4. 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

5. 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 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.	0	0	0	0	0
1-2.	0	0	0	0	0
2-3.	0	0	0	0	0
3-4.	0	0	0	0	0
4-5.	0	0	0	0	0
5-6.	0	0	0	0	0
6-7.	0	0	0	0	0
7-8.	0	0	0	0	0
8-9.	3,125	43,767	62,517		18,75	0
9-10.	6,25	62,517	62,517	-	-	0
10-11.	6,25	62,517	62,517	-	-	0
11-12.	9,375	81,267	62,517	18,75	-	18,75
12-13.	3,125	43,767	62,517	-	18,75	0
13-14.	6,25	62,517	62,517	-	-	0
14-15.	6,25	62,517	62,517	-	-	0
15-16.	9,375	81,267	62,517	18,75	-	18,75
16-17.	3,125	43,767	62,517	-	18,75	0
17-18.	6,25	62,517	62,517	-	-	0
18-19.	6,25	62,517	62,517	-	-	0
19-20.	9,375	81,267	62,517	18,75	-	18,75
20-21.	3,125	43,767	62,517	-	18,75	0
21-22.	6,25	62,517	62,517	-	-	0
22-23.	6,25	62,517	62,517	-	-	0
23-24	9,375	81,267	62,517	18,75	-	18,75
Всего	100	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.