CC BY
51
УДК 66.03
М. Н. Мавлетов, Б. Н. Березин, А. З. Яруллин, Г. Р. Фаррахов, А. Б. Нуруллин
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СТАНЦИИ ОЧИСТКИ ПРОМЫВНОЙ ВОДЫ
В ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВАХ
Ключевые слова: гальванические производства, песчаный, угольный, катионитный и анионитный фильтры.
Приведены результаты применения циркуляционной станции очистки промывной воды гальванических линий. Расчет данных циркуляционной станции с подбором новейшего оборудования позволил установить, что её применение снижает объём сточных вод гальванических линий до 65-75%.
Keywords: galvanic production ,sand, coal, cationite and anion-exchanging filters.
Results of application of the circulating station of purification of washing water of galvanic lines are given. Calculation of data of the circulating station with selection of the latest inventory allowed to establish that its application allows to reduce the volume of sewage of galvanic lines to 65-75%.
Введение
Электрохимические производства является серьезным источником загрязнения окружающей среды. Анализ мирового опыта показывает, что несмотря на появление альтернативных методов нанесения покрытий в ближайшее время вряд ли найдется замена гальванотехники, поэтому предотвращение отрицательного ее воздействия на экологическую обстановку является первоочередной задачей.
Одним из наиболее эффективных методов решения экологической проблемы является внедрение современных технологических процессов,
позволяющих значительно уменьшить количество потребляемой воды.
В представленной работе исследована схема циркуляционной станции очистки промывной воды для линии фосфатирования.
Известно, что фосфатирование широко используют для защиты от коррозии, улучшения твердости, износостойкости, повышения электроизоляционных свойств. Однако фосфаты, содержащиеся в технологических растворах с промывными водами, попадая в почву и водоемы вызывают развитие бактерий и «цветение» воды, особенно в районах с теплым климатом.
Интерес к проектированию циркуляционных станций очистки в гальванических производствах связан с тем, что 90-95% воды используется на промывочные операции. Для снижения объёмов сточных вод проведены исследования оборудования для циркуляции промывной воды с очисткой до необходимой категории и вторичного использования на производстве.
Используя данную схему в промышленности можно снизить объём сточных вод гальванической линии до 65-75%.
Результаты и их обсуждение
Линия фосфатирования состоит из следующих технологических операций и промывных ванн:
1) Ванна обезжиривания.
2) Ванна горячей промывки.
3) Ванна теплой промывки.
4) Ванна травления в соляной кислоте.
5) Ванна травления в смеси кислот (соляная и серная кислота).
6) Ванна теплой промывки.
7) Ванна теплой промывки.
8) Ванна активации.
9) Ванна фосфатирования.
10) Ванна фосфатирования.
11) Ванна теплой промывки.
12) Ванна теплой промывки.
13) Ванна пассивирования.
14) Сушка.
При исследовании, на линии фосфатирования обрабатываются 1440 деталей в час. Площадь поверхности одной детали - 0,023 м2 Детали обрабатываются в кассетных каретках.
Расход промывной воды для данной линии при стандартном подходе составляет 3,1 м3/ч и распределяется следующим образом (табл. 1).
Таблица 1 - Расход промывной воды для линии фосфатирования при стандартном подходе
№ ванны Расход промывной воды, м /ч
2 0,56
3 0,56
6 0,52
7 0,52
11 0,47
12 0,47
В рассмотренном варианте организации промывки деталей весь объём сточных вод отводится на очистные сооружения 3,1 м3/ч.
Для снижения объёмов сточных вод линии фосфатирования необходимо использовать оборудование для циркуляции промывной воды с соответствующей очисткой до необходимой категории и вторично использования на производстве. Данное оборудование состоит из блока фильтров (рис. 1).
Рис. 1 - Схема циркуляционной станции очистки промывной воды для линии фосфатирования. Фильтры: 1 - песчаный; 2 - угольный; 3 -анионитный и катионитный
Песчаный фильтр - применяется для очистки сточной воды от механических примесей. Фильтр является многослойным. В фильтровальную установку засыпается два вида песка для улавливания механических примесей с разными рамерами. Корпус фильтра изготовлен из композитных полимерных материалов (тип корпуса - С-3072). Габаритные размеры фильтра - диаметр 770 мм, высота 2040 мм. В качестве наполнителя применяется кремнистый песок двух видов:
а) с размерами частиц - 1,6мм - 2 мм. Объём песка 300 л.
б) с размерами частиц 2 мм- 4 мм. Объём песка 150 л.
Угольный фильтр - используется для очистки
сточной воды от органических соединений. Наилучшими для использования в фильтрах для доочистки воды от органических примесей являются активированные угли, полученные из скорлупы кокосового ореха. Эффективность работы угольного адсорбера зависит от степени дробления угля. В целом, чем меньше размер частиц угля, тем большей удельной поверхности контакта сорбента с очищаемой водой удается достичь. Это, в свою очередь, обеспечивает увеличение скорости очистки воды при прочих равных условиях. Корпус фильтра так же изготовлен из композитных полимерных материалов (тип корпуса -С-3072). Габаритные размеры фильтра - диаметр 770 мм, высота 2040 мм. Наполнителем фильтра является активированный уголь с плотностью 0,5 кг/л. Объём наполнителя составляет 450 л.
Анионитный и катионитный фильтры - служат для очистки сточной воды от ионов тяжелых металлов, а так же кислот и щелочей. Очистку сточных вод производят с помощью синтетических ионообменных смол, представляющих собой практически нерастворимые в воде полимерные материалы, выпускаемые в виде гранул величиной 0,2-2 мм. Иониты в контакте с водой не растворяются, но поглощают некоторое количество воды и набухают. При набухании объем ионитов увеличивается в 1,5-3 раза. Степень набухания зависит от строения смолы, природы противоионов, от состава раствора. Корпус анионитного и катионитного фильтра выполнен из полимерных материалов (тип корпуса - С-2469). Габариты фильтра - диаметр 610 мм, высота 2010 мм. В качестве наполнителя катионитного фильтра применяется монодисперсный сильнокислотный катионит на основе сополимера стирола-
дивинилбензола объёмом 300 литров. Монодисперсные смолы обладают высокой химической и осмотической стабильностью. Монодисперсные иониты обладают лучшей кинетикой обмена и как следствие более высокой обменной емкостью, чем их гетеродисперсные аналоги. Увеличенная обменная емкость ионита позволяет работать с продолжительными фильтроциклами и низким значением проскока ионов и эффективно использовать реагент для регенерации. Плотность катионита составляет 1,28 г/мл. Катионит обладает стабильностью в диапозоне рН от 0 до 14. Размер гранул составляет 0,55-0,65 мм. В качестве наполнителя анионитного фильтра применяется сильноосновный гелевый
монодисперсный анионит на основе сополимера стирола-дивинилбензола. Благодаря высокой степени монодисперсности (коэф. однородности <1,1) этот анионит идеально подходит для очистки сточных вод гальванического производства. Оптимально подобранная степень сшивки матрицы ионита обеспечивает высокую эффективность регенерации и низкий расход воды на отмывку. Плотность анионита составляет 1,08 г/мл. Анионит обладает стабильностью в диапозоне рН от 0 до 14. Размер гранул составляет 0,57-0,67 мм.
Работа циркуляционной ионообменной станции контролируется системой управления на базе промышленного контроллера Siemens Simatic, который в автоматическом режиме поддерживает работу насосов, а так же управляет мембранными клапанами для регулирования потоков воды, подаваемой на очистку (сточные воды гальванической линии) и регенерацию (вода, для промывки ионообменной станции), а так же реагентов для регенерации колонн (30% HCl и 50% NaOH). Для контроля чистоты очищенной воды применяется кондуктометр. Электропроводность очищенной воды составляет от 2 до 19 мкСм/см. При достижении значения электропроводности очищенной воды в 20 мкСм/см, автоматически запускается режим регенерации
циркуляционной ионообменной станции. Для эффективной работы данных фильтров есть несколько ограничений:
1) Температура очищаемой воды должна быть ниже 50 °С.
2) Общая концентрация загрязнений в воде не должна превышать значение - 500 мг/л.
Данные фильтры не эффективны для очистки сточных вод, образующихся после ванн горячей промывки и для очистки сточных вод с большим содержанием загрязняющих веществ.
Для организации эффективной системы циркуляции промывной воды линии фосфатирования необходимо перераспределить объёмы промывной воды следующим образом (табл. 2).
При такой организации промывки деталей сточные воды, образующиеся после ванн № 3, 7 и 12 можно очищать с помощью приведенной выше циркуляционной станции очистки промывной воды.
Таблица 2 - Расход промывной воды для организации эффективной системы циркуляции
Для линии фосфатирования потребуется циркуляционная станция очистки промывной воды производительностью 2,6 м3/ч.
После того, как данная станция очистит 42 м3 сточных вод, песчаный, угольный, анионитный и катионитный фильтры загрязнятся. Для их промывки потребуются растворы NaOH и HCL, а так же 5 м3 воды.
Сточные воды, образующиеся после ванн промывки № 2, 6, 11, а так же после промывки фильтров поступают на очистные сооружения объёмом 0,82 м3/ч.
Выводы
Без использования циркуляционной станции очистки промывной воды, объём сточных вод линии фосфатирования составляет 3,1 м3/ч, с использованием
данной станции объём сточных вод снижается до
0.82.м3/ч. Эффективность циркуляционной станции очистки промывной воды линии фосфатирования составляет 73,5%.
Используя высокоэффективные циркуляционные станции очистки промывной воды в гальванических производствах можно значительно снизить нагрузку на очистные сооружения, что в свою очередь приведет к экономии производственных площадей для размещения очистных сооружений и снижения стоимости оборудования.
Литература
1. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. / Под ред .В.Н.Кудрявцева.- М.: Глобус, 1998.- 302 с.
2. Березин Н.Б., Гудин Н.В., и др. Электроосаждение металлов и сплавов из водных растворов комплексных соединений: монография. Казань: Изд-во Казан.гос.технол.ун-та, 2006. - 276 с.
3. Березин Н.Б., Березина Т.Н., Межевич Ж.В., Новоселова Ю.В., Сысоев В.А. Катодное восстановление и анодное формирование комплексов металлов // Вестник технологического университета. -2015.- Т. 18, № 6. С. 75-77.
№ ванны Расход промывной воды, м /ч
2 0,21
3 0,91
6 0,16
7 0,88
11 0,13
12 0,81
© М. Н. Мавлетов - аспирант кафедры технологии электрохимических производств КНИТУ, udarock@mail.ru. Н. Б. Березин - д-р хим. наук, проф. каф. технологии электрохимических производств КНИТУ, berezin@kstu.ru, А. З. Яруллин - аспирант кафедры технологии электрохимических производств КНИТУ, Г. Р. Фаррахов - магистрант кафедры технологии электрохимических производств КНИТУ, А. Б. Нуруллин - магистрант кафедры технологии электрохимических производств КНИТУ.
© M. N. Mavletov - graduate student of department TEP Kazan National Research Technological University, udarock@mail.ru. N. B. Berezin - Doctor of Chemistry, professor of chair of technology of electrochemical productions of KNRTU, e-mail: berezin@kstu.ru, A. Z. Yarullin-the graduate student of department of technology of electrochemical productions of KNRTU, G. R. Farrakhov is the undergraduate of department of technology of electrochemical productions of KNRTU, A. B. Nurullin is the undergraduate of department of technology of electrochemical productions of KNRTU.
