Файл: Способы очистки сточных вод металлургического производства.pdf

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
НОВОТРОИЦКИЙ ФИЛИАЛ
Кафедра металлургических технологий и оборудования
Домашняя РАБОТА
по дисциплине «Промышленная экология »
Тема : Способы очистки сточных вод металлургического производства
Вариант : №3
г. Новотроицк, 2023
Выполнила студентка группы
БТМО-20
Выполнила: Зройчикова.А.О
Проверил: Вильдт.Н.П

Содержание
Введение ............................................................................................................................ 3 1.1
Определение и классификация промышленных сточных вод ................ 4 1.2
Современные способы очистки сточных вод ........................................... 7
Заключение ..................................................................................................................... 12
Список используемой литературы и используемых источников................................. 13

Введение
Водопотребление металлургии составляет примерно 15 – 20 % от общего потребления воды промышленными предприятиями.
К производствам, которые сильнее всего загрязняют водные объекты тяжелыми металлами, относятся гальванические, металлургические и горнодобывающие.
Тяжелые металлы, которые содержатся в сточных водах, накапливаются в донных отложениях и аккумулируются в трофических цепях.
Одним из способов решения поставленной задачи очистки сточных вод от тяжелых металлов, относятся баромембранные способы очистки, такие как, обратный осмос и ультрафильтрация. Но ещё есть один баромембранный процесс, который набирает популярность в очистке сточных вод от тяжелых металлов. Это процесс нанофильтрации.

1.1 Определение и классификация промышленных
сточных вод
Сточными называются воды, образовавшиеся в процессе использования на бытовые и производственные нужды и получившие при этом дополнительные загрязнения, изменившие их первоначальный физико-химический и бактериологический состав. Сюда же относят воды, стекающие с территории населенных пунктов и различных предприятий. В зависимости от происхождения сточные воды подразделяют на три основные группы: бытовые
(хозяйственно-бытовые), производственные и городские (смесь бытовых и промышленных сточных вод, образующихся при спуске тех и других в общегородскую канализацию).
Четкой классификации сточных вод промышленных предприятий нет. По наиболее общей классификации они подразделяются на три вида: чистые, условно чистые и химически загрязненные. Условно чистые воды используются в технологическом процессе, но они не содержат загрязнений, так как не имеют непосредственного контакта с химическими веществами (например, для охлаждения оборудования). Условно чистыми их называют потому, что из-за неплотностей аппаратуры в них могут попадать загрязняющие вещества, кроме того, эти воды нагреты, что может привести к тепловому загрязнению водоема.
Нормирование содержания вредных примесей в воде определяется «Правилами охраны поверхностных вод», утвержденными Госкомприроды СССР
21.02.1991г. Эти правила устанавливают предельно допустимые концентрации
(ПДК) вредных веществ, состав и свойства воды для водоемов двух типов: хозяйственно-питьевого и культурно-бытового использования, а также для водоемов, используемых в рыбо-хозяйственных целях. Правилами установлены определенные показатели, характеризующие воду водоема после сброса в нее сточных вод, т.е. нормы относятся не к сточным водам, а к воде водоема после смешения с нею сточных вод.
Нормируемыми показателями качества воды являются: количество взвешенных частиц, плавающие примеси (предметы), запахи, привкусы, окраска, температура, кислотность (значение рН), минеральный состав, растворенный кислород, биохимическая потребность в кислороде, возбудители заболеваний, ядовитые вещества.
«Правилами» установлены ПДК для 1925 вредных веществ.
Ниже приведены данные, характеризующие ПДК в водоемах хозяйственно- бытового использования некоторых вредных веществ, наиболее распространенных в сточных водах предприятий черной металлургии (таблица
11).

Таблица 11 - ПДК наиболее распространенных загрязнений в стоках предприятий черной металлургии, мг/л
Вещества
ПДК
Вещества
ПДК
Аммиак (по азоту)
2,0
Роданиды
0,1
Барий
0,1
Сероуглерод
1,0
Бензин топливный
0,1
Свинец
0,03
Бор
0,5
Сульфат аммония
0,5
Ванадий
0,1
Фенол
0,001
Вольфрам
0,05
Флотореагент ОПС-6 2,0
Железо
0,5
Флотореагент этилксантогенат калия
0,1
Кальций
180
Хлорид аммония (по азоту)
2,0
Кремний
10
Хлорид кальция
550
Масла
0,02-0,4
Хром (в пересчете на Cr
3+
)
0,6
Медь
1,0
Хром (в пересчете на Cr
6+
)
0,1
Нефть многосернистая
0,1
Цинк
1,0
Нефть прочая
0,3
Цианиды простые и комплексные
(кроме цианоферритов) в пересчете на циан
0,1
Правила запрещают сбрасывать в водоемы сточные воды, если этого можно избежать, используя более рациональную технологию и оборотное водоснабжение.
Наибольшее количество сточных вод образуется в основных цехах металлургических предприятий (доменный, сталеплавильный, прокатный и др.), но степень их загрязнения относительно невелика.
Отличительная особенность общезаводских стоков – наличие большого количества взвешенных частиц (800-4300 мг/л), в основном руды и окалины, которые придают стокам красновато-бурый оттенок. Также в стоках

содержится незначительное количество органических загрязнений; стоки имеют относительно высокую температуру 35-55
°
С. Один металлургический завод выбрасывает около 200 т/сут. взвешенных веществ.
В доменном производстве количество стоков наибольшее – 15 м
3
/т чугуна.
Наименее загрязнены стоки от грануляции шлака, когда расплавленный шлак быстро охлаждается водой. Бóльшая часть воды при этом испаряется, а остальная возвращается для повторного использования.
Стоки от грануляции имеют температуру до 40
°
С. Количество взвешенных частиц составляет 600-700 мг/л. В стоках также содержатся кремний, кальций, сернистые соединения, сульфаты.
Сточные воды коксохимического производства характерны наличием в них фенолов, количество которых может быть значительно. Эти стоки также могут также содержать канцерогены 3,4-бензпирен. Стоки коксохимического производства вообще нежелательно сбрасывать в водоемы, т.к. вода в них становится непригодной для любого использования.
Наиболее вредные стоки образуются в процессе обработки металлических поверхностей кислотами. В этих цехах образуется две категории стоков:
1)
Более концентрированные, включающие в себя отработанные растворы из травильных ванн. Содержат H
2
SO
4
, Fe
2
(SO
4
)
3
; t = 30-80
°
С.
2)
Менее концентрированные, включающие воду от промывки обработанных изделий. Количество стоков:
- первой категории – 0,5 м
3
/т готовой продукции;
- второй категории – 3 м
3
/т.
Наименее вредными являются стоки рудо-обогатительных фабрик. Количество стоков велико, но они содержат в основном большое количество глины, песка, пустой породы.

1.2 Современные способы очистки сточных вод
Универсального метода очистки загрязненных промышленных сточных вод, который отвечал бы всем современным требованиям, пока не существует.
Для очистки промышленных стоков используют механический способ и реагентную химическую очистку. Также разрабатываются и внедряются безреагентные способы: электрохимический, электроионитовый, применение ионнообменных смол, озонирование.
Механические методы используются в основном как предварительные. Они предназначены для отделения от воды нерастворимых примесей различной крупности. Для этих целей используют решетки, барабанные сетки, фильтры, песколовки, отстойники, нефтеловушки, смоложиромаслоуловители. Основным оборудованием механической очистки сточных вод являются отстойники различных принципов действия, отстойные пруды. В настоящее время для механической очистки применяют гидроциклоны, требующие значительно меньших площадей и отличающиеся более высокой производительностью.
Сточные воды после механической очистки в зависимости от состава и предъявляемых к ним требований направляют на химическую, физико- химическую или биологическую очистку.
Химическую реагентную очистку применяют в случаях, когда выделение загрязнений возможно только в результате химической реакции между примесью и реагентом с образованием новых веществ, которые легко удалить.
Для такой очистки используют реакции окисления, нейтрализации, перевод вредных примесей в безвредные, обезвреживание методом хлорирования и др.
Подобные методы требуют большого расхода реагентов. Кроме того, образующиеся в результате реакции соединения необходимо удалять из стоков и обрабатывать. Наиболее широко применяется нейтрализация сточных вод для удаления из них кислот, щелочей, солей металлов.
Физико-химические методы очистки подразделяют на реагентные и безреагентные. К реагентным относятся методы, при которых для осаждения и выделения соединений из стоков применяются специальные вещества – коагулянты (соли алюминия и железа, аммиачная вода и др.) и флокулянты
(полиакриламид, синтетические полимеры, природные полимеры, неорганические вещества, например, кремниевая кислота). Очистка сточных вод реагентным способом включает несколько стадий: приготовление и дозирование реагентов, смешение их с водой, хлопьеобразование, отделение хлопьевидных примесей от воды.
К безреагентным методам относятся: сорбционные, электрохимические, радиационные и др. Безреагентные методы протекают без введения в реакционную среду дополнительных химических соединений. Тем не менее осуществление процесса требует дополнительных затрат энергии и

использование нейтральных веществ в качестве сорбентов, которые при регенерации дают вторичное загрязнение в виде шлама.
К электрохимическим методам очистки относятся ионный обмен, электролиз и др. Наиболее широко применяются синтетические ионнообменные смолы, цеолиты, гидроксиды и соли поливалентных металлов. Ионный обмен является одним из основных способов обессоливания, опреснения и умягчения воды.
В последние годы широкое применение нашли мембранные процессы очистки сточных вод (ультрафильтрация, обратный осмос, микрофильтрация, испарение через мембраны, диализ, электродиализ). Мембраны изготавливают из ацетатов целлюлозы, полиамида, фторопласта, различных полимеров, стекла, графита, оксидов металлов.
Ультрафильтрация характеризуется большими скоростями движения разделяемой жидкости. При повышении давления и уменьшении скорости движения разделяемой жидкости наступает обратный осмос. При обратноосмотическом процессе мембраны могут задерживать практически все растворимые вещества и взвеси минерального и органического происхождения
(в том числе микробы, вирусы, бактерии, споры грибков и т.п.).
Мембранные процессы разделения жидкостей, смесей, деминерализация воды, разделение и концентрирование сточных вод являются наиболее эффективными в экологическом отношении, т.к. позволяют извлекать из сточных вод ценные вещества, повторно использовать воды, регенерировать отработанные составы.

Биологический метод применяется для очистки воды от многих растворимых органических веществ, ионов тяжелых металлов и некоторых неорганических веществ (сероводорода, аммиака, нитритов). Процесс основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания. Контактируя с органическими веществами микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода и другие вещества. Другая часть органических веществ идет на образование биомассы.
Известны аэробные и анаэробные методы биологической очистки. Аэробный метод основан на использовании аэробных микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходимы постоянный приток кислорода и температура 20-40
°
С. Анаэробные методы осуществляются без доступа кислорода, их используют в основном для обезвреживания осадков.
Термические методы используют для очистки сильно минерализованных сточных вод, содержащих соли кальция, магния и др. Очищенную воду получают в основном путем её испарения в специальных установках. В некоторых случаях используют огневой метод, при котором сточные воды распыляют непосредственно в топочные горячие газы. При этом вода полностью испаряется, органические примеси сгорают, а минеральные вещества превращаются в твердые или расплавленные частицы, которые затем улавливаются.
Способы очистки сточных вод от некоторых вредных веществ приведены в таблице 12.
Таблица 12 - Способы очистки сточных вод от вредных веществ
Вредные вещества
Способ очистки
1 2
Азот, аммиак
Биологическая очистка стоков, а при недостаточной эффективности доочистка:
1)подщелачивание известью до рН 9,5-11,5 и отдувка аммиака воздухом; 2)окисление хлором, адсорбция образовавшихся хлораминов и фильтрование через гранулированный активированный уголь;
3)адсорбция иона аммония ионитами – адсорбция цеолитами
(эффективность 54-100%)
Соединения аммония: гидроксид, карбонат аммония, сульфид, роданит аммония
Биологическая очистка
Алюминий (содержится в стоках от гальванических ванн)
Нейтрализация щелочами с последующим осаждением алюминия или извлечение ионитами
Ванадий
Биологическая, химическая очистка: извлечение ионитами, методами обратного осмоса; осаждение

гидроксидом железа при рН 8,5-10, сульфидом железа, адсорбция активированным углем
Вольфрам
Извлечение ионитами
Железо
Наиболее распространенные методы извлечения – аэрация, осаждение, фильтрование, коагуляция, ионный обмен. Применяются осаждение известью, цементация, электродиализ, метод обратного осмоса, адсорбция активированным углем.
Механическая и биологическая очистка стоков снижает концентрацию железа в сточных водах на
86%; очистка с помощью катионных фильтров снижает концентрацию железа с 11 до 0,01 мг/л.
Кадмий (особенно в сточных водах цехов электролитического покрытия)
Биологическая очистка (извлекается 80% кадмия); химическая очистка при добавлении щелочи, извести; осаждение и фильтрование (извлекается
60% кадмия). Эффект очистки сточных вод от кадмия известью 98,9%.
Кальций
Химические, физико-химические и физические методы. При очистке методом обратного осмоса концентрация кальция снижается с 350 до 7,5 мг/л, после предварительного фильтрования через активированный уголь снижение составляет
98,6%, после очистки на катионных фильтрах снижение с 9,0 до 0,01 мг/л.
Кремний
Осаждение, коагуляция, методы гидрометаллургии и методы физико- химической очистки
Марганец
Биохимическая, механическая, аэрация, осаждение известью, цементация, коагуляция, ионный обмен, адсорбция активированным углем, электродиализ.
После механической и биологической очистки в аэротенках эффект очистки составляет 91%, при осаждении известью
– 95%, при фильтровании через активированный уголь – 95%.

Продолжение таблицы 12 1
2
Медь и её соединения
Биологическая очистка, химическая очистка, осаждение известью или едким натром, осаждение ферроцианидом калия, физико-химические методы, ионный обмен, метод обратного осмоса
Молибден
Извлечение ионитами. Эффект очистки сточных вод от молибдена составляет при применении химических методов
(квасцов) 85%, извести 12%, физических методов –
72%.
Мышьяк
Химические и физико-химические методы.
Двойным биофильтрованием мышьяк извлекается из сточных вод полностью.
Никель
Биологическая очистка; химическая, физико- химическая очистка; метод обратного осмоса (эффект 92-96%); адсорбция активированным углем (эффект – 95-
99%).
Свинец адсорбция активированным углем;
химические методы, биологическая очистка
Сера и её соединения
Биологическая и физико-химическая очистка; химические методы
Фосфор
Биологическая и химическая очистка; ионный обмен; метод обратного осмоса
Хлор
Методы химической очистки, аэрация
Хром
Биологическая, химическая очистка: извлечение ионитами, методами обратного осмоса; механические способы очистки;
физико- химические методы
Цинк
Биологическая очистка; нейтрализация щелочами; известкование; цементация; ионный обмен; метод обратного осмоса
Цианиды
Биологическая, химическая очистка, ионный обмен, адсорбция активированным углем
Соляная кислота
Нейтрализация известью
Концентрация водородных ионов
(рН)
При рН=6÷7 биологическая очистка (оптимальное значение рН=6,5); методы нейтрализации кислых и щелочных вод
Фенол, роданиды
Биологическая очистка