Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

М.А. Булатов комплексная переработка многокомпонентных жидких систем

Ресурсосберегающие и малоотходные технологии, экологически чистая продукция

Москва - 1997

3.3. Совершенствование аппаратурно-технологического оформления процесса нейтрализации сточных вод

Процессы нейтрализации с использованием химических реагентов обладают в кинетическом отношении целым рядом особенностей, кото­рые необходимо учитывать при очистке сточных вод. Эффективность процесса зависит при прочих равных условиях от интенсивности тур­булентности в ядре потока, с увеличением которой возрастает веро­ятность дробления образующихся агрегатов. Существующие методы сме­шения не учитывают этих особеностей, что приводит к потере устой­чивости образующихся коллоидных структур, разрушению их каркаса и, как следствие, к малоэффективному их осаждению в отстойниках.

В МГАХМе разработана новая конструкция реактора-смесителя, отличающаяся тем, что перемешивание реагентов проводится во встречных закрученных потоках, что обеспечивает необходимую сте­пень перемешивания к снижение энергетических и материальных затрат (рис. 3.1). Преимуществом разработанного оборудования по сравнению с существующим является отсутствие движущихся перемешивающих уст­ройств. Специальная конструкция статического рассекателя позволяет обеспечить гидродинамический режим в аппарате, благоприятствующий процессу флокулообразования.

Физико-химические особенности процесса

Как следует ив табл. 3.1 реагентный метод позволяет проводить очистку сточных вод от растворимых примесей.

Фторсодержащие сточные воды нейтрализуют обычно суспензией мела. При этом возможно протекание следующих реакций:

Na₂SiF₆ + СаСО₃ = CaSiF₆ + Na₂CO₃ ( 3.1 )

CaSiF₆ + 2СаСО₃ = 3CaF₂ + SiO₂ + 2CO₂ ( 3.2 )

Рис. 3.1. Схема статического реактора-смесителя

1 - распределительное устройство для ввода реагентов;

2 - перераспределитель потока; 3 - корпус.

Линии: I - ввода раствора; II - вывода раствора;

III - ввода осадительного реагента

Таблица 3.1

Методы очистки сточных вод

Физико-химические свойства загряэняющего вещества

Размер частиц загрязняющего вещества, м

Твердые нерастворимые примеси

Коллоидные частицы

Вирусы

Ионы, молекулы

10^-3

10^-4

10^-5

10^- 6

10^-7

10^-8

10^-9

10^-10

Размер частиц

тканевый фильтр, решетки-сита

Микрофильтр

ультрафильтрация

обратный осмос

коагуляция флокуляция

седиментация

Плотность

центрифугирование

ультрацентрифугирование

Диффузия Ионный заряд

диализ

электродиализ

ионообмен

Растворимост

экстракция

реагентная очистка

Поверхностные свойства

флотация

сорбция

Температура кипения

дистилляция, концентрирование

2HF + СаСО₃ = CaF₂ + CO2 + Н₂О (3.3 )

Для увеличения эффективности очистки целесообразно вводить в сточную воду более растворимые соединения кальция, например гидроксид кальция Процесс нейтрализации будет протекать по реакции

H₂SiF₆ + ЗСа(ОН)₂ = 3СF₂ + SiO₂ + 4Н₂О (3.4)

При этом возможно протекание и других реакций.

Na₂SiF₆+ Ca(OH)₂ = CaSiF₆ + 2NaOH ( 3.5 )

NaSiF₆ + 3Са(ОН)₂ = 3СaF₂ + SiO₂ + 2H₂O + 2NaOH ( 3.6 )

CaSiF₆ + 2Ca(OH)₂ = 3CaF₂ + SiO₂ + 2H₂O ( 3.7 )

2HF + Ca(OH)₂ = CaF₂ + 2H₂O ( 3.8 )

Приведенные обменные реакции протекают практически мгновенно. При этом образуются растворы электролитов, пересыщенные по соеди­нениям кальция. В пересыщенных растворах начинается процесс крис­таллизации - образование и рост кристаллов солей кальция (напри­мер, CaF₂). По мере увеличения размера кристаллического продукта происходит его осаждение. Экспериментально показано, что определя­ющим процессом в присутствии затравочных кристаллов является их рост. Рост кристаллов - типичный гетерогенный процесс в системе жидкость - твердое.

Рассмотрим единичную шарообразную частицу твердой примеси, находящуюся в потоке реакционной смеси (рис. 3.2а).

Основные стадии процесса роста кристаллов: