1. Нейтрализационные установки

Общие сведения. Для нейтрализации кислот можно применять различные вещества, в том числе едкий натр, едкое кали, известь, известняк, доломит, мрамор, мел, магнезит, соду, отходы, щелочей и т. п. В настоящее время наиболее дешевым и доступным реагентом является гидроокись кальция (гашеная известь).

Для нейтрализации щелочных стоков применяют серную, соляную, азотную, фосфорную и другие кислоты, наиболее широкое применение находит серная кислота.

Дозу реагентов для обработки сточных вод следует определять при условии, что произойдет полная нейтрализация содержащихся в них кислот или щелочей, а также выпадут в осадок соединения тяжелых металлов. Избыток реагента принимают равным 10% расчетного количества; при этом учитывают взаимную нейтрализацию кислот и щелочей, находящихся в сточных водах, а также щелочной резерв бытовых сточных вод или водоемов.

Нейтрализационные установки состоят из комплекса сооружений, включающего оборудование и емкости для разгрузки реагентов, их складирования, приготовления реагентов, их дозирования и введения в обрабатываемую жидкость.

Различают три способа нейтрализации кислотосодержащих вод:

фильтрационный, при котором сточную воду, содержащую азотную или соляную кислоты, фильтруют через кусковой или зернистый нейтрализующий материал;

водно-реагентный (наиболее распространенный, рис. 16;3), при котором в сточную воду добавляют реагент в виде раствора или сухого вещества (известь, соду или шлак);

нейтрализующим раствором может быть и сточная вода, содержащая щелочь;

полусухой, при котором высококонцентрированные по кислоте сточные воды смешивают с сухим реагентом (известью, шлаком), в таких пропорциях, что, минуя жидкую фазу, образуется тестообразная масса. Способ применим для малых количеств стоков, например для отработанных растворов.

Количество щелочного реагента, теоретически необходимое для нейтрализации различных кислот, приведено в табл. 16.3. Количество щелочных реагентов для осаждения катионов металлов определяют по уравнению соответствующей реакции. Объем осадка, образующегося при нейтрализации сточных вод, определяют по формулам, приведенным в СНиП II-32-74.

Для выделения осадка применяют отстойники, рассчитанные на пребывание в них сточной воды в течение 2 ч. Осадки, выделенные в отстойниках, обезвоживают на шламовых площадках, барабанных вакуум-фильтрах или на фильтр-прессах.

Рабочие растворы агрессивных реагентов приготовляют в емкостях с антикоррозионной защитой. Все резервуары, трубопроводы, насосы, лотки и другое оборудование, соприкасающееся с кислотами и с кислой сточной водой, выполняют из кислотоупорного материала или защищают соответствующей изоляцией.

При проектировании нейтрализационных и реагентных установок необходимо предусматривать механизацию погрузочно-разгрузочных работ и защиту помещений от пыления реагентов.

Фильтры-нейтрализаторы являются непрерывно действующими сооружениями. Их загружают твердыми кусковыми материалами — мелом, известняком, мрамором, доломитом и др. Фильтры применяют главным образом для нейтрализации сточных вод, содержащих соляную и азотную кислоты, а также серную кислоту в малых концентрациях (до 5 мг/л) и при отсутствии в воде солей тяжелых металлов. При больших концентрациях серной кислоты сульфат кальция, образующийся в количестве, превышающем его растворимость (2 г/л), выделяется на поверхности нейтрализующей загрузки и снижает эффективность процесса. Для нейтрализации серной кислоты можно применять загрузку из карбоната магния, поскольку растворимость образующегося сульфата магния высокая; однако такая загрузка дефицитна. Начальная крупность загрузочного материала 3—8 см; в процессе работы фильтра крупность загрузки уменьшается вследствие частичного растворения материала в фильтруемой воде. Высоту загрузки фильтра при нейтрализации сточных вод, содержащих азотную и соляную кислоты, принимают 1—1,5 м, и содержащих серную кислоту,—1,5—2 м.

Рис. 16.3. Принципиальная технологическая схема водно-реагентной нейтрализации сточных вод
I — кислые сточные воды; II — щелочные сточные воды; III — нейтрализованные стоки; 1 — песколовка; 2 — усреднители; 3 — смеситель; 4 — контактный разервуар; 5 — отстойник; 6 — уплотнитель осадка; 7 — механическое обезвоживание осадка; 8 — шламовые площадки для обезвоживания осадка (при отсутствии механического обезвоживания); 9 — накопитель обезвоженного осадка; 10 — склад реагентов; 11 — приготовление раствора реагента; 12 — дозаторная реагента

Воду можно фильтровать сверху вниз или снизу вверх. Скорость фильтрации воды зависит от концентрации кислоты в сточной воде. Чем выше концентрация кислоты, тем меньше должна быть скорость фильтрации воды.

Для фильтрации через известняк сточных вод, содержащих азотную и соляную кислоты, скорость фильтрования принимают 0,5—1 м/ч. Скорость фильтрования воды через доломит со средней крупностью частиц 4—6 см при концентрации серной кислоты до 0,5% принимают 0,6—0,9 м/ч; при концентрации до 2% скорость фильтрации должна быть уменьшена до 0,35 м/ч.

Максимально допускаемая скорость фильтрации при концентрациях кислоты менее 0,2% — не более 5 м/ч при продолжительности контакта воды с загрузкой не менее 10 мин. Нейтрализующая способность загрузки может поддерживаться промывкой потоком воды снизу вверх. Расход воды на промывку достигает 30% производительности установки.

В состав сооружений с фильтрами-нейтрализаторами должны входить усреднители сточных вод, установки для дробления и классификации загрузки, механизмы для догрузки фильтров, насосные установки для промывки фильтров, отстойники для осаждения взвешенных веществ из промывных вод.

Нейтрализационные установки с приготовлением известкового молока; Для получения известкового молока используют комовую (желательно без инертных добавок) или порошкообразную строительную известь (по ГОСТ 9179—70). Наиболее эффективно комовую известь размельчать до частиц крупностью 5—10 мкм (всего 60— 70%) и 10—100 мкм (30—40%).

Порошкообразная известь делится на молотую и гидратную (пушонку), получаемую путем гидратации (гашения) кальциевой, магнезиальной и доломитовой извести. Нормы качества различных видов извести приведены в табл. 16.4.

Согласно ГОСТ 9179—70, известь следует транспортировать и хранить в условиях, исключающих ее увлажнение, засорение и пыление, поэтому негашеную комовую известь необходимо транспортировать в закрытых вагонах, контейнерах и закрытых грузовых автомобилях. Порошкообразную известь необходимо отгружать в цементовозах, контейнерах или судах, в которых исключены ее пыление или утечка, а также в бумажных многослойных мешках. Комовую известь следует хранить в закрытых помещениях или емкостях, а порошкообразную известь — только в закрытых емкостях.

По согласованию с администрацией железной дороги допускается перевозка комовой извести в открытых саморазгружающихся вагонах. При этом известь укрывают пленкой, дощатыми щитами и т. п.

Срок хранения воздушной негашеной извести порошкообразных видов в бумажных мешках с момента ее изготовления не должен превышать 15 сут. Срок хранения негашеной извести в герметической таре не ограничивается.

Продукты переработки негашеной комовой и порошкообразной извести, а также гашеной гидратной извести (пушонки) классифицируют следующим образом:

известковое тесто, содержащее 40—60% гидроокиси кальция и магния и получаемое при соотношении негашеная известь : вода, равном 1 : (1-1,4) по массе;

известковый шлам (концентрированное известковое молоко), содержащий 20— 35% твердого вещества. Шлам получают при гашении 1 ч. товарной извести и 2 ч. воды по массе;

известковое молоко, включающее 1— 20% извести, получаемое при соотношении известь : вода, равном (1:3)—(1:4,5). Известковое молоко готовят преимущественно из негашеной кодовой или порошкообразной извести, реже из гашеной извести.

На канализационных очистных станциях для нейтрализации сточных вод используют известковое молоко с 5%-ным содержанием извести, в отдельных случаях доставляют приготовленное в централизованном порядке известковое тесто, или 30%-ный (по твердому веществу) известковый шлам, который затем доводят до 5%-ной концентрации по СаО.

При использовании комовой извести 70%-ной активности для приготовления известкового молока 5 % -ной концентрации на 1 т товарной извести требуется 13— 14 м3 воды с температурой не менее 25° С. До употребления молоко выдерживают не менее 12 ч, непрерывно перемешивая гидравлическим или механическим способом; пневматическое перемешивание не рекомендуется, поскольку оно снижает количество активной СаО.

При проектировании установок для приготовления известкового молока можно использовать принципиальные технические решения в проектах, разработанных институтом Гипростроммашина и др.

Современные механизированные установки различной производительности — для получения известкового молока приведены на рис. 16.4—16.6.

Установка для приготовления 5%-ного известкового молока производительностью по комовой извести 20 т/сут (см. рис. 16.4) построена на Невинномысской фабрике первичной обработки шерсти и некоторых других предприятиях. Установка оборудо(реконструированное решение).

Рис. 16.4. Технологическая схема установки для приготовления 5%-ного известкового молока из комовой негашеной извести
1—автосамосвал или,, же- лезнодорожный вагон; 2—бункер приемный; 3 — питатель; 4 — кон- вейер ленточный; 5 — дробилка; 6 — элеватор; 7 — бункер-склад; 8 — питатель; 9 — конусная труба; 10 — шаровая мельница; 11—класси- фикатор; 12— резервуар для известкового молока концентрацией 30%; 13 — насос; 14 — резервуар из- весткового молока, кон- центрацией 5%; 15 — на- сос; 16 — бункерный ав- томатический дозатор известкового молока; 17 — комовая известь; 18 — вода; 19 — известковое молоко

Проект установки для приготовления 5%-ного известкового молока на 5 т/сут молотой негашеной извести (см, рис. 16.5) разработан Минским отделением Союзводоканалпроекта. Известь доставляют в специальных саморазгружающихся закрытых вагонах или автоцементовозах с пневматической разгрузкой, а также в контейнерах. Отличительными особенностями установки являются индустриализация монтажных работ (оборудование изготовляется промышленностью), минимальные затраты физического труда при эксплуатации, надежные санитарно-гигиенические условия.

Рис. 16.5. Технологическая схема установки для приготовления 5%-ного известкового молока из молотой негашеной извести
1 — автоцементовоз; 2 — автоматизированный склад извести С-753А; 3 — камерный насос; 4 — воздух; 5 — компрессор; 6 — фильтр для очистки воздуха; 7 — расходный бункер извести; 8 — аппараты с перемешивающим устройством; 9 — известь; 10 — насос для перекачки концентрированного известкового молока; 11 — вода; 12 — известковое молоко; 13 — гидроциклоны; 14 — гидравлические мешалки; 15 — бункерные автоматические дозаторы известкового молока; 16 — насос для известкового молока

Проект установки для приготовления 5%-ного известкового молока при контейнерной доставке извести на 5—8 т/сут (см. рис. 16.6) разработан Союзводоканалпроектом.

Дозирование известкового молока осуществляют с помощью автоматических бункерных дозаторов (рис. 16.7). Типоразмеры бункерных дозаторов приведены в табл. 16.5.

Нейтрализационные установки с дозированием сухих реагентов. При использовании сухих реагентов значительно упрощается реагентное хозяйство: отпадает необходимость строительства и эксплуатации растворных устройств и хранения запасов сухого дозирования предъявляют специальные требования: они должны быть мелкого помола, неслеживающимися и быстрорастворимыми. К таким реагентам относят соду, известь-пушонку и др. Дозу реагента при этом увеличивают на 30—50%, так как реакция между твердой и жидкой фазами протекает не до конца и идет более медленно.

Для нейтрализации сточных вод дозирование сухих реагентов имеет ограниченное применение из-за их дефицита и высокой стоимости.

Рис. 16.6. Технологическая схема установки для приготовления известкового молока концентрацией 5% при контейнерной доставке извести
1 — кран подвесной электрический; 2 — резино-кордный контейнер емкостью 1,6 т; 3 — бункер с подставкой для опорожнения контейнера; 4 — вибропитатель; 5 — ротаметры для воды; 6 — известегасилка термомеханическая или шаровая мельница с классификатором; 7 — растворонасос; 8 — насосы центробежные; 9 — отходы гашения; 10 — гидравлическая мешалка объемом 8 м3: 11 — перелив; 12 — насосы-дозаторы; 13 — элеватор; 14 — бункер с затвором; 15 — 5%-ное известковое молоко; 16 — вода; 17 — 30%-ное известковое молоко

Рис. 16.7. Дозаторы известкового молока и сернокислого алюминия бункерные, автоматические
1 — исполнительный механизм; 2 — нож-делитель; 3 — бункер подачи; 4 — бункер перелива; 5 — бункер дозирования; 6 — подача известкового молока в смеситель; 7 — подача известкового молока в дозатор; 8 — перелив известкового молока

Установки полусухой нейтрализации травильных растворов. Полусухой метод нейтрализации применяют, главным образом для отработанных травильных растворов с большой концентрацией кислоты и содержащих различные соединения черных и цветных металлов. Установки работают по следующей схеме. В бетоносмеситель загружают молотую известь или другой реагент, а затем заливают отработанный раствор и вращают барабан бетоносмесителя примерно в течение 30 мин. При этом получается тесто влажностью ,60—65%, которое выдерживают 3 сут, затем перевозят автотранспортом в отвал. Вместо бетоносмесителя иногда применяют шнеки-смесители или другие смесительные аппараты с антикоррозионной защитой.

Из-за отсутствия необходимого кислотостойкого оборудования производительность таких установок небольшая (100— 150 м3/сут). Расход реагента по сравнению с теоретически необходимым . принимают увеличенным -на 40—50%, так как при полусухой нейтрализации реакция между твердой и жидкой фазами протекает замедленно и не до конца.

Установка подкисления сточных вод. Наибольшее распространение для нейтрализации щелочных вод получила техническая серная кислота (ГОСТ 2184-77), поставляемая следующих видов: контактная (улучшенная и техническая), олеум, башенная, регенерированная. Серная кислота представляет собой маслянистую бесцветную или светло-коричневую жидкость. Содержание в ней моногидрата H2S04 в зависимости от вида и сорта колеблется от 75 до 92,5%.

Кислоту перевозят в железнодорожных стальных «сернокислотных» цистернах. Можно также серную кислоту доставлять в контейнерах, бочках и стеклянных бутылях. Олеум доставляют в цистернах с устройством для подогрева, которое в месте выгрузки подключается к источнику тепла.

Попадание серной кислоты на кожу или в организм человека может вызвать сильные ожоги является весьма опасным. Кислота выделяет сернистый ангидрид S02 который также опасен для человека, поэтому при проектировании установок, в которых применяют серную кислоту, особое внимание следует обратить на мероприятия по технике безопасности.

Примерная схема установки подкисления имеет следующий вид. Концентрированная техническая серная кислота в автоцистернах подается к складу, в котором установлены две-три стационарные цистерны (тенки) объемом по 10 м3 каждая. Из автоцистерн серную кислоту переливают в тенки склада с использованием сжатого воздуха, подаваемого в автоцистерну от воздуходувки. Максимальное давление воздуха при этом не должно превышать 0,25 МПа. Далее серную кислоту передавливают воздухом в два бака-мерника, работающих попеременно и установленных в дозаторной, наглухо отделенной от склада. Мерники рассчитаны на расход серной кислоты 40—240 кг/ч Дозирование серной кислоты осуществляют автоматически с помощью регулирующего клапана по показаниям рН-метра, установленного в месте подачи кислоты. Мерники следует располагать таким образом, чтобы дозирование кислоты осуществлять самотеком.