Файл: Бучило Э. Очистка сточных вод травильных и гальванических отделений.pdf

темы управления химическими процессами существует четкая зависимость, описываемая коэффициентом удель­ ной производительности устройства ц [29].

n Q + ( п— \) К f (т)

Сумма коэффициентов ц, подсчитанных для всех по­ токов сточных вод, подводимых к станции, дает суммар­ ный коэффициент удельной производительности уст­ ройств.

На практике этот коэффициент достигает оптималь­ ного значения при п ~ 2 - г 4, так как дальнейшее увели­ чение количества резервуаров приводит к чрезмерному усложнению системы автоматического управления.

Очистка промышленных -сточных вод химическими методами требует значительной затраты труда на транс­ портировку, приготовление и дозирование реагентов, а также контроль протекания .процесса. С этой точки зре­ ния наиболее целесообразны автоматизация -и механи­ зация этих операций.

Основой выбора соответствующей системы автома­ тической регулировки протекания процесса очисткц сточных вод является знание динамики процессов, про­ исходящих в регулируемом объеме. О характере и ам­ плитуде 'Изменений состава и количества сточных вод судят по результатам измерений и определений, прове­

J74

денных в определенном диапазоне времени. Знание та­ ких характеристик необходимо для правильного расче­ та объема производительности предполагаемых для при­ менения установок.

Учитывая инерционность регулируемых объектов (время протекания, изменения концентрации, время химических реакций и т. л.), необходимо стремиться к созданию таких условий, чтобы амплитуда изменений регулируемых свойств была бы по возможности наи­ меньшей. Это обычно достигается применением усреднительных резервуаров определенной емкости для под­ водимых сточных вод, а также резервуаров для реакций. Очень часто усреднительные резервуары используют в качестве накопительных емкостей, из которых сточные воды отводятся под постоянным давлением, и резервуа­ ров, усредняющих химический состав сточных вод. Со­ хранение постоянного давления протекающих сточных вод позволяет упростить систему автоматического уп­ равления процессом их очистки.

Автоматическое регулирование процессов нейтрализации

Нейтрализация— процесс повсеместно применяемый в технологии очистки промышленных сточных вод. Кор­ ректировку значения pH применяют преимущественно в виде последней операции перед отводом сточных вод в резервуар, ч также в некоторых случаях перед их даль­ нейшей обработкой для обеспечения оптимальных усло­ вий реакции.

Обычно для корректировки значения pH использу­ ют серную или соляную кислоту, если сточные воды ще­ лочные, или растворы NaOH, NaCCb или взвесь Са(ОН)2 (так называемое известковое молоко), когда сточные воды имеют кислую реакцию.

Так как в промышленных сточных водах, кроме силь­ ных кислот или щелочей, находятся преимущественно химические соединения буферного действия, то график кривой нейтрализации таких сточных вод будет значи­ тельно отличаться от графика нейтрализации чистых кислот или оснований такой же концентрации (рис. 55).

Для нужд автоматики введено понятие так называе­ мого выравнивающего объема Ри, а также индекса вы-

175

осью абсцисс, а индекс выравнивания Рі —ctg угла, который образует прямая, соединяющая две точки на кривой титрования, расположенные по соседству с точ­ кой Ph с осью абсцисс.

Кривая нейтрализации, а также значения Ph и Рі за­ висят не только от применяемых реагентов, но и от ви­

выше. При малых и постоянных значениях Ph и Рі мож­ но применять двухпозиционные регуляторы, работаю­ щие с электромагнитными вентилями. При больших и переменных значениях Рь и Рі применяют регуляторы пропорционального Р, пропорционально-интегрального

176

PI или пропорционально-интегрально-дифференциально- го действия, работающие с пропорциональными 'пнев­ матическими вентилями или дозирующими насосами.

Для правильного выбора системы автоматического управления нейтрализацией сточных вод, кроме знания значений Ри и Рі, необходимо также и знание динами­ ки изменений, происходящих в регулируемом объекте. Обычно аналитическими методами определяют кислот­ ность и основность сточных вод, а также устанавлива­ ют их реакцию и интенсивность протекания. Из трафи­ ка изменения реакции и кислотности сточных вод, при­ веденного на рис. 57, можно сделать вывод, что не веет-

Рис. 57. Пример изменений -кислотности и pH сточных вод: / — реакция среды; 2 — кислотность

да изменения кислотности сопутствуют изменениям pH того же характера, что указывает на присутствие ів этих сточных водах буферных соединений. Из этого следует, что при автоматическом дозировании, например, извест­ кового молока, сигналы pH-метра, установленного в месте '©хода сточных вод в устройства станции нейтра­ лизации сточных вод, могут быть использованы лишь для предварительной грубой регулировки системы до­ зировки. Более полная нейтрализация кислот, содержа­ щихся в сточных водах, достигается при установке вто­ рого pH-метра на выходе сточных вод (после нейтрали­ зации), который добавочно влияет на систему регули­ рования дозировкой. Об инерционности регулируемого

177

объекта можно судить из разницы показаний обоих <рНметров.

На рис. 58 приведена простейшая система импуль­ сной регулировки нейтрализации сточных под [66]. Ве­ личина pH измеряется на выходе сточных вод из каме­ ры нейтрализации 1 -датчиком 2, связанным с -рН-мет- ром 3. Сигналы pH-метра передаются к трехпозиционно­ му регулятору 4, который через реле 5 открывает или закрывает вентиль 6, установленный на пути известко­ вого молока из дозатора 7. Продолжительность работы вентиля устанавливают экспериментально с помощью часового реле 8 в зависимости от динамической харак­ теристики протекающих через устройство сточных вод. Для ручного управления работой дозатора 7 известко­ вого молока служит регулятор 9.

Рис. 58. Схема импульсного регулирования нейтрализации сточных вод

Качество сточных вод, вытекающих из отстойника 10, контролируется -pH-метром И, работающим вместе с самописцем 12.

Такая упрощенная система автоматического регули­ рования процессами нейтрализации сточных вод выпол­ няет свою задачу -при хорошем усреднении химического состава сточных вод и равномерной их подаче.

В случае значительной амплитуды колебаний реак­ ции сточных -вод или их подачи изменяют систему ре­ гулирования, приведенную на рис. 59. Эта система отли­ чается от предыдущей тем, что датчик 1 добавочного рН-метра 2 устанавливают -в -месте подвода сырых сточ­

178

ных вод в устройство 3, в котором осуществляется 'про­ цесс 'нейтрализации. Показания этого рНкметра 2, а также второго рН-метра 4, датчик которого 5 установ­ лен на выходе нейтрализованных сточных вод через регуляторы 11 и 12, сравниваются специальным анали­ затором 6, управляющим через реле 13 работой испол­ нительного органа 7 дозатора реагентов.

Ри'С. 59. Схема корректировочного регулирования 'Нейтрализации

СТОЧ'НЫХ 'ВОД [6 6 ]

Аналогично вышеприведенному случаю рН-іметр 8 вместе с датчиком 9 и самописцам 10 служат для окон­ чательного контроля реакции сточных вод, отводимых из отстойника.

Рассмотренные ранее системы автоматической регу­ лировки нейтрализации сточных вод значительно услож­ няются в случае таких изменений амплитуды значения pH, когда максимум многократно перемещается из об­ ласти кислой реакции в область основной и наоборот. В таком случае для поддержания заданной степени ней­ трализации сточных вод необходимо соединить две идентичные системы регулировки, из которых каждая регулирует в своей области значения водородного пока­ зателя pH сточных вод.

Много трудностей доставляет также применение пра­ вильно действующей системы автоматического регули­ рования процесса нейтрализации сточных вод, содержа­ щих кислоты и катионы тяжелых металлов, как это наблюдается в случае сточных вод, образуемых нри травлении стали.

179

Большое содержащие солей железа в этих сточных водах не дает возможности правильно определить рас­ ход нейтрализующих веществ, например известкового молока, основываясь лишь на изменении pH, так как значительное количество этого реагента расходуется на выделение гидроокиси железа. На рис. 60 приведена зависимость между количеством введенной гидроокиси кальция и степенью нейтрализации сточных вод с раз­ личным содержанием ионов железа [70]. Видно, что присутствие ионов железа заметным образом влияет на форму кривой потенциометрического титрования. При

Ряс. 60. Протекание нейтрализация сточных вод с различной концен­ трацией F eS 0 4 1701:

Кривая H 2S 0 4, г /л |р е 8 0 4, г/л

рН =5,5 наблюдается первый перегиб кривой и замед­ ление изменений значений pH, так как добавляемый ре­ агент расходуется одновременно на нейтрализацию кис­ лоты и на выделение гидроокиси железа. При pH—8,5 наблюдается второй перегиб кривой титрования, харак­ теризующий окончание реакции выделения Fe (ОН) г- Дальнейшая добавка раствора гидроокиси кальция вли­ яет лишь на изменение основности раствора, не приводя

кизменению характера хода кривой изменения pH.

На автоматическое регулирование процесса нейтрали­

зации таких сточных вод влияют два переменных факто­ ра (концентрация H2SO4 и FeS04 в сточных водах), оп­ ределяющих расход нейтрализующих реагентов. В связи с вышеизложенным для обеспечения правильного протекания процесса нейтрализации сточных вод систе­ ма автоматического дозирования реагентов должна быть отрегулирована по значениям pH сточных вод пос­ ле нейтрализации и по начальной концентрации ионов железа в сточных водах.

180

Учитывая технические трудности, связанные с не­ посредственным непрерывным измерением концентрации ионов Fe2+ и Fe3+ в сточных водах, Мамусова и Смир­ нов [70] предложили использовать в системе автомати­ ческого регулирования замеры проводимости сточных вод. На рис. 61 показано изменение проводимости ра­ створов при различных концентрациях H2SO4 и FeS04. На основе химического анализа сточных вод (из тра­ вильного отделения стальных листов) установлено, что

загрязнения, присутствующие в сточных іводах, не влияют заметным образом на их проводимость. С учетом этих экспериментов, а также динамических характери­ стик регулируемого объекта в промышленных условиях была проверена система автоматического регулирова­ ния процессом нейтрализации сточных вод травильного отделения, собранная по схеме, приведенной на рис. 62. Характерной чертой этой системы является использова­ ние замера проводимости сточных вод 1 при их вводе, а реакция 2 — при их отводе. Оба эти сигнала преобра­ зуются в дифференциальном регуляторе 3, который уп­ равляет работой дозатора 4 известкового молока.

Автоматическое регулирование процессов окисления цианидов

Цианистые сточные воды характеризуются основной реакцией (преимущественно pH = 84-12) и присутстви­ ем цианидов в виде простых и комплексных соединений

(гл. III).

181