Proiectarea unei instalatii de epurare recuperativa a apelor de spalare de la instalatiile de cromare

CAPITOLUL 1. TEMA DE PROIECTARE

1.1. Tema de proiectare

Proiectarea unei instalatii de epurare recuperativa a apelor de spalare de la instalatiile de cromare (continut de crom eventual urme de ) cu o capacitate de prelucrare de 1.5 m³/h.

1.2. Date initiale

Debitul de lucru: Mv = 1.5 m³/h;

Gradul de epurare al apei: η = 0.95;

Regimul de lucru: continuu;

Caracteristicile initiale ale influentului:

C₀ = 2g Cr(III)/L;

pH = 6.8;

T = 20° C;

materii solide in suspensie C_ss = 100 mg/L.

1.3. Regimul de lucru

Instalatia de epurare a apelor uzate ce contin ioni de crom (III), functioneaza in regim continuu cu o durata a ciclului de productie de 24 ore, realizindu-se teoretic 260 de sarje pe an. Parametrii tehnologici (debite, pH) trebuie mentinuti la valorile prescrise pe toata perioada prelucrarii sarjei.

Durata de exploatare va fi data de timpul cit instalatia functioneaza la capacitatea nominala si apa prelucrata va avea calitatea corespunzatoare. Opririle instalatiei pentru efectuarea reviziilor si reparatiilor capitale vor fi planificate conform unui plan de opriri in asa fel incit sa nu se produca acumulari de cantitati mai mari decit capacitatea vasului de stocare a apei uzate.

1.4. Echipamente ce trebuie proiectate

Echipamentele ce trebuie proiectate sunt urmatoarele:

coloana cu schimbator de ioni;

pompa pentru apa uzata.

CAPITOLUL 2. MEMORIU TEHNIC

Procedeul pentru care s-a optat, schimbul ionic, reprezinta un concept modern, caracterizat totodata prin simplitate, care permite atit epurarea apelor uzate in vederea recircularii in procesul tehnologic, cit si recuperarea ionilor in scopul valorificarii, consumul de materii prime si auxiliare fiind minim.

Instalatia de schimb ionic este proiectata astfel incit sa prelucreze un volum de

36 m³ /zi, la un debit de 1.5 m³/h in regim continuu, pentru un grad de epurare de 95%.

Avind in vedere caracteristicile apei uzate (caracter acid,materii solide in suspensie),

s-a optat pentru varianta unei instalatii de schimb ionic de tip anionic, precedata de un filtru cu strat de nisip in vederea indepartarii urmelor de materii solide in suspensie si a impuritatilor mecanice.

Retinerea ionilor se face intr-o coloana de schimb ionic care functioneaza in regim continuu.Coloana este umpluta cu anionit de tip Purolite A 550..

Durata procesului de epuizare corespunde momentului aparitiei ionilor de sulfura in rezervorul de colectare a efluentului (epuizare partiala), moment care marcheaza inceperea epuizarii rasinii; in acest moment procesul de epuizare a rasinii va fi oprit. Corespunzator gradului de epurare minim impus (95%), durata de functionare a coloanei in faza de epuizare este de 24 h.

Rasina astfel epuizata este supusa procesului de regenerare cu o solutie de 10%, la un debit de 0.748 m³/h, timp de 2.04 h. In continuare rasina se spala cu apa demineralizata la un debit de 0.748 m³/h, timp de 0.5 h.

In urma procesarii apei uzate pe coloana umpluta cu anionit rezulta o apa epurata care poate fi recirculata in procesul tehnologic.

Instalatia propusa permite utilizarea anionitului atit in forma Cl^- cit si in forma .

Ca solutii de regenerare pentru anionit se poate folosi acizi minerali sau saruri ale acestora: H₂SO₄ 3-5%, HC1 5-10%, NaCl 5-20% .

Pentru stocarea solutiilor au fost prevazute rezervoare speciale, rezistente la coroziune si, de asemenea, colectarea efluentilor rezultati in urma regenerarii s-a realizat in rezervoare speciale. Solutia de NaCl a fost preparata intr-un vas de amestecare prevazut cu un agitator cu turbina antrenat de un motoreductor de tip 2G-A. In acest fel are loc imbunatatirea transferului de masa in vasul de amestecare.

Transportul apei uzate si a solutiei rezultate in urma procesarii pe coloana de schimb ionic s-a realizat cu ajutorul unor pompe centrifuge.

CAPITOLUL 3. TEHNOLOGIA ADOPTATA

3.1. Conditii de calitate pentru factorul de mediu

In normativul NTPA-002 sunt indicate valorile limita ale concentratiilor diferitilor poluanti care ar putea exista in canalizari [1].

Principalul factor de mediu vizat in lucrarea de fata este apa. Deoarece ea rezulta dintr-o statie de preepurare conditiile de calitate pe care trebuie sa le indeplineasca sunt date de NTPA - 002/97. In acest normativ sunt indicate valorile limita pentru concentratiile diferitilor poluanti care ar putea exista in apele deversate in canalizari. Tinand cont de compozitia apei, valorile maxime sau minime ale parametrilor ce caracterizeaza efluentul instalatiei de preepurare sunt date in tabelul 3.1. :

Tabelul 3.1.

Tinind cont de compozitia apei la intrarea in coloana de schimb ionic si de valorile maxime sau minime ale parametrilor de functionare, caracteristicile efluentului sunt:

= 2 g/L;

pH = 8 - 9;

temperatura = 20⁰ C.

Avind in vedere caracteristicile schimbatorului de ioni A550, ale apei procesate la intrarea si iesirea din coloana de schimb ionic s-au ales urmatoarele valori ale parametrilor de operare: pH = 8 - 9; T = 20 °C.

3.2. Poluanti. Impact asupra mediului. Caracteristici

Poluantii caracteristici sunt:

anioni cromati;

cationi cromati;

cromati

La acestia se mai adauga materii solide in suspensie

3.2.1Cromul. Caracteristici

Cromul este un metal dur, de culoare alba argintie, rezistent la coroziune, in forma nativa fiind usor de prelucrat. Dupa gradul de oxidare se poate distinge Cr⁺², Cr⁺³ si Cr⁺⁶, cel mai stabil fiind Cr⁺³.

Cromatii (CrO₄²⁻) respectiv bicromatul Cr₂O₇^2- sunt folositi ca oxidanti energici, fiind toxici si cancerigeni. In solutie apoasa acida se coloreaza in galben si accepta ionii de H⁺, daca se schimba pH-ul solutiei in alcalin solutia devine portocalie

3.2.2. Toxicitatea Cromului

Oamenii pot fi expusi la crom prin respiratie, mincare sau bauturi si prin contactul pielii cu crom sau compusi ai cromului. Nivelul de crom din aer si apa este in general scazut. In apa potabila nivelul de crom este scazut de asemenea, dar apa contaminata de fintina poate contine periculosul ; crom hexavalent. Pentru majoritatea oamenilor hrana cu continut de este o cale importanta de asimilare a cromului, deoarece se gaseste in mod natural in multe legume, fructe, carne, drojdie si cereale. Diferite forme de preparare si stocare a hranei pot modifica continutul de crom din aceasta. Cind hrana este stocata in tancuri de otel sau conserve concentratia de crom poate creste.

este un nutrient esential pentru oameni si lipsa lui poate cauza imbolnavirea inimii, distrugerea metabolismului si diaree. Asimilarea de in exces poate duce de asemenea la distrugerea sanatatii, ex: mincarimea pielii.

este periculos pentru sanatatea umana in general pentru oamenii care lucreaza in otelarii si industria textila. Fumatorii pot avea, de asemenea, o sansa mai mare de a fi expusi la crom.

este cunoscut a cauza multe efecte de sanatate. Cind un compus este prezent in produsele din piele, poate cauza reactii alergice, ca mincarimi de piele. Inspirarea poate cauza iritatii si singerari ale nasului.

Alte probleme de sanatate cauzate de sunt:

• Mincarimi ale pielii    
• Deranjari stomacale si ulcere
• Probleme respiratorii
• Slabirea sistemului imunitar
• Afectiuni ale rinichilor si ficatului
• Alterarea materialului genetic
• Cancer la plamini
• Deces

Pericolele asociate expunerii la crom sunt dependente de starea de oxidare. Forma metalica are toxicitate scazuta. Forma hexavalenta este toxica. Efectele adverse ale formei hexavalente pot cauza pielii ulceratii, dermatite si reactii alergice. Inhalarea compusilor cromului hexavalent poate duce la ulceratii si perforari ale membranei mucoasei septului nazal, iritatia faringelui si laringelui, bronsite asmatice, bronhospasme si edeme. Simptomele respiratorii pot include tuse si raguseli, scurtarea respiratiei si mincarimi. Cromul exista in doua stari stabile de oxidare si .Cromul trivalent este un element esential care tine glucoza, colesterolul si acizii grasi proveniti din metabolism, toxicitatea sa fiind relativ scazuta. Cromul hexavalent totusi este un agent cancerigen si mutagen care poate provoca multe probleme de sanatate inclusiv dermatite alergice si alte boli imuno-modulatorii. De aceea organismele vii deobicei reduc cromul hexavalent "in vivo"la cromul trivalent pentru ai scadea toxicitatea.

In ultimii ani cantitatile mari de compusi ai cromului au fost folositi in procese industriale , conducand la serioase probleme ocupationale si riscuri pentru sanatatea umana. Datorita toxicitatii diferite a cromului trivalent si cromului hexavalent distinctia dintre speciile de crom este un aspect esential al intelegerii efectelor biologice diferite. Speciile de crom sunt eliminate in special de rinichi si pot fi detectate in urina.

3.2.3. Toxicitatea Cromatilor

Poluarea cu cromati reprezinta o problema de interes major datorita implicatiilor negative ale acestora asupra organismului uman atit prin poluarea de impact (influentata direct de om) cit si prin poluarea de fond.

Poluarea apelor precum si epuizarea lor prin consum abuziv risipa devin fenomene dominante in periclitarea surselor de apa in tarile avansate, semnalindu-se din ce in ce mai multe zone de pe glob in care apa lipseste - fiind compromisa din punct de vedere calitativ.

Apa se incarca cu materii poluante, devenind uzata prin utilizarea ei de catre om, in cele mai diverse scopuri practice, prin contactul apelor meteorice (ploaie, zapada) cu produse ale activitatii umane, care se gasesc in aer si pe sol.

Intrucit domeniile de folosire a apei imbraca cele mai diverse forme (apa potabila, alimentarea cu apa a industriei, alimentarea cu apa a agriculturii, piscicultura, scopuri urbanistice si de agrement), posibilitatile de poluare ale acesteia sunt foarte mari.

Evitarea poluarii surselor de apa si eliminarea efectelor acesteia constituie, in prezent, o preocupare de prim ordin a celor care lucreaza in domeniul alimentarilor cu apa.

Cromul este introdus in corpurile vii din apa din industriile cum ar fi : electrogalvanizarea marochinarie, industria cimentului ,industria otelului si cea fotografica

In a doilea caz, apele meteorice dizolva in timpul ploii diverse gaze toxice din aer (oxizi de sulf, azot, amoniac etc.) sau se incarca cu pulberi ce contin oxizi metalici, gudroane sau alte substante.

Procesele de epurare sunt asemanatoare cu cele care au loc in timpul autoepurarii, diferentiindu-se prin faptul ca sunt dirijate de catre om, desfasurindu-se cu o viteza mult mai mare. Instalatiile de epurare sunt realizate tocmai in acest scop, de a intensifica si favoriza procesele care se desfasoara in decursul autoepurarii.

Epurarea apelor uzate reprezinta ansamblul de masuri si procedee prin care impuritatile de natura chimica (minerala si organica) sa bacteriologica, continute in apele uzate, sunt reduse sub anumite limite, astfel incit aceste ape sa nu mai dauneze receptorului in care se evacueaza si sa nu mai pericliteze folosirea apelor acestuia.

Epurarea apelor uzate cuprinde doua mari grupe de operatii succesive:

retinerea si/sau transformarea substantelor nocive in produsi nenocivi

prelucrarea substantelor rezultate sub diverse forme (namoluri, emulsii, spume etc.) din prima operatie.

Avind in vedere volumul mare de ape industriale uzate impurificate cu substante chimice, precum si raspindirea agentilor poluanti prin intermediul acestor ape combaterea si limitarea poluarii se realizeaza prin epurarea acestor ape inainte de evacuare in emisar urmarindu-se recuperarea produselor utile pe car ele contin. In functie de natura poluantului, se utilizeaza metode specifice de epurare a apelor, prin care se urmareste nivelul impurificatorilor sub limitele care sa nu afecteze calitatea efluentului natural.

3.2.4. Caracteristici

In apele uzate provenite din diferite industrii ionii de Cr(III) se gasesc sub forma de anionit

Formula chimica :

Masa moleculara = 117.

3.3. Variante tehnologice. Alegerea variantei optime

3.3.1. Varianta tehnologica de epurare prin schimb ionic

Schimb de ioni.Proces chimic

Prin procesele chimice de epurare, poluantii sunt transformati alte substante mai usor de separat, precipitate insolubile, gaze, care pot fi stipale sau care au o activitate nociva mai redusa.

Descriere:

Schimbul de ion inseamna indepartarea constituientilor ionici periculosi sau nedoriti din apa reziduala si inlocuirea lor cu ioni mai acceptabili dintr-o rasina de schimb, unde ei vor fi temporar retinuti si apoi eliberati intr-un lichid pentru regenerare sau pentru spalare in

contracurent.

Echipamentul necesar pentru un schimbator de ion, este alcatuit de obicei din:

Un vas cilindric vertical sub presiune, cu linii rezistente la coroziune ce contin rasini, de

obicei sub forma unei coloane impachetate care are cateva configuratii posibile

Un sistem de conducte si de valve de control care directioneaza fluxul de apa reziduala si

solutiile de regenerare spre locatiile corespunzatoare.

Un sistem pentru regenerarea rasinii, alcatuit din echipamente de dizolvare a sarii si de

control a dilutiei.

Un sistem de distributie prin racorduri este localizat fie sus, fie jos in cadrul vasului si

furnizeaza o distributie egala a influentului de apa reziduala, pentru a preveni scobirea spre in

afara a canalelor fluxului in stratul de rasina. Se comporta de asemenea si ca un colector al apei pentru spalare in contracurent.

Pentru schimbul de ion sunt utilizate de obicei rasinile granulate macroporoase cu grupuri

functionale anionice sau cationice, de tipul:

Schimbator cationic acid puternic (SAC), neutralizeaza bazele puternice si transformand

sarurile neutre in acizii lor corespunzatori.

Schimbator cationic acid slab (WAC), capabil sa neutralizeze bazele puternice si folosit

pentru dezalcanizare.

Schimbator anionic baza puternica (SBA), neutralizeaza acizii puternici si transformand

sarurile neutre in bazele lor corespunzatoare.

Schimbator anionic baza slab (WBA), neutralizeaza acizii puternici si este utilizat pentru

demineralizare partiala.

Ciclul operarii schimbului de ion cuprinde:

Operatiunea efectiva de schimbare de ion

Etapa spalarii in contracurent, incluzand indepartarea particulelor acumulate si

reclasificarea stratului de rasina al schimbului de ion.

Etapa de regenerare, folosind o solutie de volum mic cu concentratie mare de regenerare,

reincarcand rasina schimbului de ion cu ionul respectiv si eliberand speciile ionice nedorite in

solutia de regenerare.

Deslocuirea, sau limpezirea lenta, cu un flux de apa lent deslocuieste solutia de regenerare

prin strat.

Limpezirea rapida, indeparteaza urmele care au ramas de solutie de regenerare, incluzand

orice particule dure reziduale, din stratul de rasina.

Sunt necesare depozite pentru substantele chimice implicate in procesul de regenerare:

Aplicare:

Schimbul de ion se aplica pentru a indeparta speciile nedorite ionice si ionizabile din apa

reziduala:

Ioni ai metalelor grele - cationici sau anionici, de exemplu: Cr3+ sau cadmiul si compusii

sai, cu concentratii scazute de alimentare, CrO42- cu concentratii ridicate de alimentare

Compusi anorganici ionizabili, cum ar fi H3BO3

Compusii organici ionizabili sau ionici, solubili, cum ar fi acizii carboxilici, acizii sulfonici,

unii fenoli, amine sub forma de saruri acide, amine cuaternare, sulfat alchil si mercur organic,

pot fi indepartati.

Schimbul de ion este fezabil ca metoda e tratare la final de proces, insa importanta sa se regaseste in potentialul sau de recuperare. Este utilizat in mod obisnuit ca operatiune integrata in tratarea apei reziduale, de exemplu pentru recuperarea apei de limpezire si a substantelor chimice din procesul tehnologic. Concentratiile tipice din influent se situeaza intre 10 si 1000mg/l. Particulele suspendate din fluxul de alimentare trebuie sa fie mai mici de 50mg/l pentru a se preveni colmatarea, astfel ca filtrarea cu ajutorul membranei sau a gravitatii sunt procedee corespunzatoare de pretratare.

Limite si restrictii in aplicare:

Avantaje si Dezavantaje

Nivelurile de emisii ce pot fi atinse / Randamente

Concentratiile ionice tipice din efluent care pot fi atinse se situeaza intre 0,1-10mg/l la

concentratii in influent de 10-1000mg/l.

Efecte inter-media

Regenerarea rasinilor din procesul schimb de ion are ca rezultat un volum mic de acid

concentrat sau de solutie de sare, continand ionii indepartati ce isi au originea in rasini. Acest

lichid imbogatit trebuie sa fie tratat separat pentru indepartarea acestor ioni, de exemplu

metalele grele prin precipitare. Apa de clatire provenita din procesul de regenerare contine

aceeasi ioni ca si apa sarata, insa in concentratii relativ scazute. Daca acestea trebuie deversate sau trebuie supuse tratarii depinde de concentratiile reale

Consumabile ar fi:

3.3.2. Varianta tehnologica de epurare electrochimica

Varianta tehnologica electrochimica presupune preluarea apei uzate dintr-un bazin cu ajutorul unui grup de pompe si introducerea acesteia intr-un reactor electrochimic in care are loc distrugerea cromatilor. Gazele rezultate din electrolizor sunt trecute prin doua scrubere cu solutie absorbanta, solutie NaOH 30%, legate in serie, pentru retinerea eventualelor componente indezirabile si prevenirea patrunderii lor in atmosfera. Apa epurata are un pH acid, ceea ce impune neutralizarea ei cu solutie de hidroxid de sodiu, NaOH 30%, in cel de-al doilea bazin. Solutia de NaOH este preparata din NaOH solid si apa intr-un vas de amestecare, pozitionat deasupra bazinului 2 in care se impune controlarea pH-ului pentru a preveni reactiile de precipitare cu formare de slamuri. In functie de concentratia ionilor sulfat din apa epurata, care depaseste cu mult CMA, in aceasta situatie exista posibilitatea evacuarii directe la canalizarea oraseneasca, daca exista acceptul autoritatiilor cu plata unor penalitati conform reglementarilor in vigoare, sau aplicarea unei dilutii cu apa fara ioni sulfat sau sulfura, apa folosita pentru dilutie poate fi: apa potabila, apa igienico - sanitara uzata, apa freatica.

Avantajele procedeului propus constau in:

functionarea continua a instalatiei;

posibilitatea automatizarii;

eliminarea completa a sulfurilor si implicit a mirosurilor neplacute;

evitarea formarii slamurilor, care apar la aplicarea vechiului procedeu;

diminuarea eforturilor si costurilor de exploatare;

realizarea conditiilor impuse pentru evacuarea apelor uzate in canalizarea oraseneasca.

3.4. Descrierea variantei alese. Elaborarea schemei bloc

3.4.1. Descrierea variantei alese

Procedee de retinere a cromului din apele de spalare utilizand schimbatori de ioni sintetici. In cadrul acestei tehnologii, materia prima este reprezentata de solutiile diluate care contin ioni de crom(de exemplu, apele de spalare din industria acopeririloe metalice). Aceste deseuri industriale nu pot fi deversate in mediul inconjurator inainte de prelucrarea lor prealabila, in vederea indepartarii ionilor respectivi. Dilutia solutiilor respective (care contin sub 10 g/l ioni de crom) genereaza doua seturi de probleme: pe de o parte, extragerea ionilor este dificila si costisitoare (productivitatea fiind foarte scazuta), iar pe de alta parte, este necesar sa se transporte o cantitate foarte mare de solutie uzata, raportata la continutul in ioni metalici. Solutia oferita la aceasta problema de catre aceasta tehnologie este reprezentata de instalatia de purificare a solutiilor, care este mobila, putand fi astfel deplasata la sediul clientului, evitandu-se astfel transportul unor cantitati mari de solutii uzate, potential periculoase. Solutia diluata cu continut de ioni de crom se circula prin instalatie, iar solutia purificata rezultata se recircula in procesul tehnologic al clientului. Durata prelucrarii depinde de concentratia si compozitia solutiei respective.

Industria acoperirilor metelice constituie sursa unor poluanti cum sunt: plumbul, zincul, cuprul, cadmiul, arsenul, mercurul si altele. Metalele grele actioneaza in general asupra organismelor vii, ca substante toxice, determinand inhibarea proceselor enzimatice celulare sau provocand alte numeroase dereglari fiziologice.Depoluarea apelor se realizeaza in instalatii de epurare special amenajate care la noi, in cele mai multe cazuri, nu functioneaza la capacitate.Dupa aprecierea Organizatiei Mondiale a Sanatatii,circa 2/3 din imbolnaviri au drept cauza apa poluata.

Pentru diminuarea efectelor poluarii apelor este nevoie de o strategie comuna. Incepand cu Ministerul Apelor, Padurilor si Protectiei Mediului, celelalte organe centrale vizate, continuand cu organele locale si unitatile poluatoare, este nevoie sa se actioneze cu toata energia in vederea prevenirii si combaterii fenomenelor legate de poluarea apelor. In functie de natura si caracteristicile fizico-chimice ale substantelor impurificatoare si de conditiile locale, epurarea apelor de mina se realizeaza prin metode combinate, urmarindu-se atat efectele sociale cat si recuperarea elementelor care au valoare economica.

Procedeele chimice aplicate in epurarea apelor de spalre se stabilesc in urma cercetarii elementelor impurificatoare aflate sub forma de suspensii sau sub forma de ioni in

solutie. Dintre acestea, cele mai frecvent utilizate sunt:neutralizarea pH-ului, precipitarea cationilor si anionilor impurificatori, extractia cu schimbatori de ioni, flotatia,osmoza inversa si procedeele chimice combinate, care includ doua sau mai multe dintre procedeele amintite.

Epurarea cu rasini schimbatoare de ioni se aplica inspecial pentru indepartarea ionilor de fier, mangan,zinc, cupru, sulfati prezenti in apele de spalare in concentratii ridicate. Schimbatorii de ioni utilizati cu rezultate bune sunt cei din gama Ambertite, Purolite etc.

Decromarea, de exemplu, prin extractii cu schimbatoride ioni se realizeaza trecand apa uzata(decantatain prealabil, pentru eliminarea suspensiilor grele) printr-o coloana cu rasina cationica in care sunt retinuti ioniide cupru, care apoi sunt extrasi prin elutie (cu HCl,H2SO4, NaCl 10 %). Se obtine, de exemplu, dupa elutie, cromat de sodiu (bicromat de sodiu) care se prelucreaza prin electroliza, rezultand crom metalic.Dupa terminarea elutiei, masa cationica este spalata pentru indepartarea elementului retinut in spatiile interstitiale ale granulelor, apoi este regenerata cu unacid ales corespunzator valori pH-ului a cationitului si din nou se spala pentru eliminarea excesului de agent de regenerare, dupa care se reia ciclul de extractie cu o alta incarcatura de apa uzata de spalare. Apa decuprata se poate trece in continuare printr-o coloana cu rasina amintita,care retine o mare parte din ionii SO4² si, totodata, aduce pH-ul la 6,5-7.

Din punct de vedere tehnologic, purificarea apelor reziduale prin schimb ionic se realizeaza prin trecerea apei de tratat printr-o coloana umpluta cu rasina schimbatoare de ioni (filtru ionic),parcurgandu-se etapele prezentate in continuare.

a) Prefiltrarea. In apele de spalare exista o serie de impuritati mecanice transportate din industria acoperirilor metalice . Toate aceste impuritati, in special cele fine, pot produce infundarea porilor de rasina si a spatiului intergranular, avand drept urmare cresterea rapida a pierderii de presiune prin strat. Utilizarea carbunelui activ, ca material filtrant, permite retinerea din ape a substantelor tensioactive si a altorcompusi organici precum si realizarea unei filtrari mecanice fine; particulele coloidale, care trec prin stratul de nisip cuartos, sunt absorbite si retinute de carbunele activ, indepartandu-se si urme de grasimi si ulei.

b)Epuizarea rasinii

b1) Decationizarea. Aceasta este prima treapta de schimb ionic. Rasina schimbatoare de ioni utilizata, de regula este cationitul puternic acid de forma H+ Cationii se retin in masa cationica in ordinea afinitatii lor fata de rasini.

b2) Dezanionizarea. Eliminarea anionilor din apele de spalare decationizate se realizeaza prin trecerea lor prin coloane cu schimbatori de ioni anionici slab bazici si puternic bazici, regenerati sub forma OH. Schimbatorii de ioni slab bazici si mediu bazici continand drept grupe active amine primare si secundare sunt capabili sa schimbe numai anionii acizilor puternic si mediu disociati in apa. Schimbatorii de ioni puternic bazici, ale caror grupe active sunt constituite din amine tertiare si cuaternare, schimba anionii tuturor acizilor dizolvati in apa, inclusiv cei ai acizilor slab disociati ca: H CO , HCN, H SiO , acizi organici etc. Datorita proprietatilor avantajoase, cea mai utilizata este rasina slab bazica, ce are o capacitate de schimb dubla fata de cea puternic bazica si o afinitate mare pentru ionii OH, ceea ce necesita un mic exces de reactivi pentru regenerare. De asemenea, prezinta o buna stabilitate la actiunea oxidanta a substantelor existente in apa precum si o buna stabilitate termica. Rasinile puternic bazice formeaza cu anionii complecsi ai metalelor grele legaturi chimice puternice care nu pot fi desfacute la o regenerare normala, ceea ce constituie un motiv pentru utilizarea rasinilor slab bazice. Deoarece acizii slabi ca acidul salicilic, cianhidric, carbonic, acizii organici, nu sunt retinuti pe rasina slab bazica, este necesara si o treapta de tratare cu o rasina puternic bazica.

c) Regenerarea rasinii In cursul regenerarii, ionii straini sunt retinuti in masa ionica, sunt eluati si rasina schimbatoare de ioni este readusa la forma sa ionica activa initiala. Ionii H , respectiv OH necesari pentru refacerea legaturii ionice active a grupelor functionale sunt furnizati de solutia de acid sau hidroxid utilizata la regenerare. Procedeul de regenerare cel mai utilizat este cel in contracurent, ceea ce inseamna ca in timpul deionizarii apa de tratat intra in partea de sus a filtrului ionic, traverseaza stratul de rasina in sens descendent si iese in partea de jos a filtrului, iar in timpul regenerarii solutia de regenerare intra in partea de jos, trece prin strat in sens ascendent si paraseste coloana in partea superioara a acestuia. In cazul regenerarii in contracurent, solutia de regenerare proaspata si cu mare exces de reactivi regenereaza complet zona inferioara a stratului de rasina cu care vine in contact, astfel ca in cursul urmatorului ciclu de functionare apa de tratat, inainte de iesirea din filtru, va traversa stratul de rasina cu capacitatea cea mai mare, care retine si urmele de ioni straini ce nu au fost retinuti in zonele superioare ale umpluturii de rasina. In acest fel, concentratia reziduala de ioni straini neadsorbiti pe rasina este foarte mica in efluent, obtinandu-se o apa deionizata intr-un grad foarte avansat. Datorita faptului ca granulele de rasina isi schimba volumul de mai multe ori in timpul ciclului de functionare si pentru efectuarea unei spalari corespunzatoare trebuie prevazuta o posibilitate de expansiune a stratului, fixarea patului de rasina trebuie sa fie elastica si usor inlaturabila..

3.4.2. Elaborarea schemei bloc

Instalatia de schimb ionic este amplasata in apropierea decantorului vertical de stocare a apei uzate provenite de la diferite industrii(electrogalvanizarea marochinarie, industria cimentului ,industria otelului). Din acest decantor apa uzata incarcata cu ioni de Cr(III) este preluata cu ajutorul unei pompe si trimisa spre un filtru cu nisip care are rolul de a retine urmele de materii solide in suspensie si impuritatile mecanice. De aici apa filtrata este trimisa prin curgere gravitationala la o coloana de schimb ionic, umpluta cu anionit puternic bazic Purolite A550- forma Cl^-, unde are loc deanionizarea propriu-zisa a apei. Debitul de procesare a apei uzate este de 1.5 m³/h. La iesirea din coloana de schimb ionic, apa este colectata intr-un rezervor situat la partea inferioara, urmind ca ulterior sa fie recirculata (cu ajutorul unei pompe centrifuge) in vasul de amestecare pentru a fi utilizata in procesul de regenerare. Acest lucru este posibil deoarece apa rezultata intruneste conditiile necesare, fiind pe baza de NaCl, tocmai agentul cu care se face regenerarea. Solutia concentrata in ioni de Cr(III), rezultata in urma regenerarii, este preluata din coloana prin curgere libera spre un vas de colectare.

puritate    puritate

redusa ridicata

	ELECTROLIZA

dilutie, daca

> 0.4 g/L

CANALIZARE

Fig. 3.1. Schema bloc de epurare recuperativa

prin schimb ionic

3.5. Materii prime si auxiliare

In procesul de epurare recuperativa prin schimb ionic intervin urmatoarele : apa uzata, apa de spalare, schimbatorul de ioni, agentul de regenerare. Ca materie prima de regenerare se foloseste NaCl 10%.

3.5.1. Schimbatorul de ioni

Schimbatorul de ioni folosit in cazul epurarii recuperative a apelor impurificate cu ioni de este de tip Purolite A 550 care realizeaza retinerea ionilor de din apele uzate industriale.

Purolite A550 este un schimbator anionic puternic bazic, de tip polistirenic tip I, gel. Datorita capacitatiii de schimb ridicate , acest schimbator poate fi utilizat cu rezultate bune pentru retinerea anionilor din apele uzate. Are o capacitate mare de operare, o cinetica buna cu demineralizare avansata si indepartarea silicei. Purolite A 550 poate fi utilizat atit in forma Cl^- cit si in forma SO₄^2-.

Caracteristici fizico - chimice :

Structura matricei polimerului..polistiren tip I, gel

Aspect.granule de culoare galben

Forma ionica de livrare..Cl^-

Umiditatea48 - 54%

Variatia de volum max., %..Cl → OH 20

Capacitatea totala de schimb..2 meq/mL, minima(volumetrica)

Stabilitatea chimica..insolubili in solventi obisnuiti

Conditii de operare :

Caracteristici hidraulice :

Caderea de presiune pe stratul de shimbator de ioni, in regim de functionare al filtrului ionic, depinde de distributia granulometrica a schimbatorului, de inaltimea stratului de schimbator, de volum liber din strat, de viteza de trecere si de viscozitatea solutiei fluidului de tratat. Orice factor care afecteaza acesti parametri, de exemplu prezenta impuritatilor mecanice in fluidul de tratat care se retin pe stratul de schimbator de ioni, compactarea anormala a stratului de shimbator conduce la cresterea pierderii de presiune.

3.5.2. Solutia de NaCl 10%

Solutia de NaCl este folosita pentru regenrarea schimbatorilor de ioni anionici dupa faza de epuizare. In aceasta etapa schimbatorul de ioni este adus in forma sa initiala

3.5.3 Necesar

Cantitatea de schimbator de ioni anionic de tip Purolite A550 necesara pentru o sarja este de 150 kg/sarja.

Cantitatea de solutie de NaCl 10% pentru regenerarea schimbatorului de ioni anionic necesara pentru o sarja este de 1.53 m³/sarja.

3.5.4. Indici de calitate

La prepararea solutiei de NaCl 10% s-a folosit sare solida cu urmatoarea compozitie:

NaCl, % min - 99.7;

Ca²⁺ + Mg²⁺, % max - 0.01;

Cloruri, % max - 0.0005;

Fier, % max - 0.0005;

Substante insolubile in apa, % max - 0.005.

CAPITOLUL 4. ANALIZA PROCESULUI SI PROIECTAREA UTILAJELOR

4. 1. Mecanism. Termodinamica. Cinetica

4.1.1. Mecanismul procesului de schimb ionic

Reactia de schimb ionic in prezenta schimbatorilor solizi sunt reactii in medii eterogene, care se desfatoara la interfata solid-lichid, intre suprafata schimbatorului de ioni si solutia electrolitului care il inconjoara. Datorita structurii poroase a schimbatorilor de ioni, suprafata de contact lichid-solid este foarte mare si cu cit granulele de schimbator sunt mai mici si gradul de reticulare al macromoleculei respective este mai mare [6 - 8].

La interactiunea ionilor metalici din faza apoasa (solida) cu rasina schimbatoare de ioni au loc urmatoarele procese [9 - 11]:

adsorbtie fizica;

difuzie;

schimb ionic.

In urma acestor procese ionii de sulfura sunt retinuti de catre rasina schimbatoare de ioni care elibereaza in solutie o cantitate echivalenta de ioni proprii.

Schimbul ionic

In cazul procesului de schimb ionic un rol important ii revine transportului: migrarea ionilor din solutie spre pozitiile active ale ionitului unde se produce reactia de schimb propriu-zisa si a ionilor pusi in libertate spre faza lichida a sistemului.

Legea actiunii maselor aplicabila solutiilor ionizate, nu poate fi aplicata proceselor de schimb care se desfasoara in prezenta schimbatorilor de ioni, decit admitindu-se ca acestia din urma sunt solubili si deci capabili sa difuzeze ioni in solutie. Schimbatorii de ioni sunt practic insolubili. Fiind totuti capabili sa difuzeze ionii de schimb din structura lor macromoleculara in solutiile de electroliti, legea actiunii maselor se poate aplica, cu unele modificari, si proceselor de schimb care se desfasoara in prezenta schimbatorilor de ioni. In plus, se considera ca in cazul cind se stabileste un echilibru intre ionit si solutia apoasa, se poate aplica legea actiunii maselor, schimbul fiind presupus a decurge reversibil si in raporturi echivalente.

Considerindu-se reactia dintre ionit in forma Cl^- si ionul

2 R - Cl + A^2- R - A- R + 2Cl^-

Conform legii actiunii maselor:

, unde:

[x] - este concentratia lui x;

K - este constanta de echilibru.

Exprimind aceasta ecuatie in functie de activitate va rezulta :

unde :

- (a_x)_S si (a_x)_R sunt activit tile lui x in r sin , respectiv in solutie;

- C_xs si C_xR sunt coeficientii de activitate ai lui x in solutie, respectiv in r sin

- [x]_S si [X]_R reprezint concentratia lui x in solutie, respectiv in r sin

Raportul coeficientilor de activitate a ionilor in solutie apoas suficient de diluat este foarte apropiat de valoarea unitar , iar valoarea constantei de echilibru, K depinde de raportul coeficientilor de activitate ai acestor ioni in faza r sin

La o anumit temperatur si un raport al concentratiilor cunoscut intr-una din cele dou faze, se pot exprima usor afinit tile celor doi ioni pentru fiecare faz prin intermediul factorului de separare:

unde:    - S_Cl^A reprezint factorul de separare.

Factorul de separare este cu atit mai ridicat cu cit concentratia ionilor A in solutie este mai mica.

4.1.2. Termodinamica procesului de schimb ionic

Pentru realizarea studiilor termodinamice trebuie ca determin rile experimentale s se efectueze prin metoda bottle-point [11], deoarece determin rile pe coloan sint intotdeauna afectate de parametri de natur dinamic , astfel incit valorile concentratiilor de echilibru stabilite la aceeasi temperatur difer de la o metod la alta.

Functiile termodinamice caracteristice procesului de schimb ionic sunt determinate pe baza constantelor de echilibru si a coeficientilor de selectivitate a r sinii la diferite temperaturi.

Entalpia procesului de schimb ionic se calculeaz din legea lui Van Hoff:

Se integreaz aceast relatie de la c*_T1 la c*_T2 si de la T₁ la T₂, obtinindu-se ecuatia entalpiei procesului de schimb ionic:

unde:

R - constant general a gazelor, [J/kmol];

T - temperatura termodinamic ; [K];

c*_T1 si c*_T2 reprezint concentratia anionului la echilibru la temperatura T₁, respectiv la temperatura T₂,

Entalpia liber a procesului de schimb ionic se poate stabili cu ajutorul relatiei lui Gibbs :

∆G = -RTlnK

unde:

K - constanta de echilibru.

Entropia procesului se determin din legea Gibbs-Helmholz:

AG = ∆H - T∆S

Relatiile de mai sus sint des utilizate pentra calculul functiilor termodinamice caracteristice schimbului ionic [11-16]. Datele obtinute prezint o important deosebit in dezbaterea particularit tilor procesului de schimb. Cu cit entalpia de schimb este mai mare in valoare absolut , cu atit caracterul leg turilor ce se stabilesc intre ionul supus schimbului si matricea r sinii va fi mai inaintat ionic, iar procesul va decurge mai repede.

Valorile entalpiei libere definesc in toate cazurile elementele perturbatoare ale procesului (neuniformit tile granulelor de schimb tor, posibilele procese de schimb ionic paralel, miscarea brownien , ca efect al variatiilor de temperatur , iar valorile entropiei pe cele referitoare la gradele de libertate pe care le cunoaste sistemul de schimb ionic.

4.1.3. Cinetica procesului de schimb ionic

Cinetica procesului de schimb ionic prezint o deosebit important teoretic si practic deoarece se pot obtine date pe baza c rora orice sistem de transfer de mas cu participarea ionitilor poate fi caracterizat, atit la scara fenomenului in sine, cit mai ales din punct de vedere tehnic si economic.

Din studiile f cute rezult c m rimea este cea care caracterizeaz tipul procesului de difuzie predominant. Astfel, dac , difuzia in pelicul de lichid este predominant , iar dac Dr >> , difuzia in granule de r sin este cea care determin viteza de schimb [6]. In tabelul de mai jos se arat variatia acestei m rimi in functie de factorii care o determin

Tabelul 4.1. Preponderarea tipului de difuzie in functie de factorii care o determina

D, - coeficientii de difuzie in pelicula, respectiv particula; - grosimea peliculei lui Nernst (~10^-3 cm); r - raza particulei de schimbǎtor.

Din punct de vedere experimental, pentru stabilirea procesului de difuzie predominant trebuie sǎ se studieze:

- forma ecuatiilor cinetice si a solutiilor pentru cele douǎ tipuri de procese;

- influienta agitǎrii si a amestecǎrii solutiei cu rǎsina;

- testul de intrerupere, care constǎ in a scoate din solutie rǎsina pentru un timp oarecare nu prea lung. Viteza de schimb va rǎmine neschimbatǎ, dacǎ predominǎ difuzia in pelicula de lichid de la suprafata granulei de rǎsinǎ.

Dacǎ insǎ procesul predominant este difuzia in rǎsinǎ, atunci va aparea variatia vitezei de schimb, deoarece in timpul cind s-a scos rǎsina din solutie gradientul concentratiei din rǎsinǎ a putut sa creascǎ, fiindcǎ si procesul de difuzie continuǎ in rǎsinǎ.

Prin astfel de studii s-a putut stabili ca procesul de difuzie in pelicula e predominant in cazul ionilor de dimensiuni mici, ca, de exemplu, Na ^+, H⁺, in solutii foarte diluate (10^-2 M si la o amestecare incompletǎ). Difuzia in rǎsinǎ e predominantǎ la solutii mai concentrate (≥0,lM). Intre aceste valori ale concentratiilor, ambele tipuri de procese contribuie la schimbul ionic.

In cadrul procesului general de schimb ionic, un rol important revine transportului ionilor din solutie spre pozitiile active ale ionitului, unde se produce reactia de schimb propriu-zisǎ si a ionilor pusi in libertate spre faza lichidǎ a sistemului [11].

In solutie apar douǎ fluxuri - cel al ionilor retinuti si cel al contraionilor pusi in libertate de cǎtre schimbǎtor. Fiecare din aceste fluxuri poate fi la rindul sǎu suma corespunzǎtoare proceselor generate de ionii care participǎ la procesul de schimb :

. fluxul ionic in volumul solutiei (la suprafata granulei ionitului sau de la aceasta), J_i^S ;

. fluxul de ioni prin interfata de separare a fazelor, J_i^dif ;

. fluxul ionic in volumul granulei de ionit (la si de la centrele active spre/ de la limita de separare a fazelor), J_i^sch .

Pe langǎ aceste fluxuri in sistem mai apar de obicei fluxul generat de solvent (apǎ) si fluxurile de coioni (ionii mobili aflati in faza rǎsinǎ). Fluxul generat de solvent poate fi ignorat.

Aspectul cinetic al procesului poate fi caracterizat prin intermediul functiei J_i^sch , la fel ca in cinetica obisnuitǎ, pe baza diferentei dintre vitezele reactiilor directe si inverse de schimb care se petrec in faza de ionit.

Studiile de cineticǎ a schimbului ionic se ocupǎ in special de mecanismul procesului de schimb ionic, de viteza procesului si de factorii care o influenteazǎ. Legile de vitezǎ in schimbul ionic sunt determinate de procesele de difuzie si pot fi deduse prin aplicarea legilor proprii difuziei. Viteza intregului proces de schimb ionic este data de difuzie care constituie etapa lentǎ, dar care este puternic influentatǎ si de echilibrul de reactie controlat de concentratiile speciilor ce difuzeazǎ.

Au fost identiflcate cinci modele cinetice de schimb ionic si s-a examinat pentru fiecare dintre ele dependenta vitezei de schimb de diversi parametri: mǎrimea particulei, concentratia in particulǎ, factorul de separare, capacitatea de schimb ionic, modul de agitare a solutiei.

Cinetica schimbului ionic este controlatǎ si de transferul de masǎ in particula solidǎ sau in faza lichidǎ de contact [11]. Cele cinci modele cinetice de schimb ionic reprezintǎ situatii plauzibile in sisteme in care transferul de mass in fazǎ lichidǎ sau in fazǎ solidǎ, precum si reactia chimicǎ la nivelul grupei de schimb reprezintǎ trepte determinante ale vitezei globale a procesului.

Cele cinci modele cinetice de schimb ionic sunt [11]:

modelul vitezei de schimb controlate de difuzia in faza lichidǎ pe baza fortei metrice liniare;

modelul vitezei de schimb controlate de difuzia in faza solidǎ in acord cu ecuatiile Nernst-Plank;

modelul vitezei de schimb controlate de reactia chimicǎ pe baza unei ecuatii de vitezǎ de tip SN₂;

modelui vitezei de schimb controlate pe baza reactiei chimice cu mecanism al miezului nereactionat;

modelul vitezei de schimb controlate de difuzia in faza solidǎ printr-o reactie ireversibilǎ rapidǎ.

Primele douǎ sint modele standard ale cineticii schimbului ionic. Cel de-al treilea precizeaza cazul in care reactia chimicǎ este determinantǎ de viteza in cel mai strict sens si este ocazional invocat pentru sisteme cu interactiuni chimice tari.

Premizele comune tuturor celor cinci modele sunt:

factor de separare constant:

coeficienti de difuzie individuali (ai ionilor ce se schimbǎ) constanti;

volum constant de schimbǎtor de ioni;

nici o retinere sau eliberare de solvent;

excluziune Donnan completa a contraionilor din schimbǎtorul de ioni.

Toate modelele, cu exceptia primului, acceptǎ faptul ca schimbǎtorul de ioni poate fi considerat drept fazǎ cvasi-omogenǎ si izotopicǎ.

Ø     Modelul vitezei de schimb controlate de difiizia in faza lichidǎ pe baza fortei motrice

Treapta determinantǎ de vitezǎ in acest caz este transferul de masǎ in faza lichida. Modelul presupune

lipsa gradientului de concentratie in particulǎ;

stare cvasi-stationarǎ a transferului masic in faza lichidǎ;

forta motrice liniarǎ;

factor de separare constant la o concentratie datǎ a solutiei.

Ø     Modelul vitezei de schimb controlate de difuzia in faza solidǎ in acord cu ecuatia Nernst-Planck

Modelarea are la baza supozitia conform cǎreia treapta determinantǎ de vitezǎ este difuzia in interiorul particulei de schimbǎtor. Modelul presupune:

lipsa gradientului de concentratie in faza lichidǎ:

lipsa convectiei prin retinerea sau eliberarea de solvent in faza solidǎ.

Ø     Modelul vitezei de schimb controlate de reactia chimicǎ pe baza unei ecuatii de vitezǎ de tip SN₂

In acest caz, treapta determinantǎ de vitezǎ este reactia de schimb la nivelul grupelor ionice fixe. Modelul implicǎ lipsa gradientului de concentratie atit in particulǎ cit si in solutie, deoarece viteza micǎ a reactiei chimice acordǎ timp suficient transferului masic sǎ stabileascǎ si sǎ mentinǎ echilibrul. Caracteristica acestui model este independenta vitezei de schimb de oricare dintre parametri, cu exceptia concentratei solutiei si a constantei de viteza.

Ø      Modelul vitezei de schimb controlate pe baza reactiei chimice cu mecanism al miezului nereactionat

Premizele acestui model acceptǎ reactia chimicǎ lentǎ si transferul de masǎ rapid, fiind propusǎ aceeasi lege a vitezei de reactie. In plus el postuleazǎ interdictia contraionilor din solutie, dincolo de portiunea din particulǎ deja convertitǎ, care constitute un invelis sferic exterior.

Transferul de masǎ prin interfatǎ fiind rapid, reactia se limiteazǎ la periferia miezului particulei care este incǎ in formǎ convertitǎ contrastind astfel cu modelul anterior.

Ø     Modelul vitezei de schimb controlate de difuzia in faza solidǎ printr-o reactie ireversibilǎ rapidǎ

Treapta determinantǎ de vitezǎ este difuzia contraionului prin stratul de schimbǎtor convertit, aflat la suprafata particulei. Reactia influenteazǎ in mod determinant viteza de schimb prin imobilizarea majoritǎtii ionilor care migreazǎ din solutie, afectind geometria zonei de difuzie.

4.2. Proiectarea tehnologica

4.2.1. Rezervoare de stocare

4.2.1.1. Alegerea rezervoarelor

Utilajele de depozitare a produselor se aleg functie de starea de agregare, parametrii la care trebuie mentinute (presiune, temperatura) si cantitatea depozitata.

Dupa nivelul de amplasare rezervoarele se impart in:

supraterane sau de suprafata;

semiingropate;

ingropate.

Dupa pozitia de amplasare rezervoarele se impart in:

verticale;

orizontale.

Avind in vedere forma geometric rezervoarele pot fi:

cilindrice;

sferice;

paralelipipedice.

Dupa presiunea de lucru exista :

rezervoare de presiune joasa;

rezervoare de presiune medie;

rezervoare de presiune ridicata.

Sunt considerate rezervoare de mica capacitate cele care au volumul nominal de depozitare sub 30000 m.

La baza alegerii formei rezervorului stau: criteriile economicitatii formei geometrice, raportul dintre suprafata si volumul lor geometric sau criteriul economicitatii exploatarii.

Pozitia rezervoarelor cilindrice poate fi verticala sau orizontala. Cele verticale sunt mai economice si ocupa suprafata mai mica, iar cele orizontale se intretin si se repara mai usor.

Amplasarea supraterana a rezervoarelor este de preferat, deoarece montarea si intretinerea lor este mai usoara. La cele subterane, la intretinerea si montarea greoaie se mai adauga si golirea cu ajutorul pompelor, care este mai dificila fata de golirea prin scurgere libera de la cele supraterane. In plus eventualele scurgeri de lichid sunt mai greu de controlat, iar defectiunile mai greu de remediat.

Se vor alege atit rezervoare cilindrice cit si rezervoare paralelipipedice amplasate suprateran. Pentru rezervoarele metalice se utilizeaza tabla de otel aliat. Ca elemente de aliere se folosesc: cromul, nichelul, manganul, siliciul., molibdenul, vanadiul, etc. Cea mai mare parte a otelurilor sunt aliate cu crom si nichel. Atit cromul cit si nichelul determina cresterea rezistentei de coroziune a rezistentei la rupere, a duritatii, a limitei de curgere si de elasticitate. Alierea nichelului cu cromul create calibilitatea otelului și rezistenta la rupere in conditii ridicate de coroziune. Utilizarea acestor oteluri este conditionata de stabilizarea cu titan in vederea prevenirii coroziunii intercristaline.

4.2.2. Filtru cu strat de nisip

4.2.2.1. Alegerea filtrului

Componentele principale ale unui filtru sunt :

sistemul de admisie al apei : consta dintr-o conducta cu ramificatii pe fiecare cuva sau dintr-un canal cu ferestre laterale in dreptul fiecarei cuve;

cuva filtrului : reprezinta o constructie din beton armat, sau chiar metal, care inglobeaza in ea toate elementele necesare alcatuirii unui filtru destinat producerii unei ape de calitate corespunzatoare unui consum potabil sau industrial.

jgheaburile de repartitie a apei brute si colectare a apei de spalare : au rolul de a asigura uniformitatea desfasurarii celor doua operatii in functie de suprafata filtrului;

stratul de apa : situat deasupra stratului de nisip - are rolul de a asigura o anumita presiune de lucru in instalatie;

stratul filtrant este elementul active al instalatiei si consta dintr-un material granulat cum ar fi nisipul cuartos;

conducta de apa filtrata : conduce apa filtrata spre rezervor, cu posibilitatea reglarii debitului;

instalatii si armaturi anexe : vane pe toate conductele, panou centralizat de comanda a vanelor pentru toate fazele de exploatare a filtrului, regulatoare de debit in cazul filtrelor cu debit constant, aparate de masura si control cu afisare la panoul de comanda.

Intrucit apa uzata contine doar materii solide de tipul piliturilor metalice sau deșeuri metalice, s-a ales ca material filtrant nisipul, in scopul retinerii acestora [21-25].

S-a optat pentru un filtru de tip coloana cu curgere gravitationala, prevazuta la partea superioara cu un sistem de distributie cu duze prin care se face admisia influentului deasupra stratului de nisip. In coloana, deasupra stratului filtrant exista un spatiu liber pentru buna functionare a filtrului. Dupa ce strabate stratul de nisip apa este culeasa pe la partea inferioara, putind fi trimisa mai departe la coloana de schimb ionic prin curgere gravitationala.

4.2.3. Coloana de schimb ionic

4.2.3.1. Alegerea coloanei

S-a optat pentru o coloana cu functionare in echicurent care consta dintr-un recipient cilindric vertical, inchis prin intermediul a doua capace semisferice sau mai rar tronconice ori plane. Caracteristica in echicurent a sistemului este data de sensul de trecere a regenerantului peste stratul de ionit, identic cu cel al apei, colectarea solutiei facindu-se tot pe la partea inferioara, prin intermediul unei vane dispuse pe traseul de evacuare. In coloana, deasupra stratului de rasina exista un spatiu liber suficient pentru a permite expandarea in timpul operatiei de afinare. Apa este admisa pe la partea superioara prin intermediul unui sistem de distributie, strabate stratul de ionit si este culeasa pe la partea inferioara intr-un rezervor, putind fi recirculata in proces.

4.2.3.2. Dimensionarea coloanei de schimb ionic

Apa afinare

Fig. 4.3. Coloana de schimb ionic in echicurent

Necesarul de masa ionica pentru echiparea unei coloane:

Cantitatea de schimbator de ioni se calculeaza astfel incit sa asigure procesarea(epurarea) unui volum de apa uzata de 36 m³, timp de 24 de ore, la un debit de 1.5 m³/h, astfel incit randamentul de epurare sa fie min 0.90.

Masa de schimbator de ioni se calculeaza functie de capacitatea de schimb a acesteia.

Conform fisei tehnice a schimbatorului de ioni A550 [5], capacitatea totala de schimb a acestuia este C_s = 4 meq/g.

Pentru a evita scaparile ionice in efluent se va considera o capacitate utila = ½ din capacitatea totala = 4 meq/g.

Volumul de apa uzata procesata pe anionit = 36 m³. Acestui volum ii corespunde o cantitate de cobalt de 1 ∙ 36 = 3600 g Cr(C₀= 0.2 g /L).

Nr. echivalenti de Cr (e) va fi :

(E_g = 53 pentru Cr)

Masa schimbator de ioni (M_sch) se va calcula astfel :

1 g rasina..4∙17.33 ∙meq

1Kg rașina..17.33 gr Cr

x40.000 g Cr

M_sch = g = 577.03 kg (masa de schimbator de ioni)

Volumul de schimbator (V_sch) se calculeaza tinind cont de densitatea in vrac (ρ_sch) a schimbatorului de ioni :

ρ_sch = 785 kg/m³ (pentru Purolite A400, coform fisei tehnice).

m³(volum de schimbator de ioni)

Stiind volumul schimbatorului se pot calcula diametrul coloanei (D) si inaltimea stratului (H_strat).

V_sch = S ∙ H_strat ,

unde S = suprafata de filtrare, m²

Se considera

Inaltimea stratului (H_strat) va fi :

H_strat = 1.5 ∙ D = 1.5 ∙ 0.86 = 1.29 m

Suprafata de filtrare : m²

Parametrii hidrodinamici ai coloanei se calculeaza pe baza urmatoarelor relatii :

Viteza de trecere : [m/h]

m/h

Incarcarea volumetrica specifica : [m³/m³h]

m³/m³h

Valoarea IVS se incadreaza in limitele prescrise in literatura.

Cunoscind valoarea inaltimii minime a stratului de schimbator, precum si faptul ca la afinare inaltimea stratului expandat este de cca. 100 % fata de aceasta se poate calcula inaltimea totala (H_T) a coloanei.

H_T = H + 2H_c

H = inaltimea partii cilindrice = 2 H_strat = 2 ∙ 1.29 = 2.58 m

H_c =inaltimea capacului, respectiv a fundului coloanei. Se adopta H_c =0.1 m H_T = 2.58 + 2 ∙ 0.1 = 2.78 m

Pierderile de presiune prin strat se calculeaza din relatia lui Poiseuille [3]:

, [m³/s]

[Pa] ,

in care : M_v → debitul de fluid : M_v = 1.5 m³/h

→ pierderea de presiune de strat(pentru a asigura debitul M_v ) [Pa];

S → suprafata de filtrare, m²;

H_strat → inaltimea stratului filtrat, m;

η → viscozitatea dinamica a apei, Pa ∙s ; η = 1.005 ∙ 10^-3 Pa ∙s;

K→ constanta de permeabilitate.

O buna aproximare a constantei de permeabilitate K se poate obtine pe baza ecuatiei lui Kozeny[3]:

Unde a → suprafata specifica, m²/m³;

ε → porozitatea stratului, m³/m³.

Valoarea lui ε pentru toate categoriile de schimbari de ioni variaza intre limitele 0.31 ÷ 0.33 m³/m³

Consideram ε = 0.32 m³/m³

Suprafata specifica de filtrare poate fi dedusa din relatia [3]::

m²/m³,

in care : dp → diametrul granulei de schimbator [m] = 4 ÷ 7 ∙ 10^-4 m

→ se adopta dp = 5 ∙ 10^-4 [m].

m²/m³.

Pa

Pentru asigurarea unui debit de 1.5 m³/h, pierderea de presiune pe coloana va fi de 4386.98 Pa.

4.2.5. Vas de amestecare

4.2.5.1. Alegerea vasului

S-a ales ca rezervor pentru solutia de regenerare un recipient cilindric cu fund sferic, capac sferic si racorduri continue, prevazut cu agitator.

Fig. 4.4. Vas de amestecare

4.2.6. Pompa de transport apa uzata

4.2.6.1. Alegerea pompelor

Pompele se clasifica dupa urmatoarele criterii :

criteriul principiului de functionare;

criteriul constructiv;

criterii specifice.

Se adopta urmatoarea clasificare care implica toate cele trei tipuri de criterii:

a. Pompe ce au organele principale in miscare sau elemente mobile :

a.l. pompe volumice:

pompe cu piston cu miscare alternativa;

pompe cu pistoane rotative;

a.2. pompe centrifuge;

a. 3. pompe axiale sau elicoidale.

b. Pompe fara elemente mobile:

b.l sifoane;

b.2. montejus-uri;

b.3. pulsometre;

b.4. pompe Mammut;

b.5. injectoare si ejectoare.

In cadrul acestui proiect se aleg pompe centrifuge (figura 4.5.). Aceste pompe prezinta urmatoarele avantaje:

- dimensiuni de gabarit mic;

- cheltuieli de exploatare reduse;

- constructie simpla;

- lipsa ventilelor, adica a unor piese sensibile;

- fundatii reduse, din cauza functionarii fara miscari alternative;

- ca urmare a lipsei suprafetelor de etansare, pompele centrifuge pot fi folosite si pentru lichide cu materii in suspensie.

La pompele centrifuge, miscarea lichidului este efectul fortei centrifuge, rezultata din invirtirea unui rotor care antreneaza lichidul in miscarea sa; miscarea continua de rotatie a rotorului determina o miscare continua, fara pulsatii, a lichidului in pompa si in conducte.

Cea mai simpla pompa centrifuga are un rotor cu palete, invirtit cu turatie mare de un arbore cuplat direct de un electromotor, de o turbina sau de o transmisie cu curea; rotorul este inchis intr-o carcasa avind axial racordul de aspiratie, unui sau doua lagare pentru sustinerea arborelui si cutia de etansare; periferia carcasei in forma de melc, se largeste continuu catre racordul de refulare situat tangential fata de carcasa. Lichidul de pompat este aspirat prin racordul axial, patrunde in rotor care il antreneaza in miscarea sa de rotatie, trece prin canalele formate intre palele rotorului ca efect al fortei centrifuge, produsa prin invirtirea lichidului, si este colectat de canalul in forma de melc al carcasei care il conduce spre racordul de refulare. In lungul canalelor dintre palete viteza lichidului si deci energia sa cinetica creste; la iesirea din rotor energia cinetica se transforma in energie de presiune.

Din punct de vedere practic este important a caracteriza procesul de coroziune nu numai cantitativ cit si calitativ, adica cunoasterea naturii atacului agresiv si distributia acestora pe suprafata metalului. Din acest punct de vedere coroziunea este continua si discontinua sau locala. Coroziunea continua poate fi, la rindul ei, uniforma sau neuniforma. Dupa gradul de concentrare a atacului se pot deosebi coroziunea in pete, plagi sau puncte. Principalele materiale utilizate pentru pompele centrifuge sunt: fonta si bronzul.

4.2.6.2. Calculul hidrodinamic al pompei

Fig.4.5. Pompa centrifuga

Se foloseste relatia [17]:

, [Kw]

unde:    P → puterea motorului pompei, Kw;

M_v → debitul volumic al pompei, m³/s;

∆p_t → caderea totala de presiune, Pa;

η_T → randamentul total al instalatiei de pompare;

η_T = 0.5 ÷ 0.7 → η_T = 0.6;

M_v = 1.5 m³/h

∆P_t = ∆P_st + ∆P_d + ∆P_g +∆P_p

∆P_st → caderea de presiune statica (diferenta de presiune intre capetele conductei in care circula lichidul, adica intre spatiul de refulare P₂ si cel de aspiratie P₁) :

∆P_st = P₂ - P₁ = 0

∆P_d → caderea de presiune dinamica (datorita frecarilor intre stratele de lichid) :

unde :     ρ → densitatea fluidului, kg/m³;

[17]

x_s, ρ_s - fractia procentuala respectiv densitatea fazei solide (pentru Na2CrO4.10H2O, ρ_s = 1986 kg/m³ [2]);

x_l, ρ_l - fractia procentuala respectiv densitatea fazei lichide(pentru apa, ρ_l = 1000 kg/ m³);

Corespunzator concentratiei C₀ = 2 g Cr³⁺/L in apa uzata

x_s = 0.003

x_l = 0.997

kg/m³

w → viteza de curgere a fluidului prin conducta, m/s; se determina din ecuatia debitului;

d → diametrul conductei prin care circula lichidul, m [18, 20]

d = 30 x 3 mm (d_i = 0.024 m)

m/h = 0.9259 m/s

Pa

∆P_g → caderea de presiune geometrica (presiunea exercitata de o coloana de lichid de inaltime H pina unde trebuie ridicat).

∆P_g = ρ ∙ g ∙ H

ρ → densitatea fluidului = 1005.98 Kg/m³;

g → acceleratia gravitationala : g = 9.81 m/s²;

H → inaltimea la care trebuie ridicat fluidul : H = 8.1 m.

∆P_g = 1005.98 ∙ 9.81 ∙ 8.1 = 79936.17 m;

∆P_p → caderea de presiune datorata frecarilor de peretii conductei si rezistentelor locale :

∆P_p = ∆P_fr + ∆P_rl

∆P_fr → caderea de presiune datorata frecarilor de peretii conductei;

∆P_rl → caderea de presiune datorata rezistentei locale.

λ → coeficientul de frecare = f(Re, d/e)

e → rugozitatea absoluta; e = 0.2 mm (pentru tevi de otel trase si sudate cap la cap, la coroziune neinsemnata e = 0.2 → Pavlov, pag. 604).

,

unde : ρ → densitatea solutiei : 1005.98 Kg/m³;

w → viteza lichidului prin conducta : w = 0.9259 m/s;

d → diametrul conductei : d = 0.024 m;

η → viscozitatea solutiei : η = 1.005 ∙ 10^-3 Pa ∙ s;

Pa

Din Pavlov, pag. 41 : λ = f(Re, d/e) = 0.0358

L → lungimea conductei : L = 10.1 m

Pa

n_v → numarul de ventile : n_v = 0;

n_c → numarul de coturi : n_c = 3;

ξ_v → coeficientul de rezistenta al ventilului;

ξ_c → coeficientul de rezistenta locala in cot;

ξ_c = ξ^' + ξ_t

ξ^' → pierderi datorate inertiei : ξ^' = A ∙ B =1 ∙0.09 = 0.09

A = 1; B = 0.09 (Pavlov, pag. 606)

R₀ → raza de curbura a cotului;

φ → unghiul intre directiile schimbate de cot (φ = 90⁰);

R₀/d = 6 (pentru φ = 90⁰) → Pavlov, pag. 605

= 0.34

ξ_c = ξ^' + ξ_t = 0.09 + 0.34 = 0.43

Pa

∆P_p = ∆P_fr + ∆P_rl = 6413.93+544.93= 6958.86 Pa

∆P_t = 0+425.73+79936.17+6958.86= 87320.76 Pa

kW

kW

Deoarece motoarele sunt standardizate se adopta valoarea de 0.25 kW

P_inst → puterea instalatiei

β → coeficientul de instalare : pentru P < 1 Kw :

Se adopta β = 2(Pavlov , pag. 97)

Tipul de pompa = f(M_v, H) [18]

M_v = debitul = 1.5 m³/h

H = inaltimea manometrica = 8.1 m.

pompa centrifuga de tip PCN 32 - 160(n = 1450 rot/min).

4.3. Calculul bilantului de masa

Gradul de epurare al apei : η = 0.95 .

Concentratia ionilor metalici corespunzatoare unui grad de epurare η = 0.95 se calculeaza din relatia :

,

unde : C₀ = concentratia initiala in ioni de Cr⁺³ a solutiei procesate (in influent);

C_i = concentratia finala in ioni de Cr⁺³ a solutiei procesate(in efluent).

C₀ = 2 g Cr⁺³/L;

g Cr⁺³/L (la iesirea din coloana);

Reactia de schimb ionic

2 R - Cl + Cr⁺³ R - Cr - R + 2Cl^-

1 mol Cr⁺³3 moli Cl^-

52kg..3∙ 35.5 kg

4.656 kg.x

kg Cl^- = 10330 g Cl^-

Rezultatele bilantului de masa sunt prezentate in tabelul de mai jos :

Tabelul. 4.3. Calculul bilantului de masa

4.4. Fisa tehnica a echipamentului utilajului

4.4.1. Fisa tehnica nr. 4

1. Denumirea utilajului: coloana de schimb ionic.

2. Pozitia de functionare: vertical.

3. Numarul de aparate:

4. Utilizare: se folosesc pentru retinerea ionilor de Cr⁺³ din apa uzata provenita din industria galvanizarii, dupa ce aceasta a fost supusa in prealabil filtrarii pe un filtru cu strat de nisip.

5. Descriere si functionare: este o coloana cu functionare in echicurent; consta dintr-un recipient cilindric vertical inchis prin intermediul a doua capace hemisferice. Atit apa incarcata cu ioni de cromat cit si agentul de regenerare sunt introduse pe la partea superioara, strabat stratul de anionit si parasesc coloana pe la partea inferioara. Spalarea se face in acelasi sens.

6. Dimensiuni caracteristice: H_T = 2.58 m; D = 0.86 m; H_strat = 1.29m.

7. Conexiuni: coloanele au legarura cu pompa centrifuga, cu rezervoarele de colectare a efluentiior (apa epurata si respectiv solutia concentrata) si cu rezervorul de apa de spalare.

4.4.2. Fisa tehnica nr. 6

1. Denumirea utilajului: pompa centrifuga.

2. Pozitia de functionare: vertical.

3. Numarul de aparate:

4. Utilizare: pompa proiectata se foloseste pentru transportul apei uzate rezultate dupa procesul de decantare spre flltrul cu strat de nisip de unde este alimentata gravitational intr-un vas tampon de stocare;o alta pompa similara cu cea proiectata se foloseste pentru transportul apei necesare prepararii solutiei de regenerare pe baza de NaCl in vasul de amestecare; de asemenea o pompa similara cu cea proiectata este folosita pentru transportul apei rezultate dupa spalarea rasinii spre a fi epurata.

5. Descriere si functionare: pompa centrifuga primeste lichidul perpendicular pe planul rotorului si il elimina tangential cu un plus de energie cinetica.

6. Dimensiuni caracteristice: P_motor= 0.25 Kw.

7. Tipul: PCN: 32 - 160.

8. Conexiuni: pompa proiectata face legatura intre decantorul vertical de apa uzata si flltrul cu strat de nisip. S-a ales pentru proiectare pompa care are lungimea conductei cea mai mare, ceea ce va asigura puterea necesara si pentru restul pompelor cu traseu mai scurt.

CAPITOLUL 5. EXPLOATAREA INSTALATIEI

5.1. Bilantul de masa pentru instalatie

Tabelul 5.l.

5.2. Utilitǎti. Consumuri specifice

5.2.1. Utilitǎti

In procesul tehnologic intra urmǎtoarele utilitǎti :

- energia electricǎ;

- apa.

5.2.1.1. Energia electricǎ

Instalatia foloseste pentru alimentare curent alternativ care datoritǎ consumurilor reduse se poate cupla la reteaua de 220 V si 50 Hz, dupǎ cum urmeazǎ:

Ø     actionarea motoarelor pompelor centrifuge;

Ø     actionarea motorului agitatorului la vasul de amestecare.

Conditiile alimentǎrii cu energie electricǎ sint:

tensiune constantǎ: efect asupra functionarii si utilizǎrii instalatiei;

frecventǎ constantǎ: 50± 1 % Hz;

simetria tensiunilor;

continuitatea alimentǎrii: intreruperile produc deranjamente.

Dezavantajele utilizǎrii energiei electrice constau in costul ridicat si impunerea unor mǎsuri speciale de protectia muncii.

5.2.1.2. Apa demineralizatǎ

Apa demineralizatǎ constituie agentul de spǎlare al schimbǎtorilor de ioni dupǎ procesul de regenerare; datoritǎ structurii si conditiilor de operare a schimbǎtorilor de ioni si pentru a preveni infundarea porilor acestuia, apa demineralizatǎ trebuie sa indeplineascǎ o serie de conditii de calitate.

Pentru a indeplinii aceste conditii, apele limpezi preluate din sursa de apǎ potabilǎ sint supuse unei purificǎri speciale cu alti schimbǎtori de ioni (anioniti si cationiti). In urma procesului de schimb ionic rezultǎ apǎ cu un continut redus de sǎruri. Aceastǎ apǎ, este caracterizatǎ printr-un anumit continut de substante (sǎruri si baze) si prezintǎ o anumitǎ conductibilitate electricǎ, care creste pe masura cresterii continutului de sǎruri.

O apǎ demineralizatǎ corespunzǎtoare restrictiilor industriale contine:

cel mult 0,2 mg sǎruri/L;

maxim 10^-5 % ioni de metale grele;

2. 10-5 % NH₃;

pH = 7 ± 0,5;

rezistivitate : 2. 10^-6 Ω . cm.

Agresivitatea apei demineralizate este asemǎnatoare cu cea a apei distilate si a condensurilor. In lipsa O₂ otelurile obtinute nu sint atacate. Se poate observa insǎ o solubilizare a Fe, ceea ce dǎuneazǎ de multe ori calitǎtii apei.

5.2.2. Consumuri specifice

5.2.2.1. Energia electricǎ

Energia electricǎ se primeste din sistemul national RENEL-Uzinǎ electricǎ lasi. Se consumǎ doar energie electricǎ de 220V.

Energia electricǎ este utilǎ pentru pompe si vasul de amestecare.

5.2.2.2.Apa

Pentru o sarja sint necesari 0.374 m³ de apǎ demineralizatǎ.

Tabelul 5.2.

5.3. Subproduse materiale si energetice. Deseuri. Evaluarea impactului asupra mediului. Valorificarea si reciclarea deseurilor

5.3.1. Subproduse materiale

Produse si subproduse - ambalare si depozitare

Produsul principal rezultat din activitatea instalatiei este o apǎ epuratǎ avind caracteristicile de admitere in statiile de epurare sau care poate fi recirculatǎ cu/farǎ demineralizare in procesul de regenerare sau tehnologic.

Din procesul tehnologic rezultǎ ca subprodus o solutie concentrata in cromati, care este colectata intr-un rezervor de stocare si trimisa spre valorificare.

5.3.2. Deseuri. Valorificarea si reciclarea deseurilor

Managementul deseurilor.

Gestiunea deseurilor evidentiaza producerea, colectarea, transportul, comercializarea, distrugerea, valorificarea, depozitarea si integrarea in mediu a acestor categorii de materiale si substante [27],

Recomandari:

1.Deseurile rezultate s fie depozitate corespunz tor.

2.Se impune betonarea platformei pe care este amplasat instalatia si dirijarea eventualelor scurgeri cǎtre statia de preepurare a apelor uzate industriale.

5.4. Controlul, automatizarea si reglarea procesului tehnologic

Reglarea automat , 29] a procesului de epurare recuperativ a apelor uzate industriale este necesar din urmatoarele motive:

consumul de materii prime si auxiliare devine rational;

creste productivitatea muncii prin eliminarea timpilor morti;

se imbun t teste calitatea produselor prin mentinerea la valori optime a parametrilor de lucru;

scade numarul personalului de deservire;

se imbun t teste atit securitatea muncii cit si conditiile de munc

Parametrii controlati si reglati:

debitul apei uzate la intrarea in filtrul cu nisip

debitul apei uzate la intrarea in coloanele schimb toare de ioni;

debitul de solutie de NaCl utilizat la regenerarea anionitului;

debitul de ap de sp lare;

concentratia in ioni Cr⁺³ a apei din rezervorul de stocare a influentului;

concentratia in ioni Cr⁺³ a apei din rezervorul de stocare a efluentului;

concentratia in ioni Cr⁺³ a solutiei de regenerare din vasul de amestecare;

concentratia in ioni Cr⁺³ a solutiei concentrate in ioni metalici rezultate in urma regener rii;

Aparate de m sur si control:

debitmetre cu diafragm

flotoare;

analizor electrochimic de concentratie.

Aparate de reglare automat

Regulatorul este acel element al sistemului de automatizare care primeste la intrare marimea de reactie de la traductor si m rimea de referint , le prelucreaz dup un anumit algoritm si pe aceast baz elaboreaz m rimea de comand pe care o trimite elementului de executie.

In cazul de fat se utilizeaz regulatoare de debit.

Controlul si reglarea debitului la pompele centrifuge.

Caracteristica principal a regl rii pompei centrifuge este faptul c datorit constructiei care face practic independenta presiunea la refulare de debit. Elementul sensibil este de obicei o diafragm care informeaz regulatorul de debit asupra valorii debitului. Regulatorul compar valoarea real cu cea de referint si comand elementelor de executie un ventil cu membran , modificare necesar a sectiunii conductei de refulare.

Asemenea sisteme de reglare sint asociate fiec rei pompe centrifuge din sistem pentru a fi controlat debitul de pe conductele instalatiei. Automatizarea este astfel foarte eficace.

Controlul si reglarea debitului pe conducte.

Debitul pe conducte este indicat cu un dispozitiv tip FC. Aparatul, prin elementul sensibil, inregistreaz debitul si, functie de c derea de presiune de la extremitatile conductei se realizeaz reglarea debitului introducind o rezistent variabil (ventil, clapet ) pe conduct sau, atunci cind este posibil, actionind asupra generatorului de presiune de la una din extremitatile conductei (pompa).

Automatizarea propriu-zisa a instalatiei si reglarea procesului tehnologic.

Schema de reglare automat a nivelului depinde de obiectivul urm rit prin reglare, de m rimea manipulat de care se dispune, tipul de proces (cu stabilizare si autostabilizare) sau de presiunea din rezervor. Reglarea nivelului in utilajele tehnologice urmareste unul din urmatoarele obiective:

nivelul trebuie mentinut riguros constant, la valoarea sa de referint

nivelul este comandat din interior de c tre un regulator de debit;

Reglarea nivelului este necesar in vederea mentinerii debitului constant pe tot parcursul proces rii. In cazul de fat se vor automatiza in scopul regl rii nivelului urm toarele utilaje: filtrul cu strat nisip.

Figura. 5.1. Reglarea nivelului intre doua limite.

1. priza de m surare a debitului

2. regulator de nivel, LC

3. elementul de executie (robinet de reglare cu ventil)

Prin automatizarea filtrului cu nisip se urm reste mentinerea constant a debitului pe traseul pomp - coloan de schimb ionic; in acest fel, se imbun tateste functionarea utilajelor, creste randamentul si totodat se evit colmatarea filtrului.

Functionarea ventilelor s-a conceput pe baza tuturor operatiilor ce au loc in cadrul unui ciclu complet de functionare, care cuprinde: epuizarea, regenerarea si sp larea rasinii.

Functionarea in timpul epuiz rii coloanei

Apa ce urmeaza a fi procesat pe coloan in vederea epur rii, provine din rezervorul tampon. Pe traseul ce face leg tura intre rezervorul tampon si coloana de schimb ionic se afl ventilul E. Acesta va fi deschis impreuna cu ventilul A ce permite trecerea apei uzate in coloana 1. Pentru colectarea efluentului este deschis si ventilul A' care face leg tura cu rezervorul pentru ap epurat . Ventilele F (de la rezervorul cu ap de sp lare), B,C (de pe conducta de alimentare cu solutie regenerant ), B' (de pe conducta comun cu a ventilului A'), C' sj D' (de pe conducta care face legatura cu rezervorul in care va fi stocat solutia concentrata in ioni de Cr⁺³) vor fi inchise.

5.5. Tehnica securit tii si igiena muncii. Masuri P.S.I.

Tehnica securit tii si igiena muncii. Tehnica securit tii muncii

Protectia muncii cuprinde totalitatea m surilor luate pentru a se asigura tuturor oamenilor muncii conditii adecvate de munc , pentru a-i feri de accidente si boli profesionale. Protectia muncii face parte integral din procesul de munc

In industria chimic pe ling factorii de periculozitate comuni cu alte ramuri industriale, intervin si numerosi factori specifici acesteia cum ar fi:

degaj ri de substante toxice;

prezenta frecvent a unor substante inflamabile;

posibilitatea exploziilor cauzate de amestecuri explozive;

operatii cu lichide agresive;

temperaturi ridicate.

Protectia muncii are urm toarele trei aspecte:

A.     Protectia juridic a muncii, reprezentat de legislatia referitoare la protectia muncii constituit din:

Codul Muncii;

Legea nr.5/1965 cu privire la protectia muncii;

HCM nr.2896/1966 cu privire la accidentele de munc

Legea nr. 1/1970 privind organizarea si disciplina muncii;

Decretul 400/1981.

B.     Protectia sanitar a muncii cuprinde m surile pentru crearea unor conditii fiziologice normale de munc si de suprimare a riscului imboln virilor profesionale.

C.    Protectia tehnicǎ a muncii constǎ in mǎsuri tehnice si organizatorice pentru prevenirea accidentelor de muncǎ.

Normele de tehnica securitǎtii muncii elaborate de Ministerul Industriei Chimice sint grupate in sase capitole:

a) Tehnica securitatii muncii la instalatii, aparate si masini.

Acest capitol trateazǎ probleme de securitate a muncii la organele de masini, la echipamentul de transmitere si dispozitive de actionare a utilajelor, la conducte si armǎturi, aparate de mǎsura si control, vase de reactie, utilaje sub presiune, aparate pentru utilaje unitare (centrifuge, extractoare, malaxoare, tiltre, etc.).

b) Tehnica securitatii muncii la intretinere, reparare si interventii.

In acest capitol se dau norme cu caracter organizatoric si tehnic.

Pentru orice investitie sau reparatie se intocmeste un plan de actiune cu sarcini defalcate pe angajati, plan ce cuprinde toate mǎsurile de protectia muncii. Pentru locurile de muncǎ in care exista pericolul de incendii, se intocmeste permisul de muncǎ cu foc. Pentru lucrǎrile la instalatiile sub presiune, intrarea in vase de reactie, rezervoare, instalatii sub presiune, in care se lucreaza cu substante foarte agresive este necesar in plus permisul de lucru.

Este strict interzisǎ inceperea oricǎrei lucrari de reparatii sau interventie farǎ a se face in prealabil tuturor celor care executǎ operatia respectivǎ instructajul de protectia muncii.

c) Tehnica securitǎtii muncii pentru procese fizice si chimice.

Se precizeazǎ faptul cǎ absorbtia noxelor de orice gen se face la locul in care ele se produc, fiind contraindicatǎ absorbtia lor prin ventilatie generalǎ.

Se trateaza apoi:

Tehnica securitatii muncii la efectuarea unor procese chimice unitare (halogenari, cromari, esterificǎri, polimerizǎri, etc.);

Tehnica securitatii muncii la efectuarea unor procese fizice unitare (extractie, decantare, centrifugare, filtrare, absorbtie, distilare si rectificare, uscare, etc.).

d) Tehnica securitatii muncii la depozite.

Se dau norme referitoare la amplasarea si depozitarea substantelor toxice, inflamabile si explozive. Este interzisǎ depozitarea in aceeasi incǎpere a substantelor toxice si explozive cu alte materiale.

e) Tehnica securitǎtii muncii la manipulare, amplasare si transport a substantelor toxice explozive cu alte materiale.

Normele prevǎd ca operatiile de manipulare sǎ se execute numai sub supravegherea unui conducǎtor al procesului de muncǎ instruit in acest scop.

f) Tehnica securitǎtii muncii in laborator.

Din ansamblul normelor referitoare la aceastǎ problemǎ, trebuie retinutǎ obligatia generatǎ, pentru muncǎ de cercetare, de a se aplica si respecta toate fazele metodologice de lucru adecvate privind protectia muncii.

In ceea ce priveste m surile de protectie individual a muncitorului este necesar s se foloseasc echipamentele si materialele de protectie individual prev zute de normative.

Norme de igien a muncii

Normele de igien a muncii se refer la principalii factori profesionali nocivi din mediul de produse. Ele stabilesc valorile limit sau optime ale acestor factori, valori care respectate previn imboln virea profesional si asigur conditiile normale de lucru. Astfel se dau:

concentratiile maxime admise (CMA) in atmosfera zonei de lucru, [mg/mc aer];

efortul fizic (mase maxime admise la ridicat, distante de transport manual);

microclimatul inc perilor de lucru (temperatura, umiditate, radiatii termice).

M suri P.S.I. Generalit ti

Incendiile si exploziile se produc numai atunci cind sint prezente in cantit ti suficiente trei elemente: substanta combustibil , oxigenul si c ldura.

Cauzele principale ale incendiilor si exploziilor se datoreaz , pe de o parte aprinderii si autoaprinderi, iar pe de alt parte nerespect rii parametrilor procesului tehnologic, lipsei de instructaj, de atentie, cur tenie, etc.

Exploziile pot fi provocate de depasirea instantanee a limitelor de rezistent a peretilor vaselor (cazane, butelii de gaze, reactoare, rezervoare, etc.) produs de presiunea gazelor sau vaporilor. Exploziile produse de gaze combustibile, vaporii sau praf in amestec cu aerul sau oxigenul au anumite caracteristici, care variaz cu presiunea si temperatura amestecului.

C ldura degajat in cursul unor reactii chimice exoterme poate constitui o surs de aprindere provocind incendiul. Deosebit de periculos este contactul acizilor concentrati (H₂SO₄, HNO₃) cu substante combustibile.

Incendiile mai pot fi provocate, de asemenea, din cauza electricit tii statice si a desc rc rilor atmosferice.

Cea mai frecvent cauz de aprindere este flac ra direct provocat de diferite surse. M surile generale de prevenire a incendiilor sau exploziilor sint urmatoarele:

evitarea sau reducerea substantelor combustibile;

evitarea sau reducerea sursei de c ldura;

evitarea sau reducerea oxigenului, aerului sau substantelor cu un continut mare de oxigen;

impiedicarea contactului substantei combustibile cu sursa de c ldura;

controlul automat al concentratiilor de oxigen din zona de pericol.

Materialele folosite pentru stingerea incendiilor

Materialele sting toare se folosesc fie in stare gazoas , lichid sau solid , fie sub forma amestecului de lichide cu gaze sau lichide cu substante solide, insa procesul si rapiditatea aplic rii sint factori hotaritori ai stingerii incendiilor.

Cele mai raspindite substante sting toare sint:

apa: folosirea ei la stingerea incendiilor se bazeaz pe proprietatile de r cire si izolare termic . Proprietatile de r cire ale apei se datoreaz capacitatii de absorbire a c ldurii si a c ldurii latente de vaporizare, care au o valoare important . R cirea suprafetelor aprinse va fi cu atit mai mare, cu cit capacitatea de ap transformat in vapori va fi mai mare.

Desi apa posed astfel de calit ti pentru stingerea incendiilor, totusi domeniul ei de utilizare in acest scop este limitat. Produsele petroliere si dizolvantii organici nemiscibili cu apa, avind o densitate mai mic , plutesc la suprafata apei in continuare.

Apa folosit la stingerea incendiilor contine s ruri, deci ea este bun conduc toare de electricitate, din acest motiv folosirea ei la stingerea incendiilor produse in instalatiile de inalt presiune trebuie s se fac utilizindu-se utilaje speciale.

Unele substante reactioneaz violent cu apa, producind o degajare mare de c ldura si gaze, care pot da nastere incendiilor si exploziilor. Astfel carbidul reactioneaz violent cu apa degajind acetilen si c ldur

aburul: stingerea incendiilor cu ajutorul aburului se bazeaz pe reducerea concentratiei

de oxigen in zonele de ardere (la o concentratie a aburului de 35% vol. arderea inceteaz ). Folosirea aburului pentru stingerea incendiilor cauzate de substante gazoase, lichide si solide se face in locurile unde exist instalatii de/si sisteme fixe de stingere.

solutii apoase de s ruri:

In scopul imbunatatirii calit tii apei se folosesc adaosuri: clorur de calciu, sulfat de sodiu, sulfat de amoniu, etc. Prin evaporarea apei aceste solutii formeaza la suprafat materialului aprins un strat de sare care se topeste, iar in unele cazuri se degradeaz . In urma dezagreg rii se degaj gaze combustibile care reduc concentratia oxigenului in zona de ardere, contribuind astfel la stingerea incendiului.

tetraclorura de carbon:

Tetraclorura de carbon are proprietatea de a stinge focul, insa folosit in inc peri inchise poate da nastere fosgenului, gaz foarte toxic. In scopul reducerii formǎrii fosgenului, se adaugǎ in tetraclorura de carbon, diferite substante ca: anilina, amoniac, benzen, etc.

Se utilizeazǎ la stingerea incendiilor la instalatiile electrice de inalta tensiune la motoarele cu ardere intemǎ, la substante lichide si solide pe o suprafata micǎ, etc.

bioxidul de carbon:

Acesta nu arde si este slab conducǎtor de electricitate, ceea ce permite folosirea lui la stingerea incendiilor izbucnite la instalatiile electrice.

Introdus in zonele de ardere bioxidul de carbon, dilueazǎ atmostera, reducind concentrarea substantei combustibile si a oxigenului din atmosfera de ardere, micsorind sau oprind arderea.

spumele stingǎtoare:

Spuma este formatǎ din bule de gaz inconjurate de un strat subtire de lichid. Se folosesc doua feluri de spume:

chimice;

mecanice (aeromecanice).

Densitatea spumelor este micǎ in consecintǎ plutesc la suprafata lichidelor usoare (benzina, petrol, etc.) separind flacǎra de substanta combustibilǎ.

prafurile stingǎtoare:

In compozitia acestor prafuri intrǎ diferite sǎruri (carbonat de sodiu, bicarbonat de sodiu, alǎun) substante care preintampinǎ aglomerarea sǎrurilor (talc, Kiselgur, praf de azbest) si substante care contribuie la topirea lor (clorura de sodiu, clorura de calciu).

Prafurile stingǎtoare impiedicǎ dezvoltarea arderii prin acoperirea suprafetelor solide aprinse cu un strat izolant care prin topirea sǎrii contribuie mai activ la stingerea incendiului. Degajarea unor sǎruri produce gaze necombustibile care contribuie la stingerea incendiului.

CAPITOLUL 6. AMPLASAMENT SI PLAN GENERAL

6. 1. Amplasarea obiectivului in teritoriu. Cerinte si utilitate

Instalatia proiectat este o instalatie fix dispus etajat pe trei nivele, fiind amplasat in aer liber, in apropierea rezervorului de stocare a apei uzate provenite de la baia de sp lare a uzinei .

La nivelul solului (nivelul 0), sint amplasate pompele centrifuge si rezervoarele de stocare pentru: apa uzata(influentul), apa epurat , solutia concentrat in ioni de Cr⁺³ .La nivelul imediat superior (nivelul 1) este amplasat instalatia propriu-zis de schimb ionic care este constituit dinntr-o coloana care functioneaz in regim discontinuu. Coloan este supus procesului de regenerare si sp lare in vederea preg tirii pentru un nou ciclu de functionare.

Rezervorul cu solutie de spalare este amplasat la nivelul urmator (nivelul 2), la ultimul nivel (nivelul 3) fiind amplasat filtrul cu nisip

Dispunerea etajat a instalatiei proiectate permite curgerea gravitationala a lichidelor.

Transportul apei uzate, a apei de sp lare si a solutiei de regenerare se face cu ajutorul pompelor centrifuge, reglarea debitului f cindu-se automat. Amplasarea instalatiei este realizat pe o platform betonat

6.2. Estimarea impactului polu rii rezultate din activitatea instalatiei

Tehnologia abordat in proiectul de fat schimbul ionic, sta la baza principiului dezvolt rii durabile, prin care sint promovate acele activit ti care nu afecteaz calitatea mediului generatiei viitoare.

Procedeul de epurare recuperativ prin schimb ionic a apelor uzate prezint avantajul realiz rii epur rii concomitent cu recuperarea componentelor valoroase, realizidu-se astfel importante economii de ap si materii prime, in conditiile s r cirii tot mai accentuate in resurse a planetei, ca urmare a dezvolt rii vertiginoase inregistrate in majoritatea ramurilor industriale.

Aprecierea impactului unor activit ti umane asupra mediului si urmarirea in timp a fenomenului de poluare a acestuia se realizeaz pe baza unei metode de evaluare global a st rii de s n tate sau de poluare a mediului la un moment dat. Prin aplicarea unei astfel de metode devine posibil compararea st rii mediului la un moment dat cu starea inregistrat intr-un moment anterior sau cu starea previzibila intr-un viitor oarecare, in diferite conditii de dezvoltare.

Pe plan mondial s-au inregistrat diferite metode de evaluare a st rii mediului sub forma unor indicatori sintetici, care se refer ins de cele mai multe ori la un singur factor de mediu.

Ca indicator global se poate folosi raportul intre valoarea ideala si valoarea real la un moment dat a unor indicatori de calitate considerati specifici pentru factorii de mediu analizati si obiectivul studiat. Se analizeaz fiecare factor de mediu individual, apoi se coreleaza toti factorii printr-o metod grafic , ca de exemplu metoda indicelui de poluare global . Aceast metod const in:

incadrarea calit tii la un moment dat a fiecarui factor de mediu studiat intr-o scar de evaluare cu acordarea unor note care sa exprime apropierea, respectiv dep rtarea fat de starea ideal . Scara de evaluare este exprimat prin note de la 1 la 10, 10 reprezentind starea natural neafectat de activitatea umana , iar nota 1 reprezentand o situatie ireversibil si deosebit de grav de deteriorare a factorului de mediu analizat;

aprecierea pe baz de note a calit tii fiec rui factor de mediu din zona analizat

construirea unei diagrame pe baza notelor acordate , care tin cazul a trei factori reprezint un triunghi echilateral. Starea ideal este reprezentat grafic printr-un triunghi echilateral cu latura corespunzatoare a 10 unitati de evaluare. Prin unirea punctelor rezultate prin amplasarea valorilor reprezentind starea real se obtine un triunghi cu laturi diferite intre ele, cu o suprafat mai mic , inscris in triunghiul echilateral care se refer la starea ideal

calcularea indicelui de poluare globala I_PG din raportul suprafetei caracteristice st rii ideale(S_j) si suprafata caracteristic a st rii reale(S_r). Cind nu exista modific ri ale factorilor de mediu (nu exist poluare) indicatorul IPG este egal cu 1. Cind apar modific ri in

calitatea factorilor de mediu va avea valori supraunitare din ce in ce mai mari, pe m sura reducerii suprafetei triunghiului ce reprezint starea real

Metoda indicelui de poluare global folosit mai sus prezinta o serie de avantaje certe:

ofera o imagine complet a st rii de s n tate a mediului , a calit ti acestuia, la un moment dat;

permite compararea intre ele a unor zone diferite cu conditia ca acestea sa poat fi evaluate pe baza acelorasi indicatori;

permite compararea st rii unei zone in diferite momente de timp, oferind posibilitatea urm ririi evolutiei atit a calit tii diferitilor factori de mediu, cit si a calit tii globale a mediului in zona respectiv

Dezavantajul metodei const in note de subiectivitate generate de incadrarea pe scar de evaluare si care depinde din primul rind de experienta si exigenta analizatorului, precum si de posibilitatea aprecierii limitelor pentru toti indicatorii ce caracterizeaz mediul la un moment dat si a ponderii acestora in determinarea st rii generale de calitate a mediului.

Instalatia de schimb ionic proiectat se caracterizeaz printr-un impact redus asupra mediului, datorit reducerii la minim a cantitatilor de deseuri evacuate care ar fi rezultat prin utilizarea metodelor clasice de indepartare a metalelor grele din efluentii industriali cum ar fi precipitarea, electroliza.

CAP. 7. BIBLIOGRAFIE

1. ***Normativ privind conditiile de evacuare a apelor uzate in retelele de canalizare ale 1ocalitatilor (NTPA - 002/1997), Monitorul Oficial al Romaniei, 1997, nr. 303;

2. ***Manualul inginerului chimist, vol. I, 1195 p;

3. V. Rus, N. Strambeanu, Schimbul ionic. Principii teoretice si aplicatii in alimentarile cu apa, vol. II, Ed. Eurostampa, Timisoara, 1999, 396p;

4. A. Gergely, E. Bay, M. Dumitrescu, Tratarea apelor reziduale si recuperarea electrolitilor in galvanotehnica, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1992, 260p;

5. ***PUROLITE Ion Exchangers Bulletin, Technical Caracteristics, Hamilton-Rio Design, Epson, UX, 1996;

6. C. Sabau, Schimbul ionic - Teoria si aplicatiile sale in chimia analitica, Ed. Acad., Bucuresti, 1967, 355p;

7. D.C. Sherrington, Polimer Resins - Synthesis and Structure, Progress in Ion Exchange. Advances and Applications, The Royal Society of Chemistry, Ed. A. Dyer, Cambridge, 1997, p. 3-15;

8. M.N. Seniavin, Ionnii obmen v tehnologii i analize neorganiceskih vesestv, Mosckva, Himia, 1980, 272p.

9. D. Suteu, Concentrarea prin sorbtie in analiza organica, Teza de doctorat, U.T.Iasi, 1998,173p;

10. A. Bolma, Conditionarea prin schimb ionic a apelor complex poluate utilizate in termocentralele electrice, Teza de doctorat, U.T. 'Gh. Asachi' lasi, 1998;

11. N. Strambeanu, V. Rus, I. Ursoiu, Schimbul ionic. Principii teoretice si aplicatii in alimentarile cu apa, Ed. Eurostampa, Timisoara, vol. 1, 1999, 163p;

12. St. Melis, G. Cao, M. Morbidelli, A New Model for the Simulation of Ion Exchange Equilibria, Ind. Eng. Chem. Res., American Chemical Society, 1995, 34, p. 3916-3924;

13. P. Vasilescu, O. Parvulescu, C. Jineseu, Un model matematic al procesului de schimb ionic in strat fix, Revista de Chimie, vol. 49, nr. 12, 1998, p. 829- 836;

14. R. Pode, G. Burtica, A. Iovi, V. Pode, T. Mihalache, Studiu asupra schimbului ionic pe zeolit clinoptilolitic, Revista de Chimie, vol. 46, nr. 6, 1995, p. 530-533;

15. M Cruceanu, Site moleculare zeolitice, Ed Stiintifica si Enciclopedica, Bucuresti, 1986

16. A. Vasile, A. Popa, M. Cruceanu, A. Bold, E. Popovici - Schimb ionic pe zeoliti sintetici NaX inprezenta de substante tensioactive, Revista de Chimie, vol. 44, nr. 6, 1993, p. 552-557;

17. C.F. Pavlov, P.G.Romankov, A.A. Noskov, Procese si aparate in ingineria chimica Exercitii si probleme, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1981;

18. R.Z.Tudose, s.a., Fenomene de transfer si utilaje in industria chimica. Indrumar de proiectare, Litografia I.P.lasi, 1990, 374p;

19. S. Petrovan, M. Lungu, Indrumar pentru elaborarea proiectelor la disciplina 'Ingineria reactiilor chimice si utilaje specifice', Iasi, 1988;

20. C. Racocea, Elemente de inginerie mecanica si constructia utilajului chimic. Indrumar de proiect, Litografia I.P. Iasi, 1991;

21. DimaM., Proiectarea instalatiilor de epurare. Indrumar, I.P.Iasi, 1981

22. M. Macoveanu, C. Teodosiu, Gh. Duca, Epurarea avansata a apelor uzate continind compusi organici nebiodegradabili, Ed. Gh. 'Asachi, Iasi, 1997, 192p;

23. M. Dima, Canalizari, vol. II (Epurarea apelor uzate), Ed. Rotaprint, 1988;

24. I. Paslarasu, N. Rotaru, M. Teodorescu, Alimentari cu apa, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1981; 25. V. Rojanski, Th. Ognean, Cartea operatorului din statiile de epurare a apelor uzate, Ed. Tehnica Bucuresti, 1997, 289p;

26. W.J. Chin, RJ. Eldridge, Treatment of Metal Finishing Waste-waters by Continuous Moving - Bed Ion Exchange With Magnetic Resins, CHEMECA '88, Australia' s Bicentennial International Conference for the Process Industries, Sydney, vol. 1,1988, p. 89-96;

27. V. Tobolcea, D. Ungureanu, Managementul apelor uzate, Partea I, I.P.Iasi, 1993;

28. D. Perju, T. Todinea, Automatizarea proceselor chimice. U.P. Timisoara 1995;

29. F. Ungureanu, Conducerea automata si monitorizarea proceselor din ingineria mediului. Tipografia U.T. Iasi, 1999;

30. O. Creanga, A. Cizmarita, tehnica securitatii muncii in industria chimica, Ed. Tehnica, Bucuresti 1965.