27 Введение
Гальваническое производство является одним из крупнейших потребителей воды, а его сточные воды – одними из самых токсичных и вредных. В связи с этим, перед гальваническим производством встает ряд важных проблем. Снижению количества сточных вод может способствовать применение новой технологии производства. Это потребует значительных материальных затрат, что нереально на данном уровне развития экономики страны. В результате остается другой путь сохранения окружающей среды – повышение эффективности очистки сточных вод.
Очистка сточных вод является одной из самых актуальных проблем. В Западной Европе оборот только промывных вод гальванических производств составляет 97–98% от общего числа стоков. В нашей стране уровень очистки сточных вод и, в частности, регенерации из них цветных металлов, составляет не более 10%.
Хромсодержащие стоки образуются в результате промывки деталей после хромирования, электрохимического полирования и удаления некачественных покрытий.
Основные вещества, подлежащие обезвреживанию – шестивалентные соединения хрома, цианиды (CN-), ионы тяжелых и цветных металлов: Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Sn2+, Pb2+.
Соединения хрома (III), а особенно, хрома (VI) токсичны для человека и животных. Смертельная доза K2Cr2О7 (дихромат калия) для человека составляет 0,2–0,3 гр. Поэтому очистка сточных вод гальванического производства от отходов соединений трех- и шестивалентного хрома является актуальной.
Основным видом отходов в гальваническом производстве являются промывные воды смешанного состава, содержащие несколько видов тяжелых металлов и других примесей. Очистка таких стоков затруднена. При этом не удается выделить металлы из шлама сложного состава, а если и удается, то возникают проблемы с дальнейшим использованием и переработкой отходов. Для решения проблемы снижения количества тяжелых металлов в сточных водах до ПДК необходимо использовать замкнутую систему водоснабжения то есть промывные воды, подвергшиеся очистке от примесей возвращать в технологический цикл, а извлеченные примеси – на захоронение или переработку. Т.о., очистка сточных вод является одной из самых актуальных проблем.
Одной из проблем очистки сточных вод является контроль степени очистки. В связи с этим нам были поставлены следующая цель.
Цель:
Очистка сточных вод от вредных веществ в гальваническом производстве
Задача:
Разработка электродиализатора для очистки сточных вод гальванического производства
Глава 1. Технологические воды гальванических производств
Основными источниками происхождения сточных вод предприятий машиностроения и металлообработки являются гальванические и другие производства, связанные с химической и электрохимической обработкой металлов, литейное и окрасочное производства, холодная обработка металлов резанием, а также мойка металлоизделий, в частности, после их расконсервации.
Вода в цехах гальванопокрытий расходуется на приготовление электролитов, обезжиривающих и травильных растворов, на промывку деталей, охлаждение ванн и выпрямителей тока. Основной водопотребляющей операцией является промывка изделий, от эффективности которой зависит качество и надежность гальванопокрытий. Образующиеся при этом промывные сточные воды, а также отработанные концентрированные технологические растворы поступают в канализационную сеть промышленных предприятий.
В результате многолетней практики сложился следующий подход к решению проблемы очистки сточных вод указанных производств: раздельное отведение локальных стоков с учетом специфики загрязняющих компонентов с последующей их обработкой химреагентами. Применение системы водоотведения предусматривает обработку отдельно цианосодержащих, хромсодержащих и фторосодержащих сточных вод с дальнейшей нейтрализацией их вместе с кислыми и щелочными сточными водами, загрязненными ионами тяжелых металлов.
Сбросы отработанных растворов электролитов по объему составляют 2-3 % от общего количества сточных вод, а по общему содержанию сбрасываемых загрязнений достигают 50-80 %. Залповый характер таких сбросов нарушает режим работы очистных сооружений, приводит к безвозвратным потерям ценных материалов. Необходимость сброса концентрированных растворов в гальванике определяется следующими факторами: накоплением в электролитах посторонних органических и неорганических веществ, продуктов деструкции (разложения) некоторых компонентов (например, блескообразователей), а также механических примесей, шлама или необратимых дисперсий типа эмульсий и суспензий; нарушением соотношения основных компонентов гальванических ванн; выработкой в растворах электролитов отдельных веществ с одновременным накоплением продуктов реакции, замедляющих скорость основных процессов.
Практически все сбросы гальванического производства имеют ярковыраженную биологическую активность и способны вызывать неблагоприятные последствия. Степень токсичности и опасности различных веществ неодинакова и может быть оценена по предельно допустимым концентрациям (ПДК), учитывающим, наряду с токсичностью, их кумулятивные свойства, т.е. способность накапливаться в организме.
Таблица1. ПДК загрязняющих веществ
|
Состав сточных вод |
Концентрация мг/л |
|
Железо |
0,1 |
|
Цинк |
0,01 |
|
Медь |
0,001 |
|
Хром |
0,07 |
|
Никель |
0,01 |
|
Алюминий |
0,04 |
Сr3+ и Сr6+ в сеть бытовой канализации составляют 2,7 и 0,01 мг/л соответственно, в водоемы хозяйственно-питьевого водопользования - 5,0 и 0,01 мг/л, в водоемы рыбохозяйсвенного водопользования - 0,01 мг/л и отсутствие ионов Сr6+.
Важной характеристикой поведения и миграции металлов и других загрязнений в водоемах является их фазовое состояние. Обычно в природных водах ионы меди, цинка, никеля находятся в растворенной форме, а свинца, хрома и кадмия - во взвешенном состоянии. Отсюда следует, что попавшие в водоем медь, цинк и никель будут переноситься на значительные расстояния от места сброса и длительное время находиться в водной среде, а свинец, хром и кадмий будут накапливаться в донных отложениях вблизи места сброса.
Выбор метода очистки зависит от состава и режима поступления сточных вод, концентрации загрязнений, необходимости и возможности повторного использования очищенной воды.
Современная унифицированная технология регенерации электролитов и очистки промывных вод должна предусматривать:
- максимально быстрое и 100 %-ное извлечение ценных компонентов;
- получение в качестве конечного продукта регенерации и очистки промывных вод концентрированных растворов извлекаемых металлов и технической воды, пригодных для повторного использования в гальванотехнике;
- применение высокопроизводительного оборудования, отвечающего требованиям современного производства, и, прежде всего, встроенного в состав автоматизированных гальванических линий (АГЛ);
- включение регенерации в технологический процесс с целью создания безотходной технологии.
Существенный резерв в решении этих задач имеют электрохимические методы. В таблице 2 приведены основные методы очистки и регенерации сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов (ИТМ).
На машиностроительных производствах электрохимическая очистка сточных вод представлена следующими процессами: электролиз отработанных растворов с выделением тяжелых металлов; электролиз отработанных растворов с применением нейтральных и ионоселективных мембран; электрокоагуляция; электрофлотация; электрохимическое регулирование рН. Особенность этих методов состоит в возможности отказа от реагентов, которые становятся все более дефицитными, а также компактности установок, непрерывности процессов и более легкой их автоматизации.
Рис. 1 основные методы очистки и регенерации сточных вод
