Нейтрализация сточных вод

Для предупреждения коррозии материалов канализационных сооружений кислые и щелочные ПСВ подвергаются нейтрализации. Нейтрализация нередко производится также в целях осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов.
Процесс нейтрализации стоков на локальных, мобильных очистных сооружениях и иных типах систем очистки заключается в доведении их водородного показателя (рН) до норм, которые находятся в границах 6,5…8,5.

Наиболее часто сточные воды загрязнены минеральными кислотами: серной H2SO4, азотной HNO3, соляной HCl, а также их смесями. Значительно реже в сточных водах встречаются азотистая HNO2, фосфорная H3PO4, сернистая H2SO3, сероводородная H2S, плавиковая HF, хромовая H2СrO4кислоты, а также органические кислоты: уксусная CH3COOH, пикриновая HOC6H2(NO2)3, угольная H2CO3, салициловая C6H4(OH)2 и др.

При разработке технологической схемы нейтрализации стоков учитывает всегда:
возможность взаимной нейтрализации поступающих со стоками кислот и щелочей;
наличие щелочного резерва, являющегося одним из показателей бытовых загрязненных вод;
способность природной нейтрализации водой водоемов.

Процесс нейтрализации осуществляется в нейтрализаторах проточного или контактного типа, которые могут конструктивно объединяться с отстойниками. При благоприятных местных условиях осветление нейтрализованной сточной воды может производиться в накопителях, рассчитываемых на хранение в них осадка в течение 10 -15 лет.
Объем выпадающего осадка зависит от концентрации в нейтрализуемой сточной воде кислоты и ионов тяжелых металлов, а также от вида и дозы реагента. Наибольшее количество осадка выпадает при нейтрализации сточной воды известковым молоком, приготовленным из товарной извести, которая содержит 50% активного вещества оксида кальция.

Применяют следующие способы нейтрализации:
1) взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод смешением;
2) нейтрализация реагентами [растворы кислот, негашеная известь CaO, гашеная известь Ca(OH)2, кальцинированная сода Na2CO3, каустическая сода NaOH, аммиак NH4(ОH)];
3) фильтрование через нейтрализующие материалы [известь, известняк CaCO3, доломит CaCO3 · MgCO3, магнезит MgCO3, обожженный магнезит MgO, мел CaCO3 (96-99 %)];
4) нейтрализация дымовыми газами.

Взаимная нейтрализация кислых и щелочных ПСВ. Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоту и отработавшую щелочь, на заводах, как правило, различны. Кислые воды обычно сбрасываются в канализацию равномерно в течение суток и имеют постоянную концентрацию; щелочные воды сбрасываются периодически один или два раза за смену по мере того, как отрабатывается щелочной раствор. В связи с этим для щелочных вод необходимо устраивать регулирующий резервуар, объем которого должен быть достаточным, чтобы принять суточное количество щелочных вод. Из резервуара щелочные воды должны равномерно выпускаться в камеру смешения, где происходит их нейтрализация кислыми сточными водами.

Нейтрализация сточных вод реагентами. Для нейтрализации кислых вод могут быть использованы: NaOH, KOH, Na2CO3 , NH4OH (аммиачная вода), CaCO3 , MgCO3 , цемент, доломит (CaCO3 · MgCO3).
Наиболее дешевым является гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием активной извести Ca(OH)2 5-10 % .
Известь для нейтрализации вводят в сточную воду в виде гидроксида кальция – известкового молока – («мокрое» дозирование) или в виде сухого порошка («сухое» дозирование).

При нейтрализации производственных сточных вод, содержащих серную кислоту, реакция в зависимости от применяемого реагента протекает по уравнениям:
H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 + 2H2O;
H2SO4 + CaCO3 = CaSO4 + H2O + CO2.

Количество реагентов G, кг/ч, для нейтрализации сточных вод определяется по формуле:
G=k3QaA100/B
где kз – коэффициент запаса расхода реагента по сравнению с теоретическим, равный для известкового молока 1,1, для известкового теста и сухой извести 1,5; В – количество активной части в товарном продукте, %; Q – расход сточных вод, подлежащих нейтрализации, м3/ч; а – расход реагента для нейтрализации, кг/кг; A – концентрация кислоты или щелочи, кг/м3.

При нейтрализации кислых сточных вод, содержащих соли тяжелых металлов, количество реагентов G, кг/ч:
G=k3100Q(aA+b1C1+b2C2+…+bnCn)/B
где С1 , С2 ,…, Сn – концентрации металлов в сточных водах, кг/м3; b1 ,b2 ,…, bn – расход реагентов, требуемых для перевода металлов из растворенного состояния в осадок, кг/кг

Нейтрализация кислых сточных вод в фильтрах с нейтрализующим материалом. нейтрализации кислых вод проводят фильтрование их через слой магнезита, доломита, известняка, мела, мрамора, твердых отходов (шлак, зола) и др. Процесс ведут в фильтрах-нейтрализаторах, которые могут быть горизонтальными или вертикальными крупность фракций материала загрузки 3-8 мм. Для вертикальных фильтров используют куски известняка или доломита размером 30-80 мм. При высоте слоя материала 0,85-1,2 м скорость должна быть не более 5 м/с и зависит от вида загрузочного материала, а продолжительность контакта не менее 10 мин. У горизонтальных фильтров скорость течения сточных вод 1-3 м/с. Нейтрализация соляно - и азотнокислых, а также сернокислых сточных вод при концентрации серной кислоты не более 1,5 г/л происходит на непрерывно действующих фильтрах.

Применение таких фильтров возможно при условии отсутствия в кислых сточных водах солей металлов, поскольку при рН > 7 они будут выпадать в осадок в виде труднорастворимых соединений, которые полностью забивают поры фильтра. Ограничивается применение нейтрализующих фильтров при подаче на них сернокислых сточных вод с концентрацией серной кислоты более 1,5 г/л. В этом случае количество образующегося сульфата кальция превышает его растворимость ( << 2 г/л) и он начинает выпадать в осадок, который покрывает поверхность нейтрализующей загрузки, затрудняет доступ к ней кислоты, в результате чего нейтрализация прекращается.
Если загрузка выполняется из карбоната магния, это ограничение снимается, поскольку растворимость сульфата магния достаточно высока – 355 г/л (MgSO4·7H2O).