Действие соединений тяжёлых металлов

В. И. Вернадский писал в 1944 году: «Лик планеты - биосфера - химически резко меняется человеком сознательно и, главным образом, бессознательно». Современные промышленные процессы связаны с выбросом в атмосферу, почвы и воды огромных количеств токсических веществ. Одни из них - биоциды - прямо поступают в окружающую среду при сельскохозяйственном использовании. Другие тяжелые металлы, нефть, продукты сгорания нефти и нефтепродуктов, оксиды азота, серы, углерода - входят в биосферу в виде отходов машиностроения, транспорта, теплофикации, энергетики, строительства и т.д. Многие из этих токсикантов различными путями попадают в пищевые цепи экосистем. Концентрация того или иного токсиканта доходит до уровня, приводящего к заболеваниям населения и даже к летальным исходам. Связано это со стремительным ростом урбанизированных территорий после 60-х годов нашего столетия. Это привело к заметному нарушению закономерностей концентрации и перераспределения тяжелых металлов в компонентах природных ландшафтов. Например, за последние 20 лет на территории нашей страны возникло около 250 городов, причем значительная их часть — малые города с населением 10-25 тыс. человек [45-48].

Наиболее значительные изменения происходят на локальном уровне. С 1974 года подразделения Управлений по гидрометеорологии проводят наблюдения за загрязнением почв ингредиентами промышленного производства вокруг крупных центров цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, машиностроения, энергетики. Сравнение данных, полученных за десятилетие (1978-1988), показало, что за пределами промышленных и санитарно-защитных зон не отмечено существенного приращения массовых долей металлов в почвах. С учетом этого обстоятельства 166 городов страны, почвы которых обследованы наиболее полно, были ранжированы Ю. К. Вертинским, В. Г. Козьминой, А. М. Лишановой (1992) по суммарному показателю загрязнения почв металлами, утвержденному Минздравом СССР в 1987 году.

Тяжелые металлы играют особую роль в биосфере. Они находятся преимущественно в рассеянном состоянии, но при этом способны образовывать природные локальные аккумуляции, где их концентрация в сотни и тысячи раз превышает кларковые уровни. Металлы не входят в состав органических соединений, из которых состоят ткани живых организмов. В то же время устройство электронных оболочек атомов металлов обусловливает переменную валентность, что способствует взаимодействию металлов с азот- и серосодержащими функциональными группами органических соединений. Благодаря этому металлы являются необходимой частью ферментативной системы живых организмов — основы функционирования живого вещества Земли. Наконец, являясь одним из главных природных ресурсов мирового хозяйства, металлы вместе с тем образуют группу опасных загрязнителей природной среды. Выяснение глобальных закономерностей массообмена и распределения масс металлов в биосфере представляет весьма актуальную проблему [49].

Несмотря на значительное разнообразие соединений тяжелых металлов, поступающих в почву из окружающей среды, фазовый состав элементов в составе газопылевых выбросов предприятий цветной металлургии довольно однотипен — они представлены преимущественно оксидами. Количество сульфидов и водорастворимых фракций тяжелых металлов сравнительно невелико.

Первым этапом трансформации оксидов тяжелых металлов в почвах является взаимодействие их с почвенным раствором и его компонентами. Даже в такой простой системе, как вода, находящаяся в равновесии с С0₂ атмосферного воздуха, оксиды тяжелых металлов подвергаются изменениям и существенно различаются по своей устойчивости. Оксид цинка — наиболее стабилен и менее растворим по сравнению с оксидами свинца и к амия. Его растворимость в диапазоне рН 4-8 более чем в 100 раз ниже, чем растворимость РЬО, и почти в 10000 раз ниже CdO. В отличие от оксида цинка оксиды свинца и кадмия неустойчивы в воде и преобразуются в гидроксид и (или) карбонат (гидроксокарбонат) свинца и карбонат кадмия.

Парциальное давление СО₂ в почвенном воздухе во много раз превышает таковое в атмосфере и поэтому в почве преобладают более устойчивые гидроксокарбонаты и карбонаты цинка и свинца. Следующими реакциями после растворения неустойчивых оксидов являются катионный обмен и специфическая адсорбция. Реакции адсорбции и катионного обмена могут быть описаны уравнениями Фрейндлиха, Ленгмюра и закона действующих масс.

Ионы тяжелых металлов способны специфически адсорбироваться почвами с образованием относительно прочных связей координационного типа с некоторыми поверхностными функциональными группами.

Специфическая адсорбция более избирательна, чем неспецифическая, и зависит как от свойств сорбируемых ионов, так и от природы поверхностных функциональных групп, поэтому тяжелые металлы энергично адсорбируются почвами из растворов. Механизм специфического поглощения более свойствен свинцу, чем цинку и кадмию. Коэффициенты селективности, рассчитанные для обменной реакции катионов тяжелых металлов с поглощенным кальцием, подтверждают преимущественное поглощение тяжелых металлов по сравнению с кальцием, а в ряду тяжелых металлов селективность адсорбции свинца более чем в 1000 раз выше, чем цинка и кадмия. Таким образом, процесс трансформации поступивших в почву в процессе техногенеза тяжелых металлов включает следующие стадии:

1) преобразование оксидов тяжелых металлов в гидроксиды (карбонаты, гидрокарбонаты);

2) растворение гидроксидов (карбонатов, гидроксокарбонатов) тяжелых металлов и адсорбция соответствующих катионов тяжелых металлов твердыми фазами почвы;

3) образование фосфатов тяжелых металлов и их соединений с органическими веществами почвы.

Ежегодно отечественный и зарубежный банк пополняется работами о влиянии отдельных факторов окружающей среды на детский и взрослый контингента населения, а также исследованиями экологического плана по изучению действия антропогенного загрязнения на различных представителей флоры и фауны.

К наиболее частым и значимым экологическим поражениям относятся хронические неспецифические болезни органов дыхания, патология репродуктивных функций и новорожденных, аллергические и аутоиммунные заболевания, новообразования, болезни крови, сердечнососудистой системы, профессиональные заболевания.

Более чем в 100 городах нашей страны концентрации загрязняющих веществ значительно превышают предельно допустимые санитарные нормы. Наиболее высокий уровень загрязнения в городских условиях характерен для тяжелых металлов, таких, как свинец, ртуть, хром и никель. Возрастающее загрязнение воздушной среды, воды, почвы, продуктов питания тяжелыми металлами оказывает прямое влияние на человека [50].

Проблема «металлического пресса» в городах особенно актуальна в связи со способностью тяжелых металлов накапливаться в организме человека и приводить к тяжелым последствиям, так как они обладают мутагенными, канцерогенными и тератогенными свойствами.

Так, например, соединения хрома едкие, опасны случаи изъязвления кожи и ее чувствительности к хрому. В очень больших дозах хроматы и бихроматы оказывают токсичное действие, особенно повреждаются свернутые почечные канальца. При вдыхании соединений хрома поражается не только ткани верхних дыхательных путей, но и легочные альвеолы.

Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения атомной массы. Токсичность тяжелых металлов проявляется по-разному. Многие металлы при токсичных уровнях концентраций ингибируют деятельность ферментов (медь, ртуть). Некоторые тяжелые металлы образуют хелатоподобные комплексы с обычными метаболитами, нарушая нормальный обмен веществ (железо). Такие металлы, как кадмий, медь, железо (II), взаимодействуют с клеточными мембранами, нарушая их функциональные роли.

У практически здоровых детей большинство тяжелых металлов (кадмий, кобальт, никель, свинец, хром) при воздействии на уровне ниже гигиенических регламентов в условиях крупного города оказывают угнетающее действие на показатели клеточного звена иммунитета, снижая метаболический потенциал клеток или оказывая сенсибилизирующее действие с повышением уровня общего lg Е в сыворотке крови.

Важное значение для развития дестабилизации иммунной системы имеет индивидуальная чувствительность к тяжелым металлам у практически здоровых детей, что можно рассматривать как фактор риска развития патологических процессов и повышения заболеваемости.

У практически здоровых детей, проживающих в районах относительного экологического благополучия по общим валовым выбросам, присутствует риск развития аллергических и аутоиммунных заболеваний или вторичной иммунологической соматической патологии.

В результате воздействия антропогенных факторов происходят существенные изменения в растениях. При химическом загрязнении биосферы нарушаются естественно сложившиеся фитоценозы, нормальные процессы органогенеза, появляются специфические тератологические изменения у растений различных систематических групп, ухудшается качество сельскохозяйственной продукции. В золе растений возрастает содержание тяжелых металлов. Существенную опасность представляет отсутствие, каких- либо визуальных признаков поражения растений при опасных для человека и животных содержания токсикантов.

Тяжелые металлы существенно влияют на численность, видовой состав и жизнедеятельность почвенной микробиоты. Они ингибируют процессы минерализации и синтеза различных веществ в почве, подавляют дыхание почвенных микроорганизмов, вызывают микробостатический эффект, способствуют появлению мутагенных свойств. Высокие концентрации тяжелых металлов тормозят ферментативную деятельность в почвах — активность амилазы, дегидрогеназы, уреазы, инвертазы, каталазы.

Заключение

Разбавленные водные растворы, генерированные и используемые в химической, нефтегазовой и металлургической промышленности, в гальваническом производстве в основном содержат различные металлы, известные как биологически неразлагаемые.

Наиболее распространенным методом очистки стоков промышленных производств в настоящее время является реагентный метод, основанный на реакциях нейтрализации и окисления – восстановления. Ионы тяжелых металлов осаждаются в виде малорастворимых соединений (гидроксидов или основных карбонатов).

Большого внимания заслуживают новые процессы, особенно для удаления (извлечения) металлов из сточных вод. Это мембранные методы, и электрохимические, и сорбция, и биологические. Каждый из них имеет свои преимущества и свои недостатки. Современные методы очистки сточных вод не приводят к засолению и к образованию большого количества шлама, но не один из них не обладает 100% эффективностью. Нельзя осуществить глубокую очистку сточных вод только одним способом. Наиболее эффективными являются комбинированные системы очистки, где каждый из способов дополняет друг друга.

Сточные воды завода «Электрокабель» КЗ» сбрасываются в речку Беленькая без очистки.

Оценив качество сточных вод предприятия можно сделать следующие выводы:

ü На основании анализа работы предприятия выявлены существенные недостатки в системе очистки сточных вод;

ü основными загрязнителями являются биогенные элементы, взвешенные вещества, нефтепродукты, ионы тяжелых металлов;

ü концентрации большинства загрязняющих веществ превышает ВСС;

ü для предотвращения дальнейшего загрязнения реки Беленькой необходима очистка сточных вод.

ü Предложена комбинированная система очистки сточных вод, позволяющая очистить воду до концентраций согласованного сброса, а также выделить и утилизировать ценные компоненты.

ü Впервые составлен технологический регламент по очистке сточных вод, рассчитано нестандартизованное оборудование.

ü Результаты работы рекомендуются к внедрению.

Список литературы

1. Боголюбов, С.А. Экологическое право. Учебник для вузов. – М.: Издательская группа НОРМА – ИНФРА: М, 2001. – 448 с.

2. Трифонова, Т.А. Прикладная экология: Учебное пособие для вузов / Т.А. Трифонова, Н.В. Селиванова, Н.В. Мищенко. – М.: Академический Проект: Традиция, 2005. – 384 с. – («Gaudeamus»).

3. Семин, В.А. Основы рационального водопользования и охраны водной среды. – М.: Высшая школа, - 2001. – 320 с.

4. Яковлев, С.В. Карелин, Я. А. Очистка производственных сточных вод: Учебное пособие для вузов / Под ред. С.В. Яковлева. - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1985. – 335 с.

5. ГОСТ 17.1.3.13-86 «Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнения».

6. Жуков, А.И. Методы очистки производственных сточных вод / А.И. Жуков, И.Л. Монгайт, И.Д. Родзиллер. - М.: Стройиздат, 1978. – 193 с.

7. Гудков, А.Г. Механическая очистка сточных вод: Учебное пособие. – Вологда: ВоГТУ, 2003. – 152 с.

8. Очистка сточных вод: Метод. Указания к курсовому и дипломному проектированию / Влад. Гос. Ун-т; Сост.: Н.В.Селиванова, Н.А.Андрианов. Владимир, 2002. – 36 с.

9. Дикаревский, В.С. Отведение и очистка поверхностных сточных вод: Учебное пособие для вузов / В.С. Дикаревский, А.М. Курганов. – Л.: Стройиздат, 1990. – 224 с.

10. Яковлев, Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод: учебник для вузов / С. В. Яковлев, Ю. В. Воронов – М.: АСВ, 2002. – 704 с.

11. Хаммер, М. Технология обработки природных и сточных вод. Перевод с англ. – М.: Стройиздат, 1979. – 400 с.

12. Пааль, Л. Л. Очистка природных и сточных вод: Справочник. - М.: Высшая школа, - 1994. – 480 с.

13. Комарова, Л.Ф. Технология очистки промышленных сточных вод: Физико-химические, химические и биохимические методы очистки: Учебное пособие. – Барнаул, 1983. – 89 с.

14. Окислители и технологии водообработки. / Под ред. Л.А. Кульского. – Киев: Наук. Думка, 1979. – 175 с.

15. Смирнов, Д.Н. Очистка сточных вод в процессе очистки воды: Свойства. Получение. Применение. – Л.: Химия, 1987. – 203 с.

16. Смирнов, Д.Н. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов / Д.Н. Смирнов, В.Е. Генкин. – М.: Металлургия, 1980. – 196 с.

17. Бутовский, М.Э. Вещества и материалы, применяемые для очистки сточных вод: Каталог – справочник. – М.: ИКФ Каталог, 1999. – 94 с.

18. Сорокина, И.Д., Дресвянников А.Ф. Железоалюминиевый коагулянт для очистки воды / И.Д. Сорокина, А.Ф. Дресвянникова // Экология и промышленность России, - 2010. - №5. - С. 48-51.

19. Феофанов, В.А. Гальванокоагуляция: теория и практика бессточного водопользования/ В.А. Феофанов, Ф.А. Дзюбинский. – Магнитогорск: ООО МиниТип, - 2006.

20. Химия промышленных сточных вод / Под ред. А. Рубина. Перевод с англ. – М.: Химия, 1983. – 360 с.

21. Буренков, В.Ф. Полиакриловые флокулянты / В.Ф. Буренков // Соросов. Образов. – 1997. - №7. – С. 57 - 63

22. Запольский, А.К. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: Свойства. Получение. Применение / А.К. Запольский, А.А. Баран. – Л.: Химия, 1987. – 203 с.

23. Скрылев, Л.Д. Очистка сточных вод гальванических производств от ионов никеля, и меди флотацией. / Л.Д. Скрылев // Химия и технология воды, – 1993. – 15, №9 – 10, С. 658 – 662

24. Смирнов, А.Д. Сорбционная очистка воды / А.Д. Смирнов. – Л.: Химия, 1982. – 168 с.

25. Пузей, Н.В. Ионообменная технология в очистке промышленных сточных вод / Н.В. Пузей // Водоснабжение и сан. Техника, 1994. - №2. – С. 6 – 7

26. Иониты и химические технологии / Под ред. Б.Н. Никольского, П.Г. Романкова. – Л.: Химия, 1982. – 416 с.

27. Бучило, Э. Очистка сточных вод травильных гальванических отделений. Перевод с польского. – М.: Металлургия, 1997. – 168 с.

28. Найденко, В.В. Очистка и утилизация промстоков гальванического производства. - Н.: ДЕКОМ, 1999. – 368 с.

29. Савицкая, И.В. Разработка электрохимического способа очистки сточных вод с утилизацией отходов гидроксидов тяжелых металлов / И.В. Савицкая. - Ярославль, 1986. - 201 с.

30. Карелин, Ф.Н. Обессоливание воды обратным осмосом. – М.: Стройиздат, 1988. – 360 с.

31. Жмур, Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. – М.: АКВАРОС, 2003. – 512 с.

32. Голубовская, Э.К. Биологические основы очистки воды / Э. К. Голубовская. – М.: Высшая школа, 1978. – 268 с.

33. Яковлев, С.В. Биохимические процессы в очистке вод / С.В. Яковлев, Т.А. Карюхина. – М.: Стройиздат, 1980. – 135 с.

34. Ребров, В.И. Наши корни. Очерки по истории Кольчугинского края. Книга 2 – Кольчугино, 1994. – 280с.

35. Сидоров, Н.Д. Плавят руду в Кольчугине – Ярославль: Верхневолжское книжное издательство, 1972. – 256с.

36. Проект нормативов предельно допустимого сброса и временного согласованного сброса загрязняющих веществ в р. Беленькая со сточными водами ОАО «Электрокабель» Кольчугинский завод», Кольчугино, 2003.

37. Правила приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов, п.п. 10 А, Б, В, Г; 12, 14, 15.

38. Алексеев, С.В.Водоотведение и очистка сточных вод. – М.: АСВ, 2002. - 704с.

39. Родионов, А.И. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико–технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов: Учебное пособие для вузов / А.И. Родионов, Ю.П. Кузнецов. – М.: Химия, 1985. – 352с.

40. ГОСТ Р 51871-2002. Устройства водоочистные. Общие требования к эффективности и методы ее определения.

41. Мазур, И.И. Инженерная экология. Общий курс: В 2 т. Теоретические основы инженерной экологии: Учебное пособие для ВТУЗов / И.И. Мазур, О.И. Молдаванов, В.Н. Шишов. – М.: Высшая школа, 1996. – 637 с.

42. Келлер, А.А. Медицинская экология / А.А. Келлер, В.И. Кувакин. – СПб.: Петроградский, 1998. – 256 С.

43. Орлов, Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учебное пособие для хим., хим. - технол., и биол. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 2002. – 334 с.

44. Белов, С.В. Безопасность жизнедеятельности. – М.: Высшая школа, 1999. – 448 с.

45. Безуглова, О.С. Биогеохимия: Учебник для студентов высших учебных заведений / О.С. Безуглова, Д.С. Орлов. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2000. – 320 с.

46. Добровольский, В.В. Основы биогеохимии: Учебное пособие для геогр., биол., геолог, с.-х. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1998. – 413 с.

47. Крайнов, С.Р. Гидрогеохимия / С.Р. Крайнов, В.М. Швец. – М.: Недра, 1992. – 464 с.

48. Перельман, А.И. Геохимия ландшафта. – М.: Высшая школа, 1998. – 348 с.

49. Тяжелые металлы в окружающей среде / Под ред. В.В. Добровольского. – Издательство МГУ, 1980. – 73 С.

50. Глушко, Я.М. Вредные неорганические соединения в промышленных сточных водах: Справочник. – Л.: Химия, 1976. – 128 с.

51. Содержание и оформление курсовых, дипломных проектов и работ: Метод. Указания / Владим. политехн. ин-т; Сост.: З.А. Кудрявцева, А.М. Яскевич, Владимир, 1991. – 92 с.

Приложения

Приложение 1

Ситуационная карта-схема ОАО «Электрокабель» КЗ»

Приложение 2

Предлагаемая схема очистки сточных вод

Приложение 3

Технологический регламент по очистке сточных вод с целью извлечения ценных компонентов и подготовки воды для сброса в реку Беленькую.

Содержание:

1. Состав сточных вод и описание схемы очистки сточных вод

2. Основные технологические показатели

3. Реагенты, вода

4. Расчет нестандартизированного оборудования.

Продолжение приложения 3

1. Состав сточных вод и описание схемы очистки сточных вод

1.1. Состав исходных сточных вод

Сточные воды образуются в цехах 2,5,14 ОАО «Электрокабель» Кольчугинский завод и сбрасываются без очистки по трем выпускам в речку Беленькую. В среднем и образуется 442,25 м³/сут. Содержание сточных вод (в мг/л):

Cu = 0,12

Zn = 0,25

Ni = 0,03

При указанной выше производительности станции стоки содержат следующее количество компонентов (в среднем в сутки, в кг):

Cu = 0,053

Zn = 0,11

Ni = 0,013

Кроме указанных металлов, сточные воды содержат (в среднем в сутки, в мг/л):

Нефтепродукты = 1,08

Взвешенные вещества = 21,5

При указанной выше производительности станции стоки содержат следующее количество компонентов (в среднем в сутки, в кг):

Нефтепродукты = 0,478

Взвешенные вещества = 9,5

Целесообразно выделение и утилизация из сточных вод данных металлов и доведение воды до требований ПДС.

Продолжение приложения 3

1.2. Описание рекомендуемой технологии очистки сточных вод

Для очистки сточных вод предприятия предлагается комбинированная схема очистки (прил. 2).

Сточная вода (СВ) попадает на решётку (Р), где задерживаются крупные нерастворённые, плавающие загрязнители. Затем СВ подвергается усреднению по концентрации и объемам в усреднителе (У), куда для перемешивания воздух подаётся с помощью вентилятора.

Затем сточная вода направляется в вертикальный отстойник (ОВ), где очищается от мелких грубодисперсных примесей (мела). С помощью вакуум- фильтра (ВФ) осадок обезвоживается и направляется в ёмкость (E₁). Фильтрат же центробежным насосом (H₁) вновь направляется в отстойник.

Из вертикального отстойника СВ поступает на сорбцию для удаления нефтепродуктов. Сорбция осуществляется Пороластом F. Осуществляется двумя сорбционными фильтрами (СФ), работающими поочерёдно то на сорбцию, то на десорбцию. Десорбция осуществляется острым паром. Обводнённые нефтепродукты направляются в вертикальный отстойник колодезного типа с тэном (О), где в течение 45 минут происходит разделение воды и нефтепродуктов на фракции путём отстаивания и нагревания. Нефтепродукты собираются в ёмкость (Е₂) и направляются на сжигание в качестве жидкого топлива. Вода же с помощью насоса (Н₂) возвращается в общий поток перед СФ.

Затем СВ поступает в адсорбер (А) для удаления ионов тяжёлых металлов. Сорбция осуществляется катионитом КУ-23-Na. Вода подается центробежным насосом (Н₃) снизу. Осуществляется двумя адсорберами, работающими то на сорбцию, то на десорбцию. Десорбция осуществляется 15%-ым раствором серной кислоты. Десорбат собирается в ёмкость (Е₃) и направляются на электролиз для выделения катодного осадка металлов.

Раствор серной кислоты готовят в растворном баке (БР) путём смешения концентрированной серной кислоты и воды. Раствор подается в адсорбер из расходного бака (РБ).

После удаления тяжёлых металлов СВ направляется в аэротенк (модуль) на биологическую очистку. Прошедшая биологическую очистку вода, содержащая активный ил, через перфорированную перегородку направляется во вторичный отстойник(ВО) для отделения основного количества активного ила от воды. Активный ил, осевший на дно вторичного отстойника направляется насосом (Н₃) в начало аэротенка (возвратный ил). Избыточный активный ил тем же насосом подается в илоуплотнитель(ИУ), из которого после уплотнения и соответствующего снижения влажности направляется на иловую площадку (ИП). Для разбавления возвратного активного ила к нему добавляют воду с плавающими веществами из вторичного отстойника.

Очищенную воду после вторичного отстойника обеззараживают раствором хлора в воде с помощью эжектора (Э) и сбрасывают в реку Беленькую.

Продолжение приложения 3

Таблица 1.

2. Основные технологические показатели

Наименование операции	Единицы измерения	Показатель
в год	в сутки
1. Производительность по исходным сточным водам:	м3	161421,25	442,25
2. Среднее содержание ингредиентов в сточной воде: Цинк Медь Никель Взвешенные вещества (мел) Нефтепродукты	кг/м3	0,00025 0,00012 0,00003 0,0215 0,00108	0,00025 0,00012 0,00003 0,0215 0,00108
3. Минимальное содержание ингредиентов в сточной воде: Цинк Медь Никель Взвешенные вещества (мел) Нефтепродукты	кг/м3	0,000157 0,000047 0,00001 0,003 0,0004	0,000157 0,000047 0,00001 0,003 0,0004
4. Максимальное содержание ингредиентов в сточной воде: Цинк Медь Никель Взвешенные вещества (мел) Нефтепродукты	кг/м3	0,000353 0,000245 0,0000344 0,038 0,001114	0,000353 0,000245 0,0000344 0,038 0,001114
5. Среднее количество ингредиентов в исходной сточной воде: Цинк Медь Никель Взвешенные вещества (мел) Нефтепродукты	кг	40,15 19,345 4,745 3467,5 174,47	0,11 0,053 0,013 9,5 0,478
1	Продолжение приложения 3   2
6. Извлечение ингредиентов из сточной воды: Цинк Медь Никель Взвешенные вещества (мел) Нефтепродукты	%	93,7 93,7 94,5 97,7	93,7 93,7 94,5 97,7
7. Количество ингредиента, извлеченного из сточной воды: Цинк Медь Никель Взвешенные вещества (мел) Нефтепродукты	кг	37,62 18,25 4,489 3249,125 170,457	0,1 0,05 0,0123 9,025 0,467
8. Извлечение ингредиентов в результате десорбции: Цинк Медь Никель Нефтепродукты	%	94,2 94,2 97,7	94,2 94,2 97,7
9. Количество ингредиента, извлеченного при десорбции: Цинк Медь Никель Нефтепродукты	кг	34,383 17,19 4,27 166,536	0,0942 0,0471 0,0117 0,456
10. Средняя концентрация металлов в элюате: Цинк Медь Никель	кг/м3	0,22 0,1 0,03	0,22 0,1 0,03
11. Выход элюата после десорбции: Цинк Медь Никель Выход десорбата: Нефтепродукты	м3 м3	15,07	0,43     0,0413
1	Продолжение приложения 3   2
12. Единовременная загрузка сорбентов при заполнении колонн: Поропласт F Катионит КУ-23Na	т/на момент пуска	0,0412 0,56
13. Эксплуатационные нормы необратимых потерь ионитов: Поропласт F Катионит КУ-23Na	кг кг	1,2 1,34

Продолжение приложения 3

3. Реагенты, вода

Таблица 2.

Потребное количество и расходная норма реагентов	Единицы измерения	Показатель
год	сутки
Вода техническая Серная кислота в пересчете на 100% Горячая вода	м3   т м3	313,9   23,54	0,86   0,0645 0,41

Продолжение приложения 3

4. Расчет нестандартизированного оборудования

Фонд рабочего времени:

Режим работы предприятия непрерывный — 365 дней.

Общий расход сточных вод за год составил:

Q_общ = 161.42 тыс.м³ / год

Q_м3/ч = = 18.43 м³/ч

Q_м3/ч = = 0.00512 м³/с

3.2.1. Расчёт решетки

Решётки применяются для улавливания крупных нерастворимых, плавающих загрязнителей, которые могут засорить трубы и каналы.

Решетки бывают неподвижными, подвижными, а также совмещенными с дробилками. Наибольшее распространение имеют неподвижные решетки. Решетки изготовляют обычно из металлических стержней или прутков и устанавливают на пути движения очищаемых вод под углом 60-90°. Зазоры между ними равны 16-19 мм. Стержни могут иметь круглое или прямоугольное сечение. Стержни с круглым сечением имеют меньшее сопротивление, но быстрей засоряются, поэтому чаще используют прямоугольные стержни, закругленные со стороны входа воды в решетку. Толщина стержней (S) составляет 8-15 мм.

Расчет диаметра трубопровода В, м:

В = , (1.1)

где Q - расход воды, м³/с;

ω_ср - средняя скорость движения воды в трубопроводе, м/с. Принимают

ω_ср = 0.6 – 0.8 м/с

Примем ω_ср = 0.7 м/с

Диаметр трубопровода равен: В = = 0.0965 м

Определение живого сечения трубопровода F_mp:

F_mp = Q/ ω_ср; (1.2)

F_mp = 0.00512/0.7 = 0.0073 м²

Обычно глубину воды h перед решеткой принимают равной диаметру трубопровода: h = B = 0.0965м.

Определение числа прозоров решетки, n:

n , (1.3)

где - скорость движения воды в прозорах, м/c ; принимают = 0.7 – 1.0 м/с.

Принимаем = 0.9 м/с

b = 0.02 м

Число прозоров решетки равно: n = = 3.24 ≈ 4

Высота решетки B , м, равна:

B (1.4)

Принимаем S = 0.01 м.

В_р = 0.02*4+ 0.01*(4-1) = 0.11 м.

Из формулы l (1.5)

l₁ = 1.34*(В_р – В) = 1.37*(0.11 – 0.0965) = 0.0185 м;

l₂ = 0.5l₁ = 0.5*0.0185 = 0.00925 м;

l₃ ≈ 1 м;

l₄ ≈ 0.5 м.

Живое сечение решетки, м

F_p= Q/ (1.6)

F_p= 0.00512/0.9 = 0.0057 м².

Определение потерянного напора h

h ; (1.7)

где - коэффициент, учитывающий форму решетки (квадратные – 2.72);

- угол наклона решетки;

P – коэффициент, учитывающий увеличение напора и уменьшение живого сечения решетки за счет его засорения (P = 3)

h_пот = 2.72 * (0.01/0.02)^4/3 * * * 3 = 0.134 м.

3.2.2. Расчет усреднителя

Усреднители – аппараты, усредняющие водные потоки по объемам и концентрациям примесей. Перемешивание в усреднителях можно осуществлять с помощью барботажа воздуха или механическим перемешиванием.

Находят объем усреднителя, м :

V , (2.1)

где V - соответственно объем, учитывающий возможность залпового выброса, объем, учитывающий циклические колебания работы аппарата и запасный объем аппарата.

V , (2.2)

Где Q – расход воды, м / ч;

- время работы аппарата, ч ( = 0.75 ч.).

V_зап = 18.43 * 0.75 = 14 м

Объем усреднителя для погашения залпового выброса рассчитывается по формуле:

V , (2.3)

где - время залпового выброса, ч;

K - коэффициент подавления залпового выброса.

K , (2.4)

Где: С , С и С - максимальная, средняя и допустимая концентрации загрязняющего вещества соответственно, г/л.

Сср= 120.51 мг/л

С = 2Сср= 2 * 120.51 = 241 мг/л

С_доп = 1,5 Сср = 1.5 * 120.51 = 180.77 мг/л

= = 2;

Принимаем

V_з.выб = = 8 м³.

Определяем V

V , (2.5)

где - время циклических колебаний, ч ( = 1 ч.)

V_ц.кол = 0,16 * 2 * 18.43 * 1 = 6 м³

Находим общий объем усреднителя, м :

V_общ = 14 + 8 + 6 = 28 м³

Примем, что B = L = H = = = 3.04 м (2.6)

Определение площади поперечного сечения усреднителя, м :

F = , (2.7)

где Q – расход воды, м /ч;

U - скорость движения воды вдоль усреднителя через поперечное сечение, мм/с (U = 1;2.5)

n – число секций усреднителя.

F = = 5.12 м²(2.8)

Принимаем В = 3 м, тогда

Н = F/B = 5.12/3 = 1.7 м

Длина усреднителя L, м, равна:

L = = 28 / 5.12 = 5.47 ≈ 5.5 м (2.9)

Барботёр – устройство необходимое для перемешивания жидкости в усреднителе путем подачи туда воздуха (барботажа). Его нужно укладывать либо поперек усреднителя, либо пристеночно.

Определяем длину барботёра при укладке поперек усреднителя, м.

, (2.10)

Здесь H - геометрическая высота усреднителя, м.

Н_г = 1.2* H = 1.2 * 1.7 = 2 м,

где H – расчетная высота усреднителя, м;

B – ширина секции усреднителя, м;

b - расстояние от барботёра до стены усреднителя (принимаем b =0.1 м);

h - расстояние о