Цель: изучить устройство дозировочных устройств, КИМ и ионообменников.
Ход работы:
1. Ознакомиться с теоретическим материалом.
2. Описать и зарисовать оборудование.
Теоретическая часть:
Реагенты употребляются обычно в жидком виде, реже в виде порошков. Самые простые аппараты для дозировки жидких реагентов состоят из резервуара для раствора и регулировочного устройства, приводящегося в действие при помощи поплавка.
Количество вытекающей жидкости сохраняется в резервуаре постоянным, независимо от уровня воды. Требуемый объем вытекающей жидкости устанавливается вручную с помощью регулировочного крана (рис. 1). Применяются также черпачные колеса, которые приводятся в движение сточной водой, причем незначительные изменения расхода последней автоматически меняют дозировку реагента. Эти дозировочные устройства, которые легко могут быть построены простыми доступными средствами, пригодны только для равномерно поступающих и имеющих постоянный состав сточных вод.
Практическая часть:
Рис. 1. Простейшие аппараты для дозирования с автоматическим регулированием.
А — регулирующий кран; Б — двойной ролик; В — регулятор.
Дозировочные аппараты, всасывающие растворитель с помощью эжекторов и вводящие смесь в трубопровод сточных вод, находящуюся под давлением или разрежением, имеют то преимущество, что они автоматически подключаются и отключаются от насоса и в известных пределах регулируют подачу реагента. Если сточные воды содержат шлам, то включения этой аппаратуры в трубопровод, находящийся вод давлением, следует избегать; введение добавок в сеть, находящуюся под давлением или разрежением может осуществляться для всех сточных вод с помощью водопроводного прерывателя (рис. 2).
Рис. 2. Инжекторный дозировочный аппарат.
А — резервуар для добавок; Б — водонапорная линия; В — отсасывающая линия.
Автоматическая регулировка расхода воды производится с помощью дозировочных насосов с электрическим приводом. Количества воды фиксируются трубками Вентури, погружными электродами и другими расходомерами воды и также, как числа оборотов и хода поршня дозировочных насосов, переносятся на мостиковый регулятор, который управляет дозировочными насосами (рис. 3).
Рис. 3. Полуавтоматический дозировочный аппарат.
А — линия сточных вод с расходомером; Б — расходомер, В — вращающийся счетчик дозировочного насоса; Г — дуговой регулятор; Д — регулирующий мотор; Е — привод для дозировочного насоса.
Дозировочные аппараты, применяемые в технике чистой воды, у которых дозировочный насос приводится в движение давлением воды водопроводной сети и управляется механическим путем, не пригодны для сточных вод вследствие возможного их забивания. Однако аппараты, управляемые специальным насосом, нашли применение.
Для полной автоматической дозировки и регулировки общего количества реагентов разработан ряд аппаратов. Их действие обычно основано на том, что измеряется какое-то определенное свойство сточной воды и результат измерения переносится на дифференциальный аппарат управления, а с него на регулирующую деталь и на аппарат для добавок (поршневой насос, шнек и т. д.) (рис. 4).
Рис. 4. Полностью автоматизированный дозировочный аппарат.
А - погружной электрод; Б - передатчик; В - дифференциальное реле; Г - регулирующий аппарат; Д - сопротивление.
Автоматическое управление дозировочными аппаратами может производиться на основании следующих измерений.
а) Измерения количества стока, особенно сточных вод однородного состава или смешанных после усреднителя сточных вод.
б) Измерения pH кислых или щелочных сточных вод, требующих нейтрализации, а также токсических сточных вод, например содержащих циан или хроматы, для обезвреживания которых требуется регулировка рН. Обычно в таких случаях пользуются сурьмяными электродами, дающими сильные токи и содержащимися в чистоте при помощи вращающихся щеток. Однако они являются чувствительными к цианистым, ртутным соединениям, а также к сероводороду. Стеклянные электроды нечувствительны к этим соединениям. Однако они хрупки и отличаются высоким сопротивлением.
в) Измерения окислительно-восстановительного потенциала, когда обработка сточных вод включает процессы окисления и восстановления, например, при разрушении цианидов или переведении хроматов в соединения хрома низших валентностей, а также для регулирования хлорирования сточных вод.
г) Измерения электропроводности сточных вод, загрязненных электролитами. Приборы бывают снабжены электродами для различных областей измерения, например от 0 до 1000 или от 600 до 2000 микросименсов. «Дефиметр» работает с катушками высокой частоты вместо электродов. Катушки намотаны на трубки из стекла или плексигласа, через которые протекает сточная вода. Изменения электропроводности вызывают нарушения в цепи колебаний катушек, которые являются мерой измерения электропроводности. Дефиметр также имеет две области измерения:
д) Измерения степени мутности, с помощью нефелометра для мутных сточных вод, которые осветляются химическими флокулянтами (коагулянтами).
е) Измерения интенсивности окраски цветных сточных вод.
Если обработка сточных вод проходит в несколько фаз, то в зависимости от обстоятельств необходимо применять для управления дозировочными аппаратами различные измерительные приборы. Это касается, например, сточных вод, содержащих хроматы. С помощью регулятора pH устанавливается нужная кислотность, затем с учетом окислительно-восстановительного потенциала прибавляется восстановитель и, наконец, также при помощи регулятора pH, устанавливается количество добавляемой щелочи, необходимой для нейтрализации кислоты и хрома. Другим примером является нейтрализация, производимая с учетом pH и количества сточной воды. Количество сточной воды измеряется с помощью погружных электродов в трубке Вентури или подпорном желобе и специальным передатчиком, связанным с импульсом электропроводности или же оба импульса пропускаются через мостиковый регулятор к силовому прибору (поршневому насосу).
Измерительные приборы могут быть снабжены регистрирующими приборами. Они производят записи, которые могут служить документами для производственного контроля и проверки надежности очистки сточных вод.
Измерительные и регулирующие приборы требуют наблюдения и должны проверяться и калибрироваться не реже одного раза в неделю. Особенно нужно обращать внимание на чистоту электродов, так как в большинстве сточных вод они за время одной рабочей смены покрываются налетом, после чего ужо не дают точных показаний. Даже самоочищающиеся электроды должны быть под постоянным наблюдением. Все приборы следует защищать от влажности и, поскольку они работают с высокими сопротивлениями, хорошо заземлять во избежание ошибок измерения, вызванных статическими разрядами. Приборы, установленные на открытом воздухе, можно для исключения температурных влияний нагревать зимой лампочкой в 15 ватт.
Ионообменники
Некоторые искусственные смолы обладают свойством адсорбировать из водных растворов катионы или анионы и обменивать их на ионы водорода или гидроксила. На этом основано действие ионообменников.
Ионообменники способны регенерироваться, поэтому их можно при некоторых условиях использовать для извлечения ценных соединений. Если соли металлов находятся в виде комплексов (двойные соли циана) или в виде кислот (хроматы), извлечение должно производиться с помощью анионитов, в других случаях — катионитами. Регенерированные металлы должны представлять ценность, иначе эта обработка не будет рентабельной. Кроме того, обработанная таким образом вода должна быть прозрачной и свободной от взвешенных веществ и иметь не слишком высокую концентрацию (ниже 0,5%). Установка работает тем лучше, чем меньше количество растворенных примесей. Такой метод обработки непригоден для сточных вод, содержащих вещества, взаимодействующие с ионообменниками или мешающие обмену ионов.
Ликвидация использованных регенерирующих растворов может представить затруднения.
Этот метод годится для сточных вод гальванотехнических процессов, производств вискозы (искусственного волокна), фотохимической промышленности, обработки золота и серебра, а также рудничных вод, содержащих медь, никель, цинк. Он применяется также для обесфеноливания вод после швелевания.
Ионообменники используются для удаления радиоактивных веществ из сточных вод атомных реакторов и для обезвреживания охлаждающей воды после первичного оборота. В последнем случае отказываются от последующей регенерации обменной массы, после того как она оказывается исчерпанной; с ней обращаются, как с атомным отходом.
Вывод: