7.1. Очистка сточных вод гальванических производств

Целесообразность внедрения метода электродиализа в технологию очистки промывных сточных вод гальванического производства базируется на высокой экономической и экологической эффективности затрат по сравнению с традиционными методами [254-256].

Основными критериями эффективности разработки и внедрения процесса очистки и регенерации промывных сточных вод являются:

• - снижение капитальных вложений на строительство и реконструкцию централизованных очистных сооружений;
• - фактическое ресурсосбережение, экономия материалов, реагентов, топлива и электроэнергии, а также трудозатрат;
• - предотвращение ущерба от загрязнения окружающей среды;
• - эффектом, связанным с предотвращением безвозвратных потерь цветных металлов.

Фактическая экономия процесса электродиализа обусловливается регенерацией либо утилизацией извлекаемого компонента. При электродиализе хромсодержащих сточных вод предусматривается возврат очищенной воды в производство, образующиеся продукты электролиза, в частности, раствор серной кислоты с ионами Сr⁶⁺ - анолит - в дальнейшем применим для корректировки электролитов хромирования и растворов хроматирова-ния. Медь осаждается на катоде в виде губчатого, легкоснимающегося осадка. Раствор сульфата железа - католит - может быть использован в качестве компонента электролита железнения, в кристаллическом виде - как реактив, содержащий ионы железа (II), в качестве протравы в строительстве и сельском хозяйстве.

Экономическое обоснование инженерных мероприятий по охране водных ресурсов от загрязнений может быть связано с определением предотвращающего ущерба, который наносится окружающей среде попаданием загрязненных сточных вод в водоемы и почву. Экономический ущерб от загрязнения водных ресурсов можно выразить определенной суммой капитальных и текущих затрат, поэтому в качестве критерия оценки ущерба используют приведенные затраты. Приведенные затраты (П), представляющие собой сумму текущих (эксплуатационных) затрат (С) и единовременных (капитальных) вложений (К), сведенных к одинаковой годовой закономерности в соответствии с установленным нормативным коэффициентом эффективности Е_н = 0,12, определяются по формуле

П = С + Е_н · К.

(7.1)

Например, основные затраты на внедрение электродиализного (первый вариант) вместо существующего реагентного (второй вариант) метода очистки хромсодержащих промывных сточных вод: капитальные вложения составляют

К = К_об+К_тр+К_мр,

(7.2)

где К_об - стоимость оборудования,

115

К_тр- стоимость трубопроводов,

К_мр- монтажные работы (20 % от К_тр).

Стоимость оборудования приведена в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Стоимость оборудования (в ценах до 1991 г.)

Итого: К_об = 56,2 тыс. р.

Стоимость трубопроводов К_тр = 130 тыс. р. Стоимость монтажных работ К_мр= 0,2 · 130 = 26,0 тыс. р.

Для первого варианта капитальные вложения составляют К₁ = 56,2+ 130 + 26,0 = 212,2 тыс. р.

Текущие эксплуатационные расходы определяются по формуле:

C = C_a + C_p + C_эн + C_м + C_реаг + C_пр,

(7.3)

где С_а - амортизация на оборудование (6 %); С_р - текущий ремонт оборудования (18 %); С_эн - стоимость электроэнергии; С_м - стоимость мембран; С_реаг - стоимость реагентов (серная кислота) С_пр - прочие расходы (27% от С_а+С_р).

• С_а= 0,06·56,2 = 3,4 тыс. р.
• С_р= 0,18·56,2 = 10,2 тыс. р.
• С_м =0,3·4 =1,28 тыс. р.
• С_реаг = 14,0·0,09 = 1,4 тыс. р.
• С_пр= 0,27·(3,4+10,2) = 3,7 тыс. р.

Расход электроэнергии в год на обработку сточных вод 10,9 тыс. кВт ч; на перекачку - 1,7 тыс. кВт·ч.

Итого стоимость электроэнергии составит 39,1 тыс. р. (кВт · ч равен 3,1 р.)

Текущие эксплуатационные расходы составляют C₁ = 59,0 тыс. р. в год. Следовательно П₁ = 59,0 + 0,12- 212,2 = 84,5 тыс. р.

На основании проведенных лабораторных и производственных исследований расчет второго варианта (П₂) выглядит следующим образом.

Традиционная схема очистки хромсодержащих сточных вод предусматривает их реагентную обработку на станции нейтрализации с последующим осаждением гидроксидов металлов и вывозом их в шламонакопитель. При расходе воды на промывку деталей на участке нанесения покрытий

116

6 м³/ч сбрасывается в канализацию 8,9 кг/сут хромового ангидрида или в пересчете на Сr⁶⁺ - 5,16 кг/сут.

Для перевода Сr⁶⁺ в Сr³⁺ на станции нейтрализации используется бисульфит натрия (6 частей на 1 часть Сr⁶⁺), тогда

m_Na2SO4 = 5,16 · 6 = 30,6 кг/сут.

2СrO₃ + 3Na₂SO₃ + H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3Na₂SO₄ + H₂O ,

mCr2(SO4)3 =	mCrO3 · MCr2(SO4)3	=	8,9 · 392	= 17,5 кг
	MCrO3		200

Для осаждения Сr³⁺ используется Са(ОН)₂:

Cr₂(SO₄)₃ + Na₂SO₃ + 4Са(ОН)₂ = 2Cr(OH)₃ + 4CaSO₄ + 3NaOH.

Стоимость используемых реагентов: бисульфита натрия - 6 р/кг, известь - 2,75 р/кг. Итого: 55 тыс. р. в год.

Текущие затраты по станции нейтрализации составляют:

С₂=3188,2 тыс. р. и капитальные вложения К₂ = 1028,4 тыс. р.

П₂ = 3188,2 + 0,12-1028,4 = 3311,6 тыс. р.

Так как П₂ > П₁ следовательно, предлагаемый вариант П₁ является лучшим в экономическом отношении техническим решением.

Эколого-экономическая оценка годового ущерба (тыс. р.) от годичного сброса загрязняющих веществ в k-й водохозяйственный участок определяется по формуле:

Y=y · s · Σⁿ₁      А·т,

(7.4)

где у - плата за выбросы - 1100 р/усл. т по ионам Сr⁶⁺;
s - экологический коэффициент^*, равный 1,35;
А - показатель относительной опасности сброса в водоем, усл. т/т.

Численное значение показателя А для каждого загрязняющего вещества обратно пропорционально допустимой концентрации вещества в водных объектах рыбохозяйственного назначения,
для ионов Сr⁶⁺ - А =

1

0,01

= 100 усл. т/т;

т - общая масса годового сброса примеси, т. Масса годового сброса в пересчете Сr⁶⁺ составляет т = 5,16·250= = 1290 кг/год =1,29 т/год. Тогда предотвращенный экологический ущерб составит:

У =1100 · 1,35 · 100 ·1,29 = 191,6 тыс.р.

117

Годовой экономический эффект от внедрения технологии электродиализной очистки промывных сточных вод определяется по формуле:

Э = П₂ - П₁ + У + Р,

(7.5)

где Р - экономия реагентов.

Установка позволяет экономить в год:

• -      хромового ангидрида - 5575 кг по 9 р. - 301,4 тыс. р.;
• -      бисульфита натрия - 7725 кг по 6 р. - 46,3 тыс. р.;
• -      извести - 3300 кг по 2,75 р. - 9,1 тыс. р.;
• -      железного купороса 3000 кг по 3 р. - 3,0 тыс. р.

Итого: Р = 359,8 тыс. р.

Э = 4311,6 - 84,5 + 191,6 + 359,8 = 4778,5 тыс. р./год.

Срок окупаемости установки можно определить, исходя из фактического ресурсосбережения:

В = C₁ : Р = 59,0 : 359,8 = 0,16 года.

В_теор= 1 : Е_н = 1 : 0,12 = 8,3 года.

118