Файл: Смирнов, Д. Н. Автоматическое регулирование процессов очистки сточных и природных вод.pdf

Г л а в а I I I

АВТОМАТИЧЕСКОЕ Р Е Г У Л И Р О В А Н И Е ПРОЦЕССОВ

НЕ Й Т Р А Л И З А Ц И И СТОЧНЫХ ВОД

1.Регулирование очистки сточных вод, содержащих преимущественно кислоты

При автоматическом регулировании процессов ней­ трализации, очистки от металлов и ряда других процес­ сов химической очистки сточных вод для лучшей стаби­ лизации регулируемого параметра большое значение имеет предварительное усреднение стоков по составу. САР на очистных сооружениях с предварительным ус­ реднением стоков не сложны по структуре и строятся по принципу регулирования параметра рН. Такие САР до­ статочно полно описаны в ряде работ [60, 61]. Здесь мы рассмотрим наиболее сложные случаи регулирования величины рН.

На очистных сооружениях без усреднителя, при резкопеременном режиме сброса сточных вод с большим количеством подлежащих извлечению загрязнений, за­ дача регулирования рН может еще осложниться небла­ гоприятной динамической характеристикой реактора. В таких условиях одноимпульсная САР не обеспечит ус­ тойчивого регулирования. Если технологический регла­ мент допускает частые кратковременные колебания ве­ личины рН обработанной реагентом сточной воды около заданного значения на выходе из смесителя, что вполне возможно, например, при наличии камер реакции, си­ стема регулирования может быть построена по комбини­

выходе из смесителя), сигнализирующий лишь о пере­ ходе величины рН через заданное значение. При паде­ нии величины рН в конце смесителя ниже этого значе­ ния открывается регулирующий орган (нож дозатора) на заранее заданную величину; при увеличении значе­ ния рН нож дозатора возвращается в исходное положе­ ние. Ход ножа (размах) составляет в зависимости от настройки 30—60% полного хода.

При изменениях величины рН исходной воды проис­ ходит одновременная перестановка обоих крайних поло-

48

жений ножа дозатора в соответствующую сторону. На­ пример, при размахе ножа, равном 50%, и рН = 3 нож дозатора перемещается на 0—50% шкалы расхода до­ затора; при рН = 2 и при том же размахе — на 30—80%; при очень значительном понижении величины рН исход­ ной воды нож дозатора перемещается на 100% и диапа­ зон его колебаний становится меньше. При кислотности исходной воды, для нейтрализации которой необходимо максимальное количество реагента, дозатор остается полностью открытым при любом значении рН обработан­ ной воды.

Таким образом, в данном устройстве сочетается ра­ бота следящей системы (по составу исходной воды) с двухпозиционным регулированием по отклонению ре­ гулируемого параметра. Это дает возможность своевре­ менно реагировать на возмущения и ограничивать про­ должительность отклонения величины рН на выходе из смесителя. Автоматическое изменение пределов переме­ щения регулирующего органа расширяет диапазон регу­ лирования системы и существенно сокращает амплитуду колебаний параметра, свойственных двухпозиционным регуляторам.

Рассмотренная система регулирования, разработан­ ная во ВНИИ ВОДГЕО А. С. Дмитриевым вместе с ав­ тором, осуществлена на станции нейтрализации одного из заводов хлорной промышленности. В качестве основ­ ного звена САР применен бесконтактный регулятор БР-11, связанный с рН-метром исходной воды и испол­ нительным механизмом дозатора с помощью реостатных датчиков. В потенциометре рН-метра применен функци­ ональный вторичный датчик. Дискретный сигнал пода­ ется от двухпозиционного контактного устройства потен­ циометра рН-метра обработанной воды. Контакты шун­ тируют один из резисторов измерительной схемы регулятора, внося разбаланс в следящую систему. Пе­ ремещение движка реостата обратной связи исполни­ тельного механизма типа БИМ компенсирует этот раз­ баланс.

В результате действия САР на выходе из смесителя устанавливаются частые колебания величины рН око­ ло заданного значения с приблизительно постоянной ам­ плитудой, достигающей 2—3 единиц. На выходе из ней­ трализаторов (камер реакции), продолжительность пребывания стоков в которых равна 15 мин, величина

50

рН колеблется от 7,5 до 9,3, что вполне допустимо для сточной воды, подлежащей дальнейшему осветлению в отстойниках или направляемой на биохимическую доочистку.

2. Регулирование очистки сточных вод от сильных кислот и солей металлов

Типичным примером сточных вод с ярко выражен­ ным двухкомпонентным составом загрязнений являются травильные стоки заводов черной металлургии, в том числе метизных заводов [60]. Травильные сточные воды образуются в результате промывки стальных изделий и полуфабрикатов водой после обработки их кислотой для очистки от окислов и остатков масел. В качестве травильных растворов применяются разбавленные сер­ ная и соляная кислоты или их смесь. Для специальных сортов стали используются азотная, фосфорная и плави­ ковая кислоты. Промывные воды составляют основную массу сточных вод. При сернокислотном травлении они содержат от 0,5 до 4 г/л серной кислоты, от 0,5 до 8 г/л сернокислого железа и до 300 мг/л взвешенных веществ (окалина, песок и др.). Концентрации загрязнений тра­ вильных сточных вод еще более колеблются при попада­ нии в них части отработанного электролита, содержащего 30—70 г/л серной кислоты и 150—200 г/л сернокислого железа.

Статистическая обработка наблюдений (рис. 12), про­

а наибольшая частость вариации концентраций серно­ кислого железа (ш = 0,12+0,27)—от 1 до 4 г/л.

Основным методом очистки травильных сточных вод является их нейтрализация щелочными реагентами, главным образом известью, с последующим осаждением малорастворимых сульфата кальция (гипса) и гидрата закиси железа, образовавшихся в результате реакции, а также механических примесей.

Ярко выраженный двухкомпонентный состав загряз­ нений в травильных сточных водах и преобладание со­ держания железа над концентрацией кислоты предопре­ деляют выбор регулирующих параметров. Поскольку

сернокислого железа (в г/л)

1 — 0; 2 — 0,5; 3—1; 4—1,5; 5 — 2; 6 — 4; 7 — 6; 8 — 8

существенная доля нейтрализующего реагента расходу­ ется на связывание железа в гидроокиси, регулирование расхода реагента только по одному параметру, характе­ ризующему кислотность стоков (величине рН), не даст удовлетворительного результата. Необходим второй па­ раметр, отражающий содержание железа.

Этот вывод подтверждается характером кривых потенциометрического титрования (рис. 13), полученных опытным путем и расчетным методом. На рис. 13 хорошо видно, как ионы металла тормозят нейтрализацию кис­ лоты. Различные их концентрации делают потенциометрические закономерности расходящимися, неоднознач­ ными. Построить эти закономерности расчетным путем можно следующим образом.

Образование гидроокиси железа идет по уравнению

произведение растворимости Fe(OH)2 , распадающегося на ионы по уравнению (35), имеет следующий вид:

53

точные концентрации железа и соответствующие значе­ ния рОН и рН раствора. Выбрав конечную концентрацию ионов железа в растворе, при которой обеспечивается необходимое качество очистки воды, определяют вели­ чину рН, соответствующую окончанию осаждения.

Точки для кислой и щелочной ветвей кривой потенциометрического титрования рассчитывают по методам, приведенным выше.

Если определение содержания кислоты (методом из­ мерения величины рН) не представляет трудностей, то непрерывного контроля за концентрацией железа до­ ступным для практики способом не имелось. Заслужи­ вает внимания способ измерения концентрации железа, по которому одновременно с величиной рН измеряется общая удельная электропроводность исходной сточной воды. Зависимость величины удельной электропроводно­ сти от суммарного содержания H 2 S0 4 и FeS04 показана на рис. 14 [60].

Теория и практика кондуктометрических измерений достаточно полно освещены в литературе [36].

Наибольшее применение в практике имеют промыш­ ленные автоматические кондуктометры серии КК, раз­ работанные Тбилисским СКВ аналитического приборо­ строения (СКВ АП) и изготовляемые заводом «Гориприбор». Выпускаются также кондуктометры, имеющие бес­ контактные датчики.

Наиболее удобны для работы в производственных сточных водах и растворах химических реагентов кон­ дуктометры КК-2 и КК-3 с проточными и погружными датчиками (рис. 15).

Датчик кондуктометра состоит из четырех кольцеоб­ разных электродов, изготовленных из легированной ста­ ли и отделенных друг от друга втулками из фтороплас-

54