Разработка технологии очистки сточных вод

УДК 621.357

О. Р. Каратаев, Е. С. Кудрявцева, И. Х. Мингазетдинов

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Ключевые слова: сточные воды, технология очистки, шестивалентный хром Cr (VI).

На основании экспериментальных исследований, разработана технология очистки сточных вод от ионов шестивалентного хрома, позволяющая существенно упростить технологию очистки сточной воды, ускорить процесс очистки, уменьшить затраты. Для реализации технологии очистки сточных вод разработаны конкретные технические решения: «Комбинированное устройство очистки реагирующих жидкостей», «Устройство для смешения и дозирования реагирующих жидких компонентов», которые могут найти применение в промышленности.

Keywords: sewage, technology of cleaning, Cr (VI).

On the basis of pilot studies, the technology of sewage treatment from ions of the hexavalent chrome, allowing significantly to simplify technology of purification of sewage, to accelerate cleaning process, to reduce expenses is developed. Concrete technical solutions are developed for realization of technology of sewage treatment: «The combined device of purification of reacting liquids», «The device for mixture and dispensing of reacting liquid components», which can find application in the industry.

В настоящее время подавляющее большинство промышленных предприятий имеют цеха и участки, сточные воды которых наносят огромный экологический и экономический ущерб, кроме того являются очень опасными, так как в своем составе содержат высокотоксичные примеси тяжелых металлов [1]. Одним из наиболее опасных и вредных загрязнителей является содержание ионов шестивалентного хрома Сг(У1). Очистку сточных вод, содержащих Сг(У1), обычно производят в несколько этапов: восстановление шестивалентного хрома в трехвалентную форму и осаждение трехвалентного хрома в виде гидроксида. Реализация всех этапов очистки от Сг (VI) требует большого количества оборудования: бак - накопитель, устройство восстановления с перемешивающим устройством реагентов - восстановителей, бак - нейтрализатор, сепаратор для отделения гидроксида Сг(ОН)3. Для упрощения всей технологической системы очистки, на основании проведенных экспериментальных исследований, разработана технология очистки сточных вод от ионов шестивалентного хрома - схема и устройства для ее реализации. Очистка сточных вод происходит путем адсорбции сточных вод на сорбенте, получаемом непосредственно в очищаемой жидкости путем взаимодействия растворимой соли железа (III) и щелочного реагента. В качестве растворимой соли железа используется РвС!3а в качестве щелочного реагента ЫаОН [3].

Были проведены экспериментальные исследования на модельной сточной воде, а также на сточной воде ОАО «Казанское Моторостроительное Производственное Объединение».

Основные результаты экспериментальных исследований на модельной сточной воде представлены в табл. 1. Графики зависимости концентрации хрома от количества реагента РвС!3 и ЫаОН представлены на рис. 1 и 2. Экспериментальные значения получены по 5 опытам, интервал достоверности 95 %.

Таким образом, установлено, что наилучшая степень очистки достигается при 41 - 47 мл РвС!3 и 17 - 23 мл ЫаОН [2].

Таблица 1 - Зависимость остаточной концентрации хрома в очищенной воде на модельной сточной воде

№ Ccr(VI) в Коли- Коли- Ccr(VI) в

исход- чество чество очищенной

ной во- FeCl3, NaOH, воде, мг/л

де, мг/л мл мл

1 50 45 25 300

2 50 45 15 190

3 50 45 10 210

4 50 60 20 130

5 50 50 20 120

6 50 45 20 115

7 50 30 20 356

8 50 20 20 320

9 100 45 25 160

10 100 45 15 160

11 100 45 20 95,7

12 100 45 10 186

13 100 60 20 450

14 100 50 20 382,5

15 100 30 20 186

16 100 20 20 222,6

17 150 45 25 341

18 150 45 15 321,3

19 150 45 20 223

20 150 45 10 321,8

21 150 60 20 290

22 150 50 20 266

23 150 30 20 275

24 150 20 20 286

Основные результаты экспериментальных исследований, проведенных на сточной воде ОАО «Казанское Моторостроительное Производственное Объединение» представлены в табл. 2. Состав электролита хромирования сточной воды: СгО3 - 180 -250 г/л, Н2ЗО4 - 1,8 - 2,5 г/л, Сг3+ - до 10 г/л.

Рис. 1 - Зависимость остаточной концентрации хрома от количества ЫзОН

Таблица 2 - Зависимость остаточной концентрации хрома в очищенной воде на сточной воде завода ОАО «Казанское Моторостроительное Производственное Объединение»

Сравнительные результаты экспериментальных исследований представлены в табл. 3.

Таблица 3 - Сравнительные результаты экспериментальных исследований

Рис. 2 - Зависимость остаточной концентрации хрома от количества РеС1

Для реализации технологии очистки сточных вод разработаны конкретные технические решения, на которые получены патенты на полезную модель: «Комбинированное устройство очистки реагирующих жидкостей» (рис.3) [4], «Устройство для смешения и дозирования реагирующих жидких компонентов» (рис.4) [5], которые могут найти применение в промышленности.

Первый реагент (хлорное железо РеС13) насосом подается по тангенциальному патрубку 4 на лопасти гидротурбины 6 камеры 5, вследствие чего начинает вращаться вал 3 вместе с находящимися на нем шнеками подачи первого реагента 14 и шнеком смешения 13. Вращение шнека 14 обеспечивает по-

Рис. 3 - Комбинированное устройство очистки реагирующих жидкостей

дачу второго реагента из емкости 1, которая перемешивается с первым реагентом ^еС13) в камере смешения 7 и с загрязненной жидкостью, подаваемой на очистку через патрубок 12, далее смешанный раствор поступает в направляющий аппарат 11, где в суживающихся каналах приобретает высокую скорость и натекает на гидродинамический излучатель

№ с&суг) Ко- Ко- ССг(УГ) в Сску1) в

в ис- личе- личе- очи- очищен-

ход- ство ство щенной ной воде

ной РеС1з ЫаО воде (сточная

воде, мл Н, мл (модель вода

мг/л ный ОАО

рас- КМПО),

твор), мг/л

мг/л

1 50 45 20 115 129,5

2 100 45 20 95,7 125

3 150 45 20 223 253

Таким образом, по разработанной схеме, шестивалентный хром Сг (VI) удаляется из раствора за счет сорбирования на сорбенте, который синтезируется непосредственно в аппарате. Предложенная технология очистки позволяет существенно упростить технологию очистки сточной воды, ускорить процесс очистки, уменьшить затраты, кроме того полученный сорбент можно использовать в металлургии в виде легирующих добавок.

№ Ссг^1) в исходной воде, мг/л Количество РеС!з, мл Количество ЫаОН, мл Ссг^1) в очищенной воде, мг/л

1 50 45 20 129,5

2 100 45 20 125

3 150 45 20 253

9. Гидродинамический излучатель представляет собой консольно закрепленный нож, установленный против каналов истечения. Гидродинамический излучатель начинает генерировать ультразвуковые колебания, которые интенсифицируют процессы перемешивания, коагуляции. Образующийся в результате реакций реагентов осадок является сорбентом для загрязнителей воды. Происходит коагуляция хлопьев сорбента. После протекания химических реакций, очищаемая жидкость через патрубок подвода гидроциклона 10 поступает в гидроциклон, где за счет центробежных сил происходит разделение жидкости и шлама.

Комбинированное устройство работает следующим образом. Через патрубок 14 начинает подаваться второй реагент и за счет тангенциального натекания потока на лопасти 16 они начинают вращаться и вместе с валом 13 начинают вращаться шнек 10 подачи первого реагента и шнек 17. Шнек 17 начинает подавать реагент № 1 и он в камере

Рис. 4 - Устройство для смешения и дозирования реагирующих жидких компонентов

смешения 8 начинает смешиваться с реагентом № 2 за счет вращения шнека 17. В результате смешения

генерируется сорбент, который поступает в зону подачи загрязненной воды, внутрь пустотелого вала 23. Загрязненная вода подается через патрубок 19, расположенный тангенциально и, натекая на лопасти 6, приводит во вращение пустотелый вал 23, вместе с которым начинает вращаться пакет конических тарелок 21. Сточная вода, вместе с образовавшимся сорбентом поступает через окна внутрь пустотелого вала 23 и вытекает в полость корпуса 3. Загрязненная вода в полости корпуса 3 начинает вращаться и наиболее крупные частицы сорбента отбрасываются центробежной силой к фильтровальной сетке 4 и удаляются через патрубок отвода шлама 1, а очищенная вода отводится через патрубок 2. Более мелкие частицы сорбента увлекаются вместе с частью жидкости в пространство между тарелками 21 тонкослойного отстойника и оседают на них. Оседающий сорбент под действием центробежных сил отбрасывается к спиральным перегородкам 24 и концентрируясь, сползает в впускные окна патрубка 22, откуда поступает в днище сепаратора 25 и удаляется через патрубок 2. очищенная вода после тонкослойного сепаратора отводится через патрубок 5. При изменении расхода очищаемой воды или концентрации загрязнителя регулятор 15 позволяет по тарировочному графику изменять расход второго реагента, что позволяет автоматически изменять расход первого реагента.

Литература

1. И.Г. Шайхиев, Ш.М. Мавлетбаева, Ш.А. Ахметшин, Вестн. Казан. технол. ун-та, 16, 18, 33-35 (2013).

2. О.Р. Каратаев, Е.С. Кудрявцева, И.Х. Мингазетдинов, Вестн. Казан. технол. ун-та, 17, 2, 52-55 (2014).

3. И.Х. Мингазетдинов, А.А. Кулаков, Н.Х. Газеев, Е.С. Кудрявцева, Энергетика Татарстана, 4, с 59-64 (2013).

4. Пат. РФ 111.849 (2011).

5. Пат. РФ 87.695 (2009).

© О. Р. Каратаев - к.т.н., доц. каф. машиноведения КНИТУ, oskar_karataev@mail.ru, Е. С. Кудрявцева - асп. каф. промышленной экологической безопасности КНИТУ им. А.Н.Туполева. eksybcm@yandex.ru; И. Х. Мингазетдинов - к.т.н., проф. каф. общей химии и экологии КНИТУ им. А.Н.Туполева.