CC BY
31Исследования процессов совместной физико-химической очистки сточных вод гальванического и ...
УДК 628.3156
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СОВМЕСТНОЙФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО И ПОКРАСОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Субботкин Л.Д.1, Урецкий Е.А.2, Мороз В.В.3
1ФГОУ ВО «Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского», Академия строительства и архитектуры. Адрес: г. Симферополь, ул. Киевская, 181 2Брестское отделение Белорусской Инженерной Технологической Академии (БИТА); 3Брестский государственный технический университет, г. Брест, Республика Беларусь
email: ldsword@mail.ru
Аннотация. Проведены исследования, которые позволяют установить возможность эффективной очистки сточных вод, загрязнённых лакокрасочными материалами (ЛКМ), в рамках существующих схем очистки сточных вод гальванического производства, путём барботирования их сжатым воздухом, совместной обработкой с хромсодержащими сточными водами, сорбцией ЛКМ и других органических загрязнений, оксигидратным коллектором в динамических условиях.
Ключевые слова: гальваника, лакокрасочное производство, сточные воды, ионы тяжелых металлов, оксигидратные коллекторы, кислоты, щелочи, лакокрасочные материалы (ЛКМ), технология очистки сточных вод.
ВВЕДЕНИЕ
Физико-химические методы очистки сточных вод находят широкое применение в различных отраслях промышленности и коммунальном хозяйстве городов [1]. Они эффективно применяются, когда вода загрязнена трудноудаляемыми загрязнениями или необходима глубокая очистка сточных вод. К такому виду загрязнений относятся сточные воды гальванического и покрасочного производства [2].
Исследования процессов совместной физико-химической очистки сточных вод гальванического и покрасочного производства осуществляли в три этапа:
- на первом этапе была определена эффективность удаления летучих органических загрязнений в результате барботирования сточных вод воздухом, определялась степень деструкции
легкоокисляемых ЛКМ кислородом воздуха и величина снижения ХПК за счёт удаления образующегося пенного продукта;
- на втором этапе был проведен анализ степени деструкции органических загрязнений при совместной обработке сточных вод, загрязнённых ЛКМ и соединениями хрома в кислой среде;
- на третьем этапе - установлена эффективность адсорбции органических веществ на оксигидратном коллекторе, образующемся в процессе нейтрализации всех видов сточных вод и снижение ХПК после 30 минутного отстаивания.
Графики снижения ХПК барботажом сжатым воздухом, окислением хромсодержащим потоком сорбцией оксигидратным коллектором с последующим 2-х часовым отстаиванием показаны на рис. 1, 2, 3.
ХПК, мг О2/дм3,
2500
2400
2300
_
ш
т
Рисунок 1.
График снижения ХПК барботажом сжатым воздухом (1 стадия)
10 15
20
25 30 t. мин мин
0
5
В результате барботирования в течении 20 минут значение ХПК снизилось на 20%. Усредненные результаты опытов первого этапа приведены в таблице №1
Таблица 1
- Усредненные результаты опытов первого этапа
Наименование показателей Исходные сточные воды, содержащие ЛКМ Характеристика сточных вод после обработки Эффект очистки, %
рН 6,9 6,7 -
ХПК, мг О2/дм3 1580 1264 20,0
Фенол, мг/дм3 155,0 13,6 91,2
Ацетон, мг/дм3 25,0 18,0 28,0
Рисунок 2.
График снижения ХПК окислением хромсодержащим потоком (усреднённые данные, 2 стадия)
На втором этапе, в результате окисления 25 %. Усреднённые результаты опытов второго
сточными водами содержащими хром, в течение 10 этапа приведены в таблице 2. минут, значение ХПК снижается еще на
Таблица 2.
Усреднённые результаты опытов второго этапа
Наименование показателей Смесь сточных вод, содержащих ЛКМ и хром Характеристика сточных вод после обработки Эффект очистки, %
рН 6,9 4,05 -
ХПК, мгО2/дм3 751 601 20,0
Фенол, мг/дм3 6,8 4,6 32,3
Ацетон, мг/дм3 8,2 4,0 51,2
Ксилол, мг/дм3 1,2 0,6 50,0
После нейтрализации всех видов сточных вод и образования оксигидратного коллектора сорбирующего на своей поверхности загрязнения, а также осветления в отстойнике с последующим 2-х
часовым отстаиванием значение ХПК в общем случае снижается до 97,3%.
Усреднённые результаты опытов третьего этапа приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Усреднённые результаты опытов третьего этапа
Показатели Смесь всех видов сточных Характеристика сточных вод после их обработки и отстаивания Эффект очистки, %
рН 6,9 8,5 -
ХПК, мгО2/дм3 101,1 40,0 60,4
Фенол, мг/дм3 0,76 0,58 23,7
Ацетон, мг/дм3 2,5 1,0 60,0
Ксилол, мг/дм3 0,1 0,05 50
Формальдегид, мг/дм3 43,2 4,1 90.5
Цветность, град 1750 6,5 99,6
ХПК,
1500 1000
50 0
Рисунок 3. График снижения ХПК, сорбцией оксигидратным коллектором с последующим 2-х часовым отстаиванием (усреднённые данные) (3 стадия)
50
75
100
150
200
3
0
Таблица 4.
Показатели
1 этап
2 этап
3 этап
8 ° ¡3 <8
И ю
ио
о и
ил
п
а °
с? И
X
т
к
ек
т
х1
о4
8 ° ¡з «§
И ю
ио
О и
ил
а °
с? И
X
т
к
ек
т
х1
о4
о
Я н Р о о
а а
ю
о
а н
т
к
ек
т
х1
о4
X И
о
О
рН
ХПК, мг О2/дм3 Фенол, мг/дм3 Ацетон, мг/дм3 Ксилол, мг/дм3 Формальдегид,
мг/дм3
Цветность, град.
6,9 1580 155,0 25,0 21,5
43.2
6,7 1264 13,6 18,0 2,43
27,1
19,9 91,2 28,0 88,7
37,5
6,9 751 6,8 8,2 1,2
12,8
4.05 601
4.6 4,0 0,6
5,3
20,1 32,6 52,0 50
59
6,9 101,1 0,76 2,5 0,1
0,9 218,0
8,5 40 0,58 1,0 0,05
0,4 6,5
60,4 23,7 60,0
50.0
65.1 99,6
96,2
99.6 96,1
99.7
99,1 99.6
Проведенные исследования позволяют установить возможность эффективной очистки сточных вод, загрязнённых ЛКМ, в рамках существующих схем физико-химической очистки сточных вод гальванического производства. Экономическая эффективность в данном методе достигается за счет сорбции ЛКМ и других органических загрязнений, оксигидратным коллектором, образующимся в процессе
нейтрализации, а также использования ОТР гальванического и окрасочного производств вместо приобретаемых реагентов для очистки этого вида сточных вод. Существенным преимуществом данного метода является возможность совершенствования стандартных систем
автоматического регулирования технологическими процессами.
Однако, несмотря на проведённые исследования, отсутствовала информация о кинетике процесса хлопьеобразования в динамических условиях
Для полученная такой информация были проведены исследования по вопросам хлопьеобразования и сорбции ЛКМ на оксигидратных коллекторах, образующихся при нейтрализации реальных сточных вод ОАО «БЭМЗ» при различных оборотах пропеллерной мешалки и различных значениях рН среды [1, 2].
Исследования по изучению кинетики процесса хлопьеобразования и сорбции ЛКМ на оксигидратных коллекторах (рисунки 4 и 5) показали, что минимальная оптическая плотность сточных вод в довольно широких пределах не зависит - от числа оборотов мешалки лабораторного реактора (п=160-300 мин-1) и рН в пределах (7,8-9,3), а только от времени их перемешивания в интервале 7-10 минут при времени отстаивания 30 мин в статических условиях.
Установлено, что увеличение времени обработки сточных вод свыше 10 минут приводит к деструкции
образующихся хлопьев (увеличению оптической плотности) и ухудшению осветления сточных вод.
Различность кривых (рисунок 4 и 5) при разных значениях рН объясняется тем, что содержание ТМ в сточных водах содержащих ЛКМ имеют широкий диапазон.
При этом каждый ион ТМ переходит в гидроксид в однокомпонентном растворе при различных значениях рН. Так осаждение меди производят при рН=5,5-6,0, цинка и кадмия при рН=8-9, никеля при рН=11-12, олова и висмута при рН =7-8 и т.д. Но это не касается многокомпонентных смесей.
Осаждение перечисленных гидроксидов в многокомпонентных смесях до уровня ПДК при рН=8-8,5 объясняется эффектом соосаждения, что подтверждается проведенными исследованиями и практическим применением технологии
После этого на базовом предприятии (ОАО Брестский электромеханический завод) были проведены исследования по осветление
коагулированной взвеси в 2-х вертикальных отстойниках диаметром 9 м, дооборудованных камерами хлопьеобразования и полочными модулям
Рисунок 4. Графическая зависимость* величины оптической плотности от времени перемешивания сточных вод в лабораторном реакторе n = const = 160 об/мин мешалки; время отстаивания t = const = 30 мин
й 0,22
0,20
0,18
0,16
0
-1- 1
1 ■
1
2 N
3\Х
4
5
10 15
20 25
30, 1, мин
1 - п =190 об/мин., рН= 7,9; 2 - п =250 об/мин., рН= 8,2;
3 - п =170 об/мин., рН=8,7; 4 - п =300 об/мин., рН =9,1
Рисунок 5. Графическая зависимость величины оптической плотности от числа оборотов в минуту мешалки
В усовершенствованных отстойниках ХПК в осветленных сточных водах снижалось до 25-30 мг О2/дм3. Средний, доверительный интервал
концентраций загрязнений после реактора-нейтрализатора и двухчасового отстаивания приведен в таблице 5.
Таблица 5
Интервал содержания загрязнений после реакто ра-нейтрализатора
Наименование ингредиента Доверительный интервал концентраций после реактора-нейтрализатора Наблюдаемый максимум до и после вертикального отстойника при 1=2 часа
до после
Хром (VI), мг/дм3 - - -
Хром общ., мг/дм3 10-20 не опр. 1,7
Продолжение таблицы 5
Цинк, мг/дм3 15-28 32,1 0,2
Никель, мг/дм3 2,2-4,9 5,20 0,1
Железо, мг/дм3 70-195 250 1,5
Медь, мг/дм3 11-22 28,0 0,5
Кислота, мг-экв/дм3 7,9-9,1 10,8 -
Щёлочь, мг-экв/дм3 3-4,2 5,25 -
рН 8,5-9 8,5-9 8,6
ХПК, мгО2/дм3 1500-2000 2500 21,6
Суммарное содержание основных ингредиентов ^вобщ, Сгобщ, Сп,1п, Ж), образующих оксигидратный коллектор (Е и.о.к.), мг/дм3 108,2-269,9
Последующее снижение ХПК до 15-20 мг О2/дм3 возможно, при дополнительном поочередном фильтровании осветленных сточных вод через механические фильтры с загрузкой из вспененного полистирола и сорбционных фильтрах.
На основании этих исследований, были сформулированы требования к проектированию оборудования:
1. Ускорение процесса сорбционного извлечения достигается путем перемешивания (п=190-300 об/мин) в реакторе-смесителе в зоне смешения.
2. Агрегаты гидрозоля (10-4 см) имеют очень медленную кинетику сорбции, поэтому время пребывания сточных вод в зоне активного перемешивания должно быть ограничено в связи с вероятностью их разрушения.
3. Минимальная оптическая плотность сточных вод в довольно широких пределах не зависит - от числа оборотов мешалки (п=160-300 мин-1) и рН в пределах (7,8-9,3), а только от времени их перемешивания в интервале 7-10 минут при времени отстаивания 30 мин в статических условиях.
4. Во избежание разрушения хлопьев взвеси в стандартном химическом аппарате, оборудованном механической мешалкой и использованном в качестве реактора-нейтрализатора, максимальный интервал времени обработки сточных вод не должен превышать 10 минут.
ВЫВОД
Проведенные исследования подтвердили возможность создания ресурсосберегающей технология совместной очистки сточных вод лакокрасочных и гальванических производств приборо- и машиностроения от ЛКМ на
действующих сооружениях физико-химической очистки гальванического производства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Субботкин Л.Д. Рекомендации по интенсификации работы действующих сооружений механической очистки с использованием реагентов в схемах биологической и прямой физико-химической очистки. ОНТИ АКХ., М.,1978.
2. Урецкий, Е. А. Ресурсосберегающие технологии в водном хозяйстве промышленных предприятий: Монография / Е. А. Урецкий; под ред. С. Е. Березина. - Брест : БрГТУ, 2008. - 320 с.
REFERENCES
1. Subbotkin L.D. Recommendations for the intensification of the operation of existing mechanical cleaning facilities using reagents in biological and direct physical and chemical purification schemes. ONTI AKH., M., 1978.
2. Uretskii, EA Resource-saving technologies in the water economy of industrial enterprises: Monograph / EA Uretsky; Ed. S.E. Berezina. - Brest: BrGTU, 2008. -320 s.
RESEARCH OF PROCESSES OF JOINT PHYSICO-CHEMICAL CLEANING OF SEWAGE WATERS OF GALVANIC AND PETROCHEMICAL PRODUCTION
Subbotkin L.D., Uretskiy E.A., Moroz V.V.
Summary. Studies have been carried out to determine the possibility of effective treatment of sewage contaminated with paintwork materials in the framework of existing wastewater treatment schemes for galvanic production, by bubbling compressed air with wastewater containing chromium, sorption of paint and other organic impurities, and oxyhydrate collectors under dynamic conditions.
Key words: electroplating, paint and varnish production, waste water, heavy metal ions, oxyhydrate collectors, acids, alkalis, paint and varnish materials (LKM), wastewater treatment technology.
