Розроблення системи автоматизації процесу очищення нікельмістких стічних вод (стр. 1 из 5)
Розроблення системи автоматизації процесу очищення нікельмістких стічних вод
Зміст
Вступ
1. Коротка характеристика об’єкту автоматизації
1.1 Фізико-хімічні основи процесу очищення стічних вод
1.2 Технологічні основи процесу очищення
2. Основні рішення по автоматизації
2.1 Вибір основних контурів контролю і регулювання
2.2 Вибір приладів і засобів автоматизації
2.3 Опис функціональної схеми автоматизації
2.3.1 Регулювання рівня стоків в збірнику
2.3.2 Регулювання рН стоків
2.3.3 Контур контролю рівня в збірці
2.3.4 Регулювання концентрації нікелю
2.3.5 Регулювання концентрації заліза
2.3.6 Регулювання рівня мулу
2.3.7 Регулювання рівня освітленої води
2.3.8 Контроль та сигналізація тиску стислого повітря
2.3.9 Контур дистанційного керування електродвигуном
2.4 Опис пульта управління
2.5 Опис схеми зовнішніх електричних і трубних проводок
Заключення
Список джерел інформації
Вступ
Охорона навколишнього середовища є одним з основних завдань народного господарства. У зв'язку з цим проблема очищення стічних вод промислових підприємств і населених місць придбала особливо важливе значення. У основі очищення стічних вод лежать складні физико-хімічні процеси. Значні капітальні витрати на будівництво очисних установок, економічна ефективність яких у ряді випадків виявляється тільки при комплексному розгляді екологічних завдань в регіональному або народногосподарському масштабах. Стримується впровадження сучасних очисних установок і дефіцитом деяких видів устаткування, матеріалів і хімікатів, що утрудняє рішення цієї проблеми. Тому головними завданнями є розробка нових і вдосконалення існуючих способів очищення, зниження капітальних і експлуатаційних витрат на очищення води, організація замкнутих систем водопостачання промислових підприємств, широке впровадження автоматизації і механізації.
ДНВП "Комунар" вважається одним з крупних промислових підприємств. Це підприємство займається виготовленням різної продукції, серед якої військова продукція, телевізори і інші товари народного споживання. Одними з способів захисту основного металу від корозії, його декоративної обробки та підвищення поверхневої твердості - є нікелювання, що проводиться в гальванічному цеху шляхом нанесення гальванічного нікелювання. В результаті обробки деталей утворюються стічні води, забруднені кислотами, лугами і солями важких металів (переважно нікелем).
Виробництва, пов'язані з хімічною і електрохімічною обробкою деталей, є одними з найбільш шкідливих для навколишнього середовища. Особливо небезпечними є важкі метали, під дією яких у людини можуть виникати важкі захворювання.
1. Коротка характеристика об’єкту автоматизації
1.1 Фізико-хімічні основи процесу очищення стічних вод
Стічні води повинні очищатися від іонів важких металів (міді, цинку, нікелю і ін). Традиційно воду від з'єднань важких металів очищають шляхом перекладу їх в нерозчинні у воді з'єднання, які потім видаляють відстоюванням, флотацією, фільтрацією і іншими способами розділення твердої і рідкої фаз. Переклад в тверду фазу в основному здійснюють введенням лугу з утворенням гідроксидів, гидроксокарбонатов, карбонатів, а також сульфідних іонів, що приводить до утворення водонерозчинних сульфідів важких металів.
Згідно діючим нормативним документам скидання стічних вод в системи каналізації населених пунктів і у водні об'єкти допустимі у випадках, якщо вони характеризуються величиною рН=6.5 - 8.5.
У тому випадку, коли рН стічних вод відповідає кислій (рН< 6.5) або лужній (рН> 8.5) реакції, стічні води підлягають нейтралізації, під якою розуміють зниження концентрації в них вільних Н+ або ОН - іонів до встановлення рН в інтервалі 6.5-8.5.
Висока концентрація Н+-іонів в стічних водах обумовлена наявністю в них вільних мінеральних кислот (H2SO4, HCL HNO3, HPO3) і в значно меншому ступені органічних. Нейтралізація кислот досягається додаванням різних розчинних у воді лужних реагентів (оксиду кальцію, гідроксидів натрію, кальцію, магнію, карбонату натрію).
Реакція нейтралізації йде по схемі:
H+ + OH - = H2O (1.1)
Високі концентрації ОН - іонів у воді обумовлені надлишком вільних лугів (гідроксидів натрію, калія і лужноземельних металів). Їх нейтралізація досягається додаванням до стічних вод мінеральних кислот (сірчаної, соляної і ін).
Проте, як правило, кислі стічні води, нанесення гальванічних покриттів, що утворюються в процесах, містять також іони заліза і важких металів в концентраціях, що часто набагато перевищують концентрації вільних кислот. Тому практично нейтралізація кислот в чистому вигляді зустрічається вельми рідко. В більшості випадків вона супроводжується реакціями хімічного осадження перетворення іонів металів в важкорозчинні гідроксиди, що випадають в осад.
Утворення гідроксидів йде по схемах:
Ме2+ + 2ОН - Ме (ОН) 2¯ (1.2)
Ме3+ + 3ОН - Ме (ОН) 3¯ (1.3)
Таким чином, при нейтралізації кислих стічних вод їдкі луги витрачаються як на зниження концентрації в них Н+ - іонів, так і на утворення гідроксидів важких металів. У ряді випадків на осадження іонів металів витрачається значно більше реагенту, чим на нейтралізацію вільних кислот.
Для нейтралізації кислих стічних вод можна застосовувати наступні лужні реагенти: оксид кальцію (негашене вапно), гідроксид кальцію (гашене вапно), їдкий натр, карбонат кальцію (вапняк, крейда, мармур), карбонат магнію (магнезит), карбонат натрію (кальцинована сода).
Для нейтралізації стічних вод найчастіше застосовують вапно, яке додають у воду у вигляді грубої суспензії - вапняного молока. При нейтралізації вапном стічних вод, що містять вільну сірчану кислоту і її солі, утворюється сульфат кальцію, який досягши певної концентрації випадає в осад. Присутній у вапняному молоці шлам сприяє коагуляції частинок гідроксидів металу і інших нерозчинних домішок. Розчинність осаду залежить від його структури, яка в свою чергу визначається умовами проведення процесу нейтралізації
Теоретичні витрати деяких реагентів на реакцію приведені в таблиці 1.1
Таблиця 1.1 - Теоретична витрата реагентів на осадження металів з розчинів
| ІОН | Витрата реагенту на 1гр іона металу, г | |||
| СаО | СаО | |||
| Cu2+ | 0.88 | 1.16 | 1.26 | 1.67 |
| Fe3+ | 1.51 | 1.99 | 2.15 | 2.85 |
| Fe2+ | 1.00 | 1.32 | 1.43 | 1.90 |
| Zn2+ | 0.86 | 1.13 | 1.22 | 1.62 |
| Al3+ | 3.11 | 4.11 | 4.45 | 5.89 |
| Ni2+ | 0.95 | 1.26 | 1.36 | 1.81 |
| Cr3+ | 1.61 | 2.13 | 2.31 | 3.06 |
Розчинність сульфату кальцію при 20°С складає 2 г/л. При нейтралізації вапном стічних вод, що містять азотну і соляну кислоти і їх солі, утворюються відповідно нітрат і хлорид кальцію, розчинність яких при 20°С достатньо велика і складає декілька сотень грамів на літр.
При нейтралізації надмірної кислотності величина рН стічних вод підвищується, що супроводжується утворенням і осадженням основних солей і гідроксидів металу. Величина рН, відповідна початку осадження гідроксидів різних металів, залежить від природи металів, концентрації їх в розчині, а також від температури, наявності сторонніх домішок і т.п.
Проте при взаємодії розчинних у воді солей (іонів) металу з вапном і їдким натром утворюються осад, основні солі металу, що є головним чином. У середовищі з ще більшою лужністю тверда фаза є в основному відповідним гідроксидом металу.
Утворення гідроксидів відбувається в декілька стадій: спочатку утворюються гидроксоіони, які поступово полімеризуються, що супроводжується їх дегідратацією і мицеліоутворенням, а потім наступає флокуляція. Структура осаду, що утворюється, з часом змінюється (відбувається його старіння), унаслідок чого іноді значно знижується його розчинність. Гідроксиди деяких металів (цинку, міді, хрому, алюмінію і ін) розчиняються в надлишку їдкого лугу з утворенням комплексних аніонів.
У разі досягнення значень розчинності в процесі очищення стічних вод забезпечується ГДК 10-1 -10-2 мг/дм3 важких металів. Проте загальновідомо, що при осаджувальному очищенні стічних вод гальванічного виробництва ГДК часто не досягається.
Гідроксиди важких металів, що одержуються при очищенні стічних вод, є сильно обводнюючі (99,5%) опади, розчинність яких залежить від безлічі чинників: рН, сольового складу, іонної сили розчину та інші.
Для з'ясування причин неповного осадження гідроксидів важких металів розглянемо процес їх утворення. З фізико-хімічної точки зору, це направлений гідроліз солей:
Men+ + nH2O = Me (OH) n +nH+ (1.4)
Користуючись цією схемою, розрахуємо значення рН осадження по формулі:
pH= - lg aН+ =
lg ПР - lg Kw - lg aMen+, (1.5)де ПР - коефіцієнт розчинності
Кw - іонний коефіцієнт води, 10-14
аМеn+ - активність іонів металів в розчині.
Залежність рН осадження від активності іонів металу в розчині приведена на рисунку 1.1
Рисунок 1.1 - Залежність рН почала утворення гідроксидів важких металів від активності металів в розчині.
Значення рН початку осадження, розраховані на підставі усереднених показників, а також значення рН, необхідні для забезпечення заданих залишкових концентрацій, приведені в таблиці 1.2
Таблиця 1.2 - Розрахункові показники осадження гідроксидів
| Гідроксид | Температура, °С | РН початку осадження | Задана концентрація іонів металлу, мг/дм3 | Розрахункове значення рН |
| Cu (OH) 2 | 18-20 | 4.17-8.04 | 0.2 | 6.93-10.8 |
| Fe (OH) 2 | 18-25 | 6.34-7.11 | 0.3 | 8.98-9.75 |
| Fe (OH) 3 | 18 | 1.53-2.03 | 0.3 | 3.29-3.79 |
| Ni (OH) 2 | 17-25 | 4.97-7.1 | 0.1 | 7.86-9.99 |
| Zn (OH) 2 | 18-25 | 5.55-7.66 | 3.0 | 7.72-9.83 |
Фактичні концентрації іонів металів після осадження значно відрізняються від табличних і можуть досягати десятків і сотень мг/дм3. Це обумовлено тим, що схема (рівняння - 1.4) не відображає дійсної картини, що відбувається в розчинах при утворенні гідроксидів важких металів, які в основі мають полівалентний катіон. Гідроліз таких катіонів протікає стадійно, а проміжними з'єднаннями є багатозарядні полікатіони типу [Mem (OH) n] kk (m-n) +. Ці з'єднання мають властивість зберігати свою стійкість аж до значень рН, близьких до рН гідратоутворення. Наприклад, в розбавлених мідьвмісних розчинах при рН=6.7 співіснують три форми продуктів гідролізу: Cu (OH) +, Cu2+ і Cu (OH) 2. При рН вище 7.4 переважаючою формою є нерозчинна форма Cu (OH) 2 з невеликою кількістю розчинної Cu (OH) 2. Ізоелектрична крапка для Cu (II) знаходиться в інтервалі рН=7.6.7.8, яка залежить від якісного складу розчину. Тому навіть незначні відхилення від оптимальних значень рН при очищенні води можуть привести до неповного очищення.