Лабораторная работа № 3 нейтрализация и обезжелезивание кислых производственных сточных вод

На предприятиях черной металлургии, на машиностроительных и металлообрабатывающих заводах широко используется химическая обработка металлов кислотами в процессе травления. В результате образуются кислые железосодержащие стоки, имеющие свободные кислоты, (преимущественно серную, иногда смесь кислот) и соли железа (в основном FeSO₄). Сброс таких стоков в водоемы без очистки вызывает обескислороживание воды. Соли железа в результате гидролиза и окисления образуют осадки ржаво-рыжего цвета. При большом загрязнении в водоемах полностью исчезает органическая жизнь, вода становится непригодной для водоснабжения, В настоящее время железосодержащие кислые стоки очищают либо для повторного использования в производстве, либо для последующего сброса в водоемы. Наиболее распространенным способом очистки таких сточных вод является известкование. При поступлении раствора известкового молока в стоки происходит нейтрализация свободных кислот. В частности, для серной кислоты, по уравнению

.

Присутствующее в стоках сернокислое железо диссоциирует

,

а ионы железа подвергаются гидролизу

Чтобы обеспечить полный гидролиз и выделение всего Fe(OH)₂ необходимо повысить pH нейтрализуемых стоков до 8,5–9,0. При более низких значениях pH часть солей железа не подвергается гидролизу и остается в растворенном состоянии. Коагуляция Fe(OH)₂ достигается повышением pH сточных вод до 3,5–9,0 путем добавления известкового молока. Образующиеся хлопья гидрата закиси железа Fe(OH)₂ выпадают в осадок. При достаточно длительном контакте сточных вод с кислородом воздуха гидрат закиси Fe(QH)₂ переходит в гидрат окиси Fe(OH)₃.

.

Приближенный расчет дозы извести для нейтрализации железосодержащих кислых стоков производится по формуле:

мг/л, (3.1)

где А – коэффициент запаса расхода извести по сравнению с теоретическим. Этот коэффициент должен обеспечить такой, избыток извести, чтобы pH при нейтрализации было в пределах 8,5–9,0 (обычно А =1,2…1,4); С – содержание СaO в продажной извести. Эту дозу уточняют в процессе эксплуатации, руководствуясь данными контрольных анализов; коэффициенты (0,57) и (0,37) определяют количество весовых частей извести, необходимых нейтрализации одной весовой части. Н₂SО₄ и FeSО₄ соответственно (по стехеометрическому расчету); H₂SO₄ – количество серной кислоты и FeSO₄ – железного купороса в пересчете по анализу стоков.

Оптимальную дозу извести для нейтрализации и обезжелезивания производственных сточных вод находят экспериментальным путем. Для выполнения работы студенту выдается исходная проба сточных вод.

Порядок проведения лабораторной работы

1. Определить качественные показатели исходных стоков:

 — активную реакцию pH;

 — содержание железа, мг/л;

 — общую кислотность, мг  экв /л,

Методика определения показателей приведена в лабораторной работе № 1.

2. Провести пробное известкование данной сточной воды введением раствора известкового молока, определить, его оптимальную дозу и эффект обезжелезивания и нейтрализации.

Пробную нейтрализацию проводят в пяти цилиндрах введением расчетной дозы извести, определяемой по формуле (3.1). Для уточнения расчетной дозы берутся поправочные коэффициенты от 0,8 до 1,2. В каждый цилиндр с водой добавляют известковое молоко в соответствии с указанными коэффициентами. Например, в 1-й цилиндр Д_И=0,8·Д_ИР; во 2-й Д_И=0,9·Д_ИР; в 3-й Д_И=1,0·Д_ИР и т.д. Воду в цилиндрах перемешивают специальной мешалкой и оставляют в спокойном состоянии на 30 мин. Через 30 мин замечают цилиндр, в котором происходит наилучшее выпадение хлопьев. Каждые 10 мин фиксируют изменение состояния обрабатываемой воды (хлопьеобразование, уровень осаждающейся взвеси, состояние осветленного слоя воды и высоту уплотнения осадка). Все данные сводят в табл. 3.1.

Наименьшая доза реагента, при которой произошло наилучшее выпадение осадков и их уплотнение при pH 9, считается оптимальной.

Таблица 3.1

Наименование	Номера цилиндров
	1	2	3	4	5
Доза извести, мг/л
Количество раствора известкового молока, соответствующее дозе, мл/л
То же в пересчете на 0,5л пробы
Высота осадка в цилиндре через 5 мин
через 10 мин
через 15 мин
через 20 мин
через 25 мин
через 30 мин

Примечание: Пример перерасчета дозы реагента на соответствующий объем данной концентрации приведен в Приложении.

3. Определить качественные показатели сточной воды при оптимальной дозе реагента путем фильтрования осветленного слоя вод через бумажный фильтр:

 — активную реакцию pH;

 — общую щелочность, мг-экв /л;

 — общую жесткость, мг-экв/л;

 — содержание железа, мг/л;

Обосновать изменение отдельных показателей качества сточной воды.

4. Составить отчет о работе, заполнив табл.3.2 и начертить график уплотнения осадка во времени во всех пяти цилиндрах

Таблица 3.2

Наименование воды	Наименование качественных показателей
	Кислотность, мг-экв/л	Содержание железа общего, мг/л	Щелочность, мг-экв/л	Жесткость, мг-экв/л	рН
Исходная сточная
После нейтрализации при ДИ (опт), мг/л

5. Выполнить задание к лабораторной работе по нейтрализации и обезжелезиванию кислых стоков.

На заводе ежечасно образуется 500 м³ отработанных кислых стоков. Их загрязняют серная кислота и сульфат железа. После нейтрализации и обезжелезивания этих стоков воду разрешается спускать в реку.

Необходимо определить:

1. Оптимальную дозу извести для обработки данной сточной воды, мг/л;

2. Эффект очистки сточной воды при данной дозе, %;

3. Суточный расход технической извести, т;

4. Суточный расход 5%-ного раствора известкового молока, м³/сут.