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

Метод Область применения Преимущества Недостатки
1 2 3 4
Реагентный Для стоков разных объемов с различной концентрацией загрязнений
  1. Очистка до ПДК.
  2. Возможность очистки отдельных стоков и их смеси.
  3. Легко поддается автоматизации.
  4. Стабильность процесса очистки
  1. Невозможность использования воды в обороте из-за повышенного солесодержания.
  2. Большие площади под шламоотвалы.
  3. Сложность в эксплуатации
Электрокоагуляция Для стоков с часовым расходом до 100 м3/ч и концентрацией хрома до 200 мг/л
  1. Очистка до ПДК.
  2. Очищенная вода используется в обороте.
  3. Исключение расхода реагентов.
  4. Незначительные площади под оборудование
  1. Значительный расход металла на растворимые аноды.
  2. Пассивация анодов.
  3. Невозможность очистки концентрированных стоков без их разбавления
Электродиализ Рекомендуется применять в качестве локальной очистки стоков от отдельных видов покрытий. Количество обрабатываемых стоков зависит от производительности электродиализатора. Очищаются стоки с различной концентрацией
  1. Очистка до ПДК.
  2. Очищенная вода и регенерированные вещества используются повторно.
  3. Установки малогабаритны и просты в управлении
  1. Значительный расход электроэнергии.
  2. Необходимость предварительной очистки стоков от механических и органических примесей

24

Продолжение таблицы 1.5

Обратный осмос и ультра-фильтрация Рекомендуется применять в качестве локальной очистки стоков от отдельных видов покрытий. Очищаются стоки с различной концентрацией
  1. Очистка до ПДК.
  2. Возврат очищенной воды в оборот.
  3. Регенерация растворенных веществ.
  4. Незначительный расход электроэнергии.
  5. Компактность установок.
  6. Простота эксплуатации.
  7. Легко автоматизируется
  1. Наличие концентрационной поляризации.
  2. Нестойкость ацетатцеллюлозных мембран в агрессивных средах.
  3. Выход из строя мембран в результате закупоривания пор осадком после концентрирования
Ионный обмен Для всех видов стоков при раздельном или совместном отведении с часовым расходом до 500 м3/ч и концентрацией до 400 мг/л. Для очистки электролитов от примесей
  1. Очистка до ПДК.
  2. Очищенная вода используется повторно.
  3. Возможность очистки смешанных стоков.
  4. Возможность селективного выделения веществ из воды
  1. Необходимость предварительной очистки стоков от механических примесей, масел, жиров и др. органических примесей.
  2. Высокие требования к герметичности оборудования.
  3. Образование элюатов, требующих дополнительного обезвреживания.
  4. Дефицитность ионообменных смол
Биохимический метод Для смеси хромосодержащей и бытовых стоков с концентрацией Сrб+ до 200 мг/л
  1. Очистка до ПДК.
  2. Незначительный расход электроэнергии.
  3. Простота эксплуатации
  1. Необходимость поддержания температуры, концентрации хрома и биомассы в определенных пределах.
  2. Невозможность регенерации хрома.
  3. Необходимость применения дефицитных реагентов

25

Рис. 1.3. Классификация электрохимических методов обработки воды
Рис. 1.3. Классификация электрохимических методов обработки воды

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

Rambler's Top100
Lib4all.Ru © 2010.