КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНЫХ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

МИНИСТЕРСВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНЫХ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

Охрана окружающей среды от загрязнения предприятиями машиностроения

Тема:

Разработка технологической схемы очистки сточных вод от гальванических цехов машиностроительных предприятий

Выполнила: Проверила:

Студент ФЛА Преподаватель

Группы СЭ-71 Ларичкина Н.И.

Адова О.С. «______»_________

Новосибирск 2010

Содержание

Введение

1. Автозавод имени Ленинского комсомола, АЗЛК

2. Характеристика загрязнителя в сточных вод

3. Постановка задачи

4. Выбор и обоснование способа очистки сточных вод

5. Описание реагентного метода

6. Технологическая схема очистки промышленных стоков

7. Расчеты количества реагента и эффективности очистки

8. Доочистка сточных вод методом озонирования

9. Утилизация образующихся отходов

Заключение

Список используемых источников

Введение

В большинстве случаев загрязнение пресных вод остаётся невидимым, поскольку загрязнители растворены в воде. Но есть и исключения: пенящиеся моющие средства, а также плавающие на поверхности нефтепродукты и неочищенные стоки. Есть несколько природных загрязнителей. Находящиеся в земле соединения алюминия попадают в систему пресных водоёмов в результате химических реакций. Паводки вымывают из почвы лугов соединения магния, которые наносят огромный ущерб рыбным запасам. Однако объём естественных загрязняющих веществ ничтожен по сравнению с производимыми человеком. Ежегодно в водные бассейны попадают тысячи химических веществ с непредсказуемым действием, многие из которых представляют собой новые химические соединения. В воде могут быть обнаружены повышенные концентрации токсичных тяжелых металлов (как кадмия, ртути, свинца, хрома), пестициды, нитраты и фосфаты, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества (ПАВы). Как известно, ежегодно в моря и океаны попадает до 12 млн. тонн нефти. Определенный вклад в повышение концентрации тяжелых металлов в воде вносят и кислотные дожди. Они способны растворять в грунте минералы, что приводит к увеличению содержания в воде ионов тяжелых металлов. С атомных электростанций в круговорот воды в природе попадают радиоактивные отходы. Сброс неочищенных сточных вод в водные источники приводит к микробиологическим загрязнениям воды. По оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) 80 % заболеваний в мире вызваны неподобающим качеством и антисанитарным состоянием воды. В сельской местности проблема качества воды стоит особенно остро — около 90 % всех сельских жителей в мире постоянно пользуются для питья и купания загрязненной водой[1].

Если конкретно характеризовать различные загрязнители, гальваническое производство относится к числу наиболее водоемких производств. Промывные воды гальванического цеха содержат токсичные соединение тяжелых металлов (хрома и цинка). Поэтому сброс этих металлов отрицательно сказывается на окружающей среде.

Постановка задачи

Выбрать оптимально подходящий метод очистки сточных вод гальванических цехов.

Исходя из следующих нам известных условий:

Расход воды в сутки = 350 м³/сутки

pH=8,9 (среда щелочная)

Вещество	Концентрация, мг/л	ПДК, мг/л	рН	Нейтральное значение pH
СN^-	120,5	0,035	8,9	от 6,5 до 8, 5

Необходимо снизить концентрацию цианидов до ПДК и незначительно изменить значение pH до близкого к нейтральному.

Выбор и обоснование способа очистки сточных вод

Методы очистки сточных вод

На сегодняшний день существует несколько основных методов. Их применение зависит от степени загрязнения воды и наличия вредных примесей, а так же каждой конкретной ситуации, в которой они используются. Специалисты выделяют следующие методы очистки сточных вод:

1. Механический. Этот метод заключается в отстаивании и фильтрации воды. Для этой цели используются различные сита, решётки, септики, новозоуловители. Поверхностные загрязнения удаляются при помощи нефтеловушек и отстойников. Такой метод очистки сточных вод позволяет произвести очистку до 75%, но так как выделяются исключительно нерастворимые примеси, механический метод не очищает от органических соединений, растворённых в воде. Этот метод является одним из наиболее примитивных, поэтому усложняющиеся требования к чистоте вод потребовали дальнейшего развития технологий очистки.

2. Химический. Сущность химического метода очистки сточных вод состоит в применении различных химических реагентов, вступающих в химические реакции с загрязнителями и превращающих их в нерастворимые осадки. Благодаря химической очистке, количество нерастворимых примесей в воде уменьшается на 95%, однако растворимых – только на 25%. Существенным недостатком этого метода является высокая стоимость химических реагентов, что делает его малодоступным для отдельных лиц. Поэтому химический метод чаще всего используется предпринимателями, чей бизнес связан с производством или крупными заводами и организациями, несущими большой урон окружающей среде и потому берущими на себя ответственность за её сохранность. Такой метод чаще всего применяется в промышленности и производстве.

3. Физико-химический. Этот метод заключается в совокупном применении ультразвука и озона. Такой метод позволяет удалять из воды тонкодисперсные и растворённые неорганические примеси, разрушать плохо окисляемые и органические вещества. Наиболее распространённый вариант такого метода – электролиз. Задача электролиза состоит в разрушении органических веществ в сточных водах. Он же позволяет извлекать из воды и неорганические вещества - различные металлы, кислоты и т.д. Такой способ очистки наиболее эффективен на медных и свинцовых предприятиях, в лакокрасочной промышленности. Очистка с помощью электролиза осуществляется при помощи специальных приборов – электролизеров. Кроме того, существуют и другие физико-химические методы очистки сточных вод – коагуляция, окисление, экстракция, сорбция и т. д. Каждый конкретный метод требует тщательного изучения ситуации и определенного выбора в пользу максимально эффективного, но при этом наиболее безвредного способа очистки. Этот способ очистки особенно привлекателен тем, что обладает обеззараживающим свойством. Такие свойства объясняются конструктивными особенностями очистной системы, в которой применяется озон и ультразвук.

4. Биологический. Этот метод большинство специалистов называют самым эффективным способом очистки воды. Его особенность заключается в использовании особых бактерий, которые влияют на минерализацию загрязнений. Под воздействием этих бактерий все загрязнения распадаются на отдельные компоненты, которые совершенно безвредны для здоровья человека. Этот метод очистки сточных вод является надёжной защитой от загнивания воды, который в то же время и максимально безопасен в экологическом плане. Существует несколько разновидностей биологических устройств, созданных для очистки водоёмов. К ним относятся биофильтры, биологические пруды и аэротенки.

· Биофильтры работают следующим образом: сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой плёнкой, состоящей из бактерий. Именно эта плёнка является источником процессов биологического окисления.

· Биологические пруды используют для очистки воды все живые организмов, обитающие в водоёме.

· Аэротенки представляют собой резервуары огромных размеров, сделанные из железобетона. Бактерии и микроскопические животные активно развиваются в аэротенках, где создана для них подходящая среда: органические вещества сточных вод и избыток поступающего в аэротенки кислорода. Эти бактерии, развиваясь, выделяют ферменты, способные минерализовать органические загрязнения. Ил, состоящий из бактерий, быстро оседает и отделяется от очищенной воды.

Перед тем, как применять биологический метод, нередко рекомендуют применять механическую, а затем и химическую очистку для того, чтобы удалить болезнетворные микробы и бактерии. Часто в этих целях воду очищают жидким хлором или хлорной известью. Можно использовать и другие приемы для дезинфекции, например озонирование, ультразвук и т.д.

5. Комбинированный. Сущность комбинированного метода очистки сточных вод состоит в одновременном использовании двух или более методов очистки для достижения наилучшего результата. Выбор методов очистки и порядка из использования зависит от конкретных особенностей водоёма и степени загрязнения воды. Как правило, в первую очередь используется механическая очистка, удаляющая основную массу нерастворимых неорганических загрязнений. Вторым этапом становится биологическая очистка. В качестве последующей дезинфекции используются методы физико-химической очистки, такие как ультразвук, озонирование, электролиз.

Требования безопасности

Гипохлорит натрия должен храниться в неотапливаемых вентилируемых складских помещениях, не допускается хранение с органическими продуктами, горючими материалами и кислотами. Не допускается попадание в продукт солей тяжелых металлов и контакт с такими металлами. Продукт упаковывается и транспортируется в полиэтиленовой таре (контейнеры, бочки, канистры) или титановых емкостях и танк-контейнерах. Продукт является не стабильным и гарантийного срока хранения не имеет

Гипохлорит кальция нейтральный не горюч, взрывобезопасен, по степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности при введении в желудок, 4-го класса опасности при нанесении на кожу и 2-го класса опасности при ингаляции в насыщающих концентрациях паров.

Расчет количества реагента

M_сут (CN^-) = Q*C_CN

Q- количество сточных вод, подлежащих очистке, м³/сут

C_CN - концентрация металлов в сточных водах, кг/ м³

M_сут(CN^-)=350000*120,=42,17 кг

по стехиометрии приходится количество реагента к количеству тяжелых металлов как 1:2, т.е. m_сут(активного хлора)=21,087 кг

V=P/M

V=21,087/1,0258=20,6 литров, где P-плотность(гипохлорита натрия)=1025,8 г/л(1,0258 кг/л)

Гипохлорит натрия заливают в стальные гуммированные железнодорожные цистерны, в тару потребителя: контейнеры из полиэтилена или стеклопластика, полиэтиленовые бочки и канистры емкостью до 60 литров.

Из расчетов следует, что одного баллона хватит примерно на 3 дня.

Необходимое количество реагента в сутки:20,6 литров

Эффективность реагентного метода составляет 60%.

С_к=120,5-(60*120,5)/100=48,2 мг/л

Содержание CN^- после очистки не соответствует значению ПДК, следует разработать дополнительную очиску. Возможно применить метод озонирование сточных вод, эффективность очистки которого составляет 95-98%.

С_к=48,2-(98*48,2)/100=0,964мг/л

Содержание CN^- после озонирование снова не соответствует значению ПДК, сточную воду нельзя спускать в канализацию, но можно отправить на повторное использование воды в производстве. Воду после очистки можно использовать только для процесса промывки, так как особых требований к качеству воды для данного процесса нет.

8. Доочистка сточных вод методом озонирования

Экологически чистая технология очистки, основанная на использовании газа озона - сильного окислителя. Озонатор вырабатывает озон из кислорода, содержащегося в атмосферном воздухе. После взаимодействия с загрязняющими химическими и микробиологическими веществами озон превращается в обычный кислород. Практически доказано, что все продукты озонирования являются более безвредными для человека[1].

Озон, используемый для озонирования, получают из атмосферного воздуха в аппаратах, называемых озонаторами, в результате воздействия на него электрического заряда, сопровождающегося выделением озона.

Озон является бесцветным газом, молекулы которого, состоящие из трех атомов кислорода, являются нестабильными. Спустя небольшой интервал времени после образования, молекула озона распадается, возвращаясь в свое естественное состояние: молекулу кислорода, состоящую из двух атомов. При этом остаются свободные атомы кислорода, которые агрессивно стремятся присоединиться к любым инородным частицам, содержащимся в воде. При этом вода оказывается той средой, в которой бактерии и прочие органические примеси легко разлагаются под действием этих свободных атомов кислорода. Благодаря этому, озон оказывается очень сильным окислителем, и его дезинфицирующие свойства во много раз сильнее других распространенных дезинфекторов, таких как хлор. Предпочтительность использования озона в очистки сточных вод, обусловлена также тем фактом, что озон, в отличие от хлора, не оставляет никакого запаха, полностью разлагаясь на кислород.

Озон реагирует с цианидами в слабощелочной среде быстро и полностью, образуя первоначально менее токсичные цианаты. Последние могут гидролизоваться в воде или окисляться озоном. В общем виде реакция окисления цианидов озоном представляется следующими уравнениями:

CN^- + O₃ → OCN^- + O₂

OCN^- + 2H⁺ + 2H₂ O → CO₂ + H₂O + NH₄⁺

OCN^- + 2H₂O → HCO₃^-+ NH₃

2OCN^- + H₂O + 3O₃ → 2HCO₃^- + 3O₂ +N₂

Первоначально окисляются свободные цианиды, а затем связанные с металлами комплексы [9].

Принципиальная схема установки озонирования

Управление процессом озонирования может производиться как вручную, так и автоматически, в зависимости от специфики решаемой задачи и требований процесса водоподготовки. В случае ручного управления станция включается и выключается кнопкой “пуск“, автоматически выполняются лишь блокировки в нештатных ситуациях, например, выключение насоса по сухому ходу или блокировка выработки озона по сигналу о превышении ПДК в воздухе от внешнего газоанализатора. Автоматическое управление станцией может производиться по сигналу от внешнего автоматического устройства или встроенной системы управления дозировкой озона по датчику озона или потенциала на выходе станции.

Рисунок 2- Принципиальная схема установки озонирования

1 – озонатор; 2 – система растворения озона; 3 – контактная емкость; 4 – деструктор озона.

Опыт использования озонирования на современном этапе, накопленный для систем разной производительности, говори то том, что эту технологию можно и нужно применять не только на мощных водопроводных станциях, отвечающих за снабжение водой крупных городов, но и в системах водоподготовки малой и средней производительности.

Несомненно, что качество воды при водоподготовке с использованием озонирования будет значительно выше, чем при прочих технологиях, однако экономической оценке этот параметр можно подвергнуть только в оборотных системах. Еще одним преимуществом использования озонирования является то, что при относительно высокой стоимости первичных капитальных затрат эксплуатационные затраты связаны только с потреблением электроэнергии.

Заключение

В данной работе необходимо было очистить сточные воды гальванических цехов от цианид-ионов с концентрацией 120,5 мг/л, незначительно снизить значение pH до близкого к среднему. Поскольку состав сточных вод гальванических производств различен, разнообразны и требования к их очистке перед сбросом в водные объекты, канализацию, либо возвратом на повторное использование. Для очистки сточных вод использовалась двухступенчатая очистка: реагентным методом и дополнительная доочистка озонированием.

Достоинства схемы очистки реагентным методом заключается в её относительной простоте, и она не нуждается в отдельном помещении

Достоинства установок озонирования их практически полная автоматизация.

Эффективность очистки реагентным методом и методом озонирования составила 60% и 98% соответственно, что позволило снизить концентрацию загрязняющих веществ до 0,964 мг/л, концентрация превышает значение ПДК, что не позволяет спустить сточные воды в канализацию. Но возможно пустить воды на повторное использование в производстве, но только на операцию первичное промывки. Для остальных процессов необходима вода с более высоким качеством, что обуславливает её потребления из систем водоснабжения города.

Список используемых источников

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Загрязнение_пресных_вод

2. Волоцков Ф.П. Очистка и использование сточных вод гальванических производств. М.: Химия,1983.

3. http://autoussr.ru/zavod9.php

4. Бобков С. С, Смирнов С. К., Синильная кислота, М., 1970; Химия псевдогалогенидов, пер. с нем., К., 1981.

5. Ветошкин А. Г. Теоретические основы защиты окружающей среды. Учебное пособие . Пенза: ПГАСА, 2002.

6. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. Издательство: Глобус.Год: 1998-302

7. http://www.catalog.vladbmt.ru/wastewater_galvanic_reagent.html

8. Ушаков Г.В., Ушаков А.Г. Утилизация цинксодержащего отхода химических предприятий с получением пигмента –цинкового крона. Химия IX век: новые технологии, новые продукты. Матер. IX Междун. науч.-практ. конф. – Кемерово, 2006 г. –С. 370 – 371.

9. Кузубова Л.И., Кобрина В.Н. Химические методы подготовки воды: Аналитический обзор. ГПНТБ СО РАН. Новосибирский институт органической химии.Новосибирск. 1996. 131.