ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 628.3

Э.К. Федорова, Н.Г. Бильченко ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Актуальность данной статьи заключается в том, что возникает необходимость поиска новых путей и подходов к решению экологических проблем гальванического производства..

Ключевые слова: промывные воды; сточные воды; гальваника; гальваническое производство; электрофлотатор.

Гальваника - электролитическое осаждение тонкого слоя металла на поверхности какого-либо металлического предмета для защиты его от коррозии, повышения износоустойчивости, предохранения от цементации, в декоративных целях и т.д. Получаемые гальванические покрытия - осадки - должны быть плотными, а по структуре - мелкозернистыми. Чтобы достигнуть мелкозернистого строения осадков, необходимо выбрать соответствующие состав электролита, температурный режим и плотность тока.

Гальваническое покрытие металла - это прекрасный способ избегания многих проблем и увеличить срок службы оборудования, агрегатов и прочих устройств. Нанесение гальванических покрытий методом хромирования или никелирования требует специального производственного процесса и квалифицированного персонала [1].

Гальваническое производство является одним из крупнейших потребителей воды, а его сточные воды - одними из самых токсичных и вредных. В связи с этим, перед гальваническим производством встает ряд важных проблем. Снижению количества сточных вод может способствовать применение новой технологии производства. Это потребует значительных материальных затрат, что нереально на данном уровне развития экономики страны. В результате остается другой путь сохранения окружающей среды - повышение эффективности очистки сточных вод.

Основным видом отходов в гальваническом производстве являются промывные воды смешанного состава, содержащие несколько видов тяжелых металлов и других примесей. Очистка таких стоков затруднена. При этом не удается выделить металлы из шлама сложного состава, а если и удается, то возникают проблемы с дальнейшим использованием и переработкой отходов. Для решения проблемы снижения количества тяжелых металлов в сточных водах до ПДК необходимо использовать замкнутую систему водоснабжения с электрофлотационной очисткой, то есть промывные воды, подвергшиеся очистке от примесей возвращать в технологический цикл, а извлеченные примеси - на захоронение или переработку [1].

Очистка сточных вод гальванического производства и сокращение поступления гальванических отходов в окружающую среду является важной задачей промышленных предприятий, на которых в технологическом процессе производится обработка поверхности металлов и пластиков и нанесение гальванических покрытий.

Использование в гальваническом производстве и производстве печатных плат электролитов различного состава для нанесения гальванических покрытий, с целью придания изделиям требуемых технических характеристик, создает многообразие загрязнений промывных и сточных вод, поступающих на очистные сооружения. Исходя из фазового состояния вещества в сточной воде, все загрязнения можно подразделить на четыре типа:

- взвеси в виде тонкодисперсных эмульсий и суспензий;

- высокомолекулярные соединения и коллоиды;

- растворенные в воде органические вещества;

- растворенные в воде соли (кислоты, щелочи).

Для каждого типа загрязнений существуют свои методы очистки сточных вод. Так, для очистки воды от взвешенных веществ наиболее эффективными являются методы, основанные

© Федорова Э.К., Бильченко Н.Г., 2014.

ISSN 2223-4047

Вестник магистратуры. 2014. № 12(39). Том I

на использовании сил гравитации, флотации, адгезии. Для очистки воды от коллоидов и ВМС эффективен метод коагуляции. Органические вещества наиболее эффективно извлекаются из воды в процессе очистки на сорбционных фильтрах и установках нанофильтрации. Растворимые неорганические загрязнения, представляющие собой электролиты, удаляют из сточных вод гальванического производства переводом ионов тяжелых металлов в малорастворимые соединения, используя для этого реагентный метод или мембранные методы обессоливания (обратный осмос, электродиализ) [2].

По технологическим процессам и, соответственно, применяемому оборудованию, методам очистки сточных вод гальванического производства можно дать следующую классификацию:

- механические / физические (отстаивание, фильтрация, выпаривание);

- химические (реагентная обработка);

- коагуляционно-флотационные (флотация, флокуляция, коагуляция);

- электрохимические (электрофлотация, электродиализ, электролиз);

- сорбционные (сорбционные фильтры, ионообменные фильтры);

- мембранные (ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос, электродиализ);

- биологические.

Тем не менее, представленные выше методы очистки сточных вод гальванического производства, (за исключением вакуумного выпаривания, которое при прямом применение является нерентабельным как по капитальным так и по эксплуатационным затратам) самостоятельно не позволяют достичь выполнение современных требований: очистка до норм ПДК сточных вод, особенно по тяжелым металлам, таким как медь; возврат воды на оборотное водоснабжение гальванического производства; низкая стоимость очистки, утилизация ценных компонентов. Невозможность достижения требований ПДК усугубляется сложным финансовым положением промышленных предприятий РФ. Основным путем решения данной проблемы является внедрение новых технологий очистки воды и оптимизация водопотребления гальванического производства[2].

При значительных объемах промышленных сточных вод на очистных сооружениях целесообразно применять электрохимические и мембранные методы очистки воды (электрофлотация, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос), а общую систему очистки сточных вод создавать комбинируя технологии: предварительную реагентную обработку, электрофлотацию, фильтрацию, сорбцию, мембранное концентрирование, вакуумное выпаривание.

Электрофлотация - это метод очистки сточных и промывных вод, технологических растворов гальванического производства и производства печатных плат от загрязнений в виде взвешенных веществ, фосфатов и гидроксидов металлов, суспензий, смолистых веществ, эмульгированных веществ, нефтепродуктов, индустриальных масел, жиров и поверхностно-активных веществ [3].

Электрофлотатор может работать, как самостоятельно, так и в комбинации с другим оборудованием, например в качестве промежуточного звена (отстойник - фильтр) между грубой (реагентной) и тонкой очисткой (ультрафильтрация - обратный осмос).

Схема электрофлотатора: 1 - Камера флокуляции (грубой очистки), 2 - Патрубки для подачи сточной воды, 3 - Патрубки для дренажа (технологического слива), 4 - Патрубок для отвода шлама, 5 - Камера для сбора шлама, 6 - Пеносборное устройство, 7 - Уровень воды в аппарате, 8 - Перегородки, 9 - Электродвигатель, 10 - Патрубок для отвода очищенной воды, 11 - Гидрозатвор, 12 - Камера флотации (тонкой очистки), 13 - Электродные блоки, 14 - Токо-подводы. Потоки: I - Сточная вода, II - Очищенная вода, III - Флотошлам

Электрофлотатор изготовляется в форме прямоугольной емкости из полипропилена, состоящей из нескольких камер с расположенными в них электродными блоками. Корпус аппарата оборудован входными и выходными патрубками с фланцами для присоединения к трубопроводам. В верхней части аппарата на раме монтируется автоматизированное пеносборное устройство расположенное выше уровня воды и состоящее из электродвигателя и транспортера с лопатками для сбора образующейся пены (шлама). Пеносборное устройство приводится в движение электродвигателем.

Процесс электрофлотации проходит следующим образом: Сточная вода поступает через патрубки 2 в нижнюю часть камеры флокуляции (грубой очистки) 1, переливается через перегородку 8 в камеру флотации (тонкой очистки) 12 и через отверстие в нижней части поступает в сборник очищенной воды 11, обеспечивающий контроль уровня в установке. После наполнения аппарата жидкостью включают источник питания, и на электроды 13 подается ток. В результате протекания процесса электролиза воды на поверхности электродов идёт выделение газовых пузырьков, которые, поднимаясь вверх, взаимодействуют с дисперсными частицами загрязнений с образованием флотокомплексов «частица-пузырьки газа». Плотность образующихся флотокомплексов меньше плотности воды, что обеспечивает их подъём на поверхность сточной жидкости и образование пенного слоя (флотошлама), состоящего из газовых пузырьков, водных прослоек и дисперсных частиц загрязнений [3].

Очищенная вода через патрубки 10 вытекает из аппарата. Пенный слой периодически удаляется с поверхности сточной воды пеносборным устройством в направлении против ее течения в камеру 5 с конусным днищем, располагаемую в торце аппарата со стороны входа в него сточной воды. Удаление шлама происходит через патрубок 4. Выделяющиеся газы удаляются вытяжным зонтом, расположенным над электрофлотатором.

Модуль конструктивно разделен на 2 части продольной перегородкой, разделяющей потоки воды и шлама в электрофлотаторе. Такая конструкция позволяет использовать электрофлотатор для обработки, как двух различных стоков (при независимом подключении камер), так и одного общего стока (при параллельном подключении камер). Слив жидкости из электрофлотатора осуществляется через дренажные штуцера 3.

Интенсификация процесса флотации осуществляется путем дополнительного применения реагентов - коагулянтов и флокулянтов [4].

Преимущества использования электрофлотационных модулей:

- высокая эффективность извлечения дисперсных веществ (гидроксидов и фосфатов тяжелых металлов и кальция, нефтепродуктов, поверхностно-активных и взвешенных веществ);

- высокая производительность (1м2 оборудования - 4 м3/ч очищаемой воды);

- отсутствие вторичного загрязнения воды благодаря примению нерастворимых электродов ОРТА;

- низкие затраты электроэнергии от 0,5 до 1 кВтч/м3;

- отсутствие заменяемых материалов (электродов, фильтров, сорбентов и пр.);

- простота эксплуатации, автоматический режим работы не требуют ежегодного ремонта и остановок;

- шлам менее влажный (94-96%), в 3-5 раз легче обезвоживается и может быть использован при изготовлении строительных материалов и / или пигментов для красителей.

Библиографический список

1.Волоцков Ф.П. Очистка и использование сточных вод гальванических производств. М.: Химия,

1983.

2.Бучило Э. Очистка сточных вод травильных и гальванических отделений. М.: Энергия, 1977.

3.Яковлев С.В. Очистка производственных сточных вод. М.: Стройиздат, 1979.

4.Классен В.И., Мокроусов В.А. Введение в теорию флотации. М.: Металлургиздат, 1959. 580 с.

5.Глембоцкий В.А., Классен В.И. Флотация. М.: Недра, 1973. 384 с.

6.Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989. 512 с.

ФЕДОРОВА Эльмира Камиловна - студент кафедры «Инженерная экология и рациональное природопользование», Казанский государственный энергетический университет.

БИЛЬЧЕНКО Наталья Григорьевна - доцент, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Инженерная экология и рациональное природопользование», Казанский государственный энергетический университет.