книги из ГПНТБ / Шабалин А.Ф. Очистка сточных вод предприятий черной металлургии учебное пособие для техникумов

R— отношение молекулярного веса AfJs кристаллизующе­ гося из раствора кристаллогидрата, к молекулярно­

му весу М2 безводной соли.

Количество испаряющейся очищаемой сточной воды при есте­

и скорости движения воздуха над кристаллизатором;

Рис. 46. Зависимость коэффициента испарения Киот температуры ts и скорости движения воздуха Квоад над жидкостью

Р— упругость паров над водой при средней температуре

воды за период испарения ts, мм рт. ст.;

Ро —упругость паров воды в воздухе при температуре воз­ духа to, мм рт. ст.;

Ф — относительная влажность воздуха.

Значения величин Р и Ро в зависимости от температуры приведены ниже:

Относительную влажность воздуха для средних условий можно принимать ф = 0,7.

Расчет резервуаров-кристаллизаторов сводится к определе­ нию площади, необходимой для обработки данного количества

8*

сточной воды Q м?/час, для чего задаются различными значени­ ями упругости паров Ро и продолжительностью испарения (про­ должительностью пребывания сточной воды в кристаллизаторе) Т час.

Кристаллизация в естественных условиях

Простейшая кристаллизация железного купороса из травиль­ ных сточных вод может быть осуществлена за счет соприкосно­ вения раствора с воздухом в ящичных кристаллизаторах или при нейтрализации железом.

В ящичных кристаллизаторах, представляющих собой дере­ вянные ящики (0,5—0,8 м на 1 м), отработавший раствор охлаж­ дается при соприкосновении с воздухом и отчасти за счет есте­ ственного испарения воды. Из охлажденного и в незначительной

мере сконцентрировавшегося раствора выпадает железный купо­ рос, который затем отделяется центрифугой или вручную. Маточный раствор, содержащий серную кислоту (при травлении последней) и остаток связанного железа, до спуска в сток дол­ жен быть нейтрализован. Интенсивность кристаллизации желез­ ного купороса по этому методу зависит от времени года и пого­ ды. Вообще же этот метод мало эффективен, хотя и применяет­ ся еще на некоторых заводах; извлечение железного купороса составляет всего 20—25%.

Кристаллизация с нейтрализацией железом

При нейтрализации железом сточную воду, содержащую серную кислоту и железный купорос, собирают в приемном колодце, откуда перекачивают в дотравочный резервуар; в него же подают стальные стружки, обрезки или лом. Вся избыточ­ ная кислота сточной воды расходуется на образование кристал­ лов железного купороса:

H2SO4 + FeO = FeSOi + Н2О.

После дотравки раствор передают в выпарные резервуары, а из них — в кристаллизационные бассейны. Количество выпари­ ваемой воды определяется предельной растворимостью желез­ ного купороса, соответствующей температуре раствора 56—68°.

Образующиеся кристаллы FeSO4 • 7Н2О оседают на дно кристаллизационного бассейна, а маточный раствор сливается в особый резервуар, откуда его перекачивают к поступающему

.вновь раствору (как это делается, например, на одном придне­ провском металлургическом заводе).

Производительность такой установки невелика — около

.5 м3!час травильных стоков.

купороса. При этом за один рабочий цикл должно быть выпаре­ но около 80 Л43 воды.

Кристаллизация с искусственным охлаждением растворов

Ввиду малой эффективности кристаллизации железного

купороса в ящичных кристаллизаторах на практике для ускоре­ ния процесса кристаллизации применяют искусственное охлаж­ дение. Охлаждение растворов может проводиться воздухом или

водой. При охлаждении воздухом с естественной или искусст­

венной тягой в отработавший травильный раствор добавляют серную кислоту (в целях углубления процесса кристаллиза­ ции), а затем этот раствор разбрызгивают в кристаллизацион­ ных камерах, продуваемых противоточным воздухом (рис. 47). Вследствие интенсивного испарения сточной воды в этих каме­ рах происходит интенсивное охлаждение раствора; благодаря этому значительная часть купороса выкристаллизовывается.

Кристаллы купороса отделяются центрифугированием, а маточ­ ный раствор возвращается на травление. Извлечение железного купороса составляет 50%.

Установка такого типа пригодна лишь для малых количеств раствора. Недостатком ее является громоздкость.

При охлаждении водой в отработавший травильный раствор также добавляют предварительно серную кислоту; затем этот

раствор поступает в кристаллизаторы, где он движется в направлении сверху вниз в то время, как охлаждающая вода, циркулирующая в змеевиках, подается в противоположном направлении (рис. 48).

Образующиеся вследствие охлаждения кристаллы купороса отделяются от раствора также в центрифугах, извлеченный железный купорос составляет около 50%; маточный раствор возвращается на травление.

Подобные установки, использующие холодную подземную воду, есть и на ряде заводов (Одесском сталепроволочно-канат- ном, Ревдинском метизно-металлургическом и др.).

Кристаллизация с выпариванием растворов

Выпаривание растворов может осуществляться: а) при атмосферном давлении (простое выпаривание); б) при атмос­ ферном давлении с получением сульфатов и в) под вакуумом.

с нагревом воды паром низкого давления. При этом если выпа­ ривать какое-то количество сточной воды Q м3 до желательной

концентрации в ней солей С при начальной концентрации Со, то количество воды, которое необходимо испарить, определится из уравнения:

Рис. 47. Схема кристаллизационной установки с воздушным охлаж­

Кристаллизация железного купороса из травильных сточных вод 119

Выпаривание с получением сульфатов состоит в том, что кислоту отработавшего раствора нейтрализуют окисью железа. Затем раствор выпаривают, получая железный купорос, кото­ рый подвергают восстановительному обжигу. В качестве восста­ новителя к осадку добавляют дробленый уголь. В результате

Рис. 48. Схема кристаллизационной купоросной установки с водяным охлаждением отработавшего травильного раствора:

/ — трубопровод отработавшего раствора; 2 — сборник раствора; 3 — насосы; 4 —

обжига получается сернистый ангидрид и окись железа. Серни­ стый ангидрид перерабатывают в серную кислоту на сернокис­ лотном заводе. Выпаривание с получением сульфатов еще не получило распространения, несмотря на рентабельность приме­ нения его для травильных установок с расходом 10—12 т серной кислоты в сутки. Ввиду того, что при выпаривании под атмос­ ферным давлением больших количеств сточной воды требуется

громадная площадь для размещения установки, в лоследнее время стали переходить на выпаривание под вакуумом.

Выпаривание под вакуумом производится в вакуум-кристал- лизационных купоросных установках, состоящих из вакуум-

120 Способы очистки травильных сточных вод

аппарата, конденсатора, вакуум-насоса и сборников конденса­ та (рис. 49). При этом вакуумное выпаривание может быть одноступенчатым и многоступенчатым (многократным), когда сточная вода проходит последовательно через 4—5 аппаратов при одном общем конденсаторе вторичного пара.

Расход греющего пара на 1 кг испарившейся воды в зави­ симости от числа ступеней в вакуумной выпарной установке приведен ниже.

Выпуск

концентрированной сточной, воды

достигается кипение раствора при низкой температуре (5—10°) и интенсивное испарение воды. Выпускаемый из аппарата

упаренный раствор подвергают центрифугированию для извле­

чения из него кристаллов железного купороса; получающийся при этом маточный раствор кислоты возвращают в производ­ ство.

быть периодического или непрерывного действия. Расход пара в них составляет примерно 0,75 кг на 1 кг получаемого желез­ ного купороса.

Купоросная установка периодического действия

В разработанной Гипромезом конструкции типовой установ­ ки периодического действия (рис. 50) отработавший травиль­ ный раствор и серная кислота перекачиваются насосами в мер-

в главный конденсатор 5, где конденсируется охлаждающей водой. Несконденсировавшиеся пары из главного конденсатора

отсасываются и сжимаются последовательно в эжекторах 6, 7

и 8 второй, третьей и четвертой ступеней. После второй и треть­ ей ступеней сжатия производится промежуточная конденсация в сдвоенном конденсаторе 9. После четвертой ступени оставши­ еся пары выбрасываются в атмосферу. Вода из конденсаторов стекает по трубкам в барометрический сборник 10, а затем в канализацию. Раствор в кристаллизаторе охлаждается до 10° при остаточном давлении 7 мм рт. ст.

122 Способы очистки травильных сточных вод

Процесс кристаллизации полностью заканчивается за один час, выгрузка и заполнение кристаллизатора новой порцией сточной воды занимают также около одного часа. По окончании охлаждения вакуум снимается и пульпа из кристаллизатора

выпускается в центрифугу 11 для отделения кристаллов. из маточного раствора. Описанная типовая установка запроектиро­

что в конденсате из барометрического сборника на некоторых установках содержание кислоты доходит до 3—10 г/м3 сточ­ ной воды.

Производительность установки увеличивают, предусматри­

второй находится под загрузкой; при этом на два кристаллиза­ тора достаточно иметь один вакуум-эжекторный агрегат.

Как видно, основными элементами в установке являются эжекторы. В них рабочий пар высокого давления, выходя из сопла с большой скоростью, расширяется и увлекает с собой из кристаллизатора пар низкого давления. Смешанный в сужен­ ной части эжектора пар проходит через расширяющуюся часть (диффузор), где скорость его уменьшается, а давление увели­ чивается до требуемого. Вследствие низкого к.п.д. эжектора при высоких степенях эжекции применяется многоступенчатая эжекция с несколькими последовательно установленными эжек­ торами. При этом смесь паров высокого и низкого давления после каждой ступени проходит через конденсатор, где значи­ тельная часть пара конденсируется водой, и в последующую ступень поступает все меньшее и меньшее его количество. Бла­

кристаллизационная установка непрерывного действия показа­ на на рис. 51.

По этой схеме отработавший раствор и добавляемую в него серную кислоту перекачивают насосами в мерники 1 и 2, откуда смесь непрерывно засасывается в кристаллизационный агрегат,

состоящий из четырех последовательно соединенных аппаратов

/, II, III и IV.