1.2.3. 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 [24, 28, 249, 252]. 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. ПДК по ионам

22

Сr³⁺ и Сr⁶⁺ в сеть бытовой канализации составляют 2,7 и 0,1 мг/л соответственно, в водоемы хозяйственно-питьевого водопользования - 5,0 и 0,1 мг/л, в водоемы рыбохозяйсвенного водопользования - 0,1 мг/л и отсутствие ионов Сr⁶⁺ [10, 14, 26-29].

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 [273].

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 [112, 128]. В табл. 1.5 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. На рис. 1.3 представлена более подробная классификация электрохимических методов обработки воды.

23

Таблица 1.5

Методы, применяемые для очистки и обезвреживания жидких отходов
АГЛ

24

Продолжение таблицы 1.5

25

26

Следует отметить процесс электрокоагуляции, получивший распространение в последнее время. Этот метод позволяет во многих случаях не только извлечь из сточных вод загрязняющие вещества, но и вернуть очищенные воды в производство для повторного их использования. При электрокоагуляции удаление ионов тяжелых металлов происходит за счет повышения рН воды и образования гидроксидов железа и других металлов.

С целью предотвращения пассивации и зашламления электродов рядом исследователей предложены различные способы: механические скребки и щетки для снятия отложений, наложение однородного переменного тока различной частоты или магнитного поля [237] и засыпка магнитных материалов в межэлектродное пространство [53], применение импульсного и асимметричного электрического тока [143, 233, 269], использование вращающихся электродов [270]. Однако эти меры эффективны в отдельных конкретных случаях для относительно постоянного состава сточных вод. Более надежным приемом можно считать поддержание в межэлектродном объеме условий, предотвращающих образование мало- или нерастворимых соединений [271]. Авторами [272] изучена возможность очистки многокомпонентных сточных вод производства печатных плат гальванохимическим методом. В качестве загрузки аппарата использовали стальную и медную стружку.

Анализируя литературные данные, следует отметить, что метод электрокоагуляции в последние годы довольно бурно внедряется в производство. Тем не менее, создание бессточной технологии гальванопокрытий предполагает комбинирование в едином комплексе различных методов очистки. Кроме того, для регенерации концентрированных растворов этот метод экономически невыгоден из-за образования большого количества осадков.

27