислоты, хроматов металлов и т. п. Кроме того, хром является дорогостоящим металлом и его извлечение из хромсодержащих растворов является желательным и с экономической точки зрения. Уже длительное время существует потребность в экономичном и эффективном способе удаления хрома из сточных вод и его регенерации.
Глава 1. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОРОШКООБРАЗНЫХ ФЛОКУЛЯНТОВ
Сточные воды гальванических производств обычно содержит примеси загрязняющих веществ, относящихся по классификации Л.А Кульского к IV группе, то есть в виде ионно – диспергированных соединений, в том числе катионов тяжелых металлов, токсичных анионов в виде хромата, бихромата и др.
Анализ работ по очистке и обезвреживанию таких сточных вод показывают, что выбор наиболее рациональной схемы очистки, предусматривающей и выделение шламов водоочистки с целью дальнейшего их использования, должен быть основан на сочетании или комбинировании реагентов, физико – химических и механических методов. Кроме того, при использовании реагентов для осаждения примесей часто образуются малорастворимые соединения в коллоидном состоянии, что требует включения в схему очистки таких процессов, как коагуляции, флокуляции (1).
В сточных вод содержится, помимо таких ионов, как Zn2+ , Cu2+ , Ni2+ , Cd2- , Fe2- , Cr (VI) в виде анионов CrО4 2- , Cr2 О7 2- , трудно переводимых реагентами в нерастворимые соединения. Это потребовало предварительной обработки кислых сточных вод, заключающейся в восстановление Cr (VI) в Cr (III). В качестве восстановителя нами использован FeSO4 для того, чтобы на последующих стадиях очистки он выполнял роль коагулянта и участвовал в гетерокоагуляции в виде Fe (OH)3 .
Восстановление Cr (VI) в Cr (III) протекает по схеме:
CrО4 2- + Fe2+ + 8 Н → Cr3+ + Fe3+ + 4 Н2 О
Далее с помощью щелочных реагентов – NaOH, Na2 СО3 , NH4 OH,Са (ОН)2 – осуществляется как нейтрализация сточных вод, так и перевод в гидрооксиды, выпадающие в осадок при соответствующих значениях рН. Установлено, что наиболее полный перевод ионов в гидроксиды обеспечивается при рН=8,5-9,5. Интервалы рН осаждения гидрооксидов, структура осадка и соответственно скорость осаждения зависят от природы добавляемого щелочного реагента.
В случае NaOH из – за проявления амфотерных свойств гидроксидами цинк, хрома интервал рН осаждения узок; при использовании NH4 OH возможно образование аммиакатов, и степень осаждения ниже. Более перспективны Na2 СО3 образующиеся гидрооксиды имеют рыхлую аморфную структуру, медленно осаждающую и уплотняющуюся во времени.
Для ускорения процесса осаждения образующихся гидрооксидов нами использован порошкообразный флокулянт ПМАК, который зарекомендовал себя как флокулянт.
После предварительной обработки сточных вод растворами FeSO4 и Na2 CO3 добавляли порошкообразный флокулянт. Количество добавляемых реагентов регулировалось до значения рН, которые доводили при обработке FeSO4 до рН=2 – 2,5 и до 8,5 – 9,5 – при дальнейшей обработке FeSO4 для перевода инов тяжелых металлов в дисперсное состояние в виде нерастворимых гидроксидов (2). Приведенные на рис.1 кривые показывают, что с увеличением добавок порошкообразных полиэлектролитов степень осветления
где V и Vобщ. - объем отстоя и общий объем соответственно сточной воды увеличивается, достигая 80% при дозе ПМАК – 50 мг/л. При этом ускоряются процессы хлопьеобразования и осаждения агрегатов в результате значительного увеличения их размеров и прочности (3).
Рис.1 Кинетика осветления сточных вод гальванического производства в присутствии ПМАК: 1 – без ПМАК, 2 – 0,5, 3 – 5, 4 – 12,5, 5 – 25, 6 – 50 мг/л
На основе коллоидно – химических аспектов водоочистки обоснована необходимость регулирования фазо – дисперсного состояния примесей в сточных водах гальванического производства, выбрана рациональная схема комплексной реагентной обработки, включающей применение фллокулянтов для интенсификации процессов разделения фаз.
ГЛАВА 2. ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Химическая очистка сточных вод гальванического производства делится на два типа очистки: нейтрализация нежелательных примесей и выведение в осадок растворенных веществ. Основным преимуществом химической очистки сточных вод производства считается его низкая чувствительность к изначальному количеству содержащихся в воде загрязнителей — посредством химической очистки сточных вод гальванического производства из воды удаляется любое количество примесей. Среди недостатков химических методов очистки сточных вод производстваможно назвать как высокую стоимость используемых реагентов, так и потребность в доочистке сточных вод, которые после очистки содержат как остаточные количества самого реагента, так и побочные продукты реакции, а также образовавшийся в ходе реакции осадок. Химическая нейтрализация растворенных загрязнителей предполагает введение в воду различных реагентов, которые вступая в реакцию образуют с загрязнителем безопасные для человека соединения, чье наличие в воде допустимо. Нейтрализация как самостоятельный метод очистки сточных вод гальванического производства чаще всего применяется для окончательной очистки, после которой сточные воды подлежат спуску в водоемы. Нейтрализация является деструктивной мерой очистки сточных вод производства, используемой в тех случаях, когда находящиеся в воде примеси не имеют ценности и не могут быть повторно использованы на производстве. Химическая очистка сточных вод гальванического производства методом выведения в осадок загрязнителя также является высокоэффективной мерой очистки, которая позволяет удалить из воды любые количества загрязнителя. В ходе очистки сточных вод производстваподобными методами в воду добавляются различные реагенты, которые образуют с загрязнителем нерастворимые или малорастворимые соединения. Основным недостатком этого метода очистки сточных вод гальванического производства является необходимость дополнительной механической очистки воды, которая удалит из воды образовавшийся осадок. В качестве механической меры доочистки сточных вод гальванического производства используются самые разнообразные методы и их сочетания: так, например, зачастую применяется коагуляция с последующим отстаиванием и фильтрацией воды. Это сочетание считается одним из наиболее надежных мер, так как в процессе из воды удаляется практически весь образовавшийся осадок. При выборе химической очистки сточных вод производства как основной меры очистки воды наибольшим приоритетом обладает подбор оптимального реагента и расчет необходимой для успешной очистки сточных вод гальванического производства дозы реагента. Выбор реагента осуществляется на основе данных о составе воды, которые определят как наличие в воде того или иного загрязнителя, так и его количество. Оптимальная доза реагента для химической очистки сточных вод гальванического производства — это такая доза, которая позволит вывести в осадок или нейтрализовать все количество содержащегося в воде загрязнителя, но при этом не будет избыточной, то есть остаточное количества реагента в воде после очистки не будет превышать установленных ГОСТом норм.
Метод ионного обмена, используемый для очистки сточных вод гальванического производства.
Не менее эффективным сегодня считается метод очистки сточных вод производства ионным обменом. Ионный обмен — это процесс обмена ионами между водой и ионообменными материалами. При подобного рода очистки сточных вод гальванического производства из воды удаляются ионы тяжелых металлов, чего достаточно для соответствия воды всем нормам и стандартам. Использование ионного обмена в системах очистки сточных вод гальванического производства предполагает использование фильтрами системы водоподготовки особого рода материалов — ионообменных смол, в ходе фильтрации воды через которые и производится ионный обмен. Ионообменные смолы — это синтетические смолы, на поверхности гранул которых закрепляются свободные иониты тех или иных нейтральных человеку веществ. В ходе работы фильтров системы очистки сточных вод гальванического производства производится механическая фильтрация воды через слой ионообменного материала. При контакте с водой гранулы фильтрующего материала разбухают, свободные иониты теряют связь с поверхностью смолы в следствии чего переходят в состав смолы, а ионы тяжелых металлов, напротив, оседают на поверхности загрузки. Этот метод очистки сточных вод гальванического производства сегодня считается одним из наиболее эффективных и безопасных методов. Безопасность метода объясняется отсутствием влияния очистки на физико-химические свойства воды. В отличии от химической очистки сточных вод гальванического производства этот метод безреагентный, что исключает возможность попадания реагента или продуктов реакции в очищенную воду. Также среди преимуществ этого метода очистки сточных вод производства можно назвать его экономичность: в процессе очистки не задействованы какие-либо расходуемые материалы, кроме прочной и долгосрочной ионообменной смолы. Со временем загрузочный материал подобных фильтров очистки сточных вод гальванического производства засоряется и истирается, что приводит к необходимости постоянной его промывки, а также нечастой замены. Для промывки загрузочных материалов используются различные регенерационные растворы, которые не только удаляют с поверхности смолы ионы тяжелых металлов, но и восстанавливают слой свободных ионитов необходимых для произведения эффективной очистки сточных вод гальванического производства.
Сорбционная очистка сточных вод гальванического производства.
Сорбционная очистка сточных вод производства — это процесс поглощения частиц загрязнителя различными фильтрующими материалами. Основным критерием при выборе того или иного фильтрующего материала являются сорбционные свойства материала, так как именно от них зависит эффективность очистки сточных вод гальванического производства. Среди критериев выбора фильтрующего материала можно назвать несколько основных свойств материала:
Механическая прочность материала.
От механической прочности используемого для сорбционной очистки сточных вод гальванического производства материала напрямую зависит качество очистки воды. Непрочные материалы при взаимодействии с загрязненной водой быстро истираются и повреждаются, что приводит к ухудшению работы сорбционных фильтров, так как задействование всего объема фильтрующего материала в процессе очистки становится невозможным: поврежденные участки материала не участвуют в фильтрации.
Химическая устойчивость материала.
Очистка сточных вод гальванического производства предполагает постоянный контакт фильтрующего материала с различными химически активными веществами, которые могут разрушить тот или иной материал, что опять же приведет к потере эффективности работы системы очистки сточных вод производства. Выбор того или иного материала основывается на его устойчивости к тем веществам, которые содержатся в подлежащей обработке воде.
Сорбционные свойства материала.
Основным критерием при выборе фильтрующего материала для очистки сточных вод гальванического производства становятся его сорбционные качества. Оптимальной структурой для фильтрующего материала считается пористая структура. Процесс сорбционной очистки сточных вод гальванического производства — это процесс задержания частиц загрязнителя в порах фильтрующего материала, поэтому предпочтение при выборе фильтрующего материала отдается материалом с сильнопористой поверхности, поры которой различны по размеру.
Сорбционная очистка сточных вод гальванического производства считается одной из наиболее эффективных и экологически чистых мер водоочистки. Единственным минусом сорбционной очистки сточных вод производства считается использование не возобновляемых материалов: засорившиеся фильтрующие материалы подлежат обязательной замене. Мембранные технологии очистки сточных вод гальванического производства. Одной из самых эффективных мер очистки сточных вод производства считается использование мембранных технологий. Мембранные методы очистки сточных вод гальванического производства — это процесс процеживания воды через полупроницаемые мембраны под давлением. В ходе подобного рода очистки сточных вод производства из воды удаляется до 98% всех растворенных веществ, в том числе и тяжелых металлов — основных загрязнителей сточных вод гальванического производства. Процесс очистки сточных вод производства при помощи мембранных методов основывается на технологии обратного осмоса, при котором загрязненная вода разделяется на две неравные части. Полупроницаемая мембрана в ходе очистки сточных вод гальванического производства отделяет меньший объем воды с большей концентрацией растворенных веществ от чистой воды, избавленной от любого рода примесей. Очистка сточных вод производства мембранным методом осуществляется на молекулярном уровне, что позволяет судить о высокой эффективности этой технологии водоочистки.
Для успешной работы мембранных фильтров очистки сточных вод производства необходимо производить периодическую промывку мембраны, в ходе которой с ее поверхности удаляются частицы загрязнителей. При полном засорении мембраны теряется ее проницаемость и в итоге вода не проходит сквозь нее, что приводит к отказу фильтров очистки сточных вод производства.
Основным недостатком мембранной очистки сточных вод гальванического производства считается чувствительность мембран к механическому воздействию, а также к некоторым химически активным веществам. При выборе технологии очистки сточных вод производства рекомендуется произвести полный анализ воды, который выявит необходимость проведения предварительных мер очистки до подачи воды в мембранные фильтры очистки сточных вод гальванического производства.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--