CC BY
96УДК 628.3
Г.Р. Гайнуллина, Г.Ю. Федоров
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИИ
В данной работе рассматривается система очистки сточных вод, содержащие ионы тяжелых металлов. Рассмотрен состав производственных сточных вод. Предложен метод электрофлотации с последующим обезвоживанием осадка на фильтр-прессе и финишной доочисткой воды на установке ультрафильтрации с половолоконными мембранами.
Ключевые слова: сточные воды, отрасли промышленности, состав сточных вод, электрофлотация, ультрафильтрация, система очитки сточных вод.
В последнее время все чаще наблюдается постоянный рост беспокойства по поводу загрязнения тяжелыми металлами нашего водоснабжения. Очистка стоков от ионов тяжелых металлов является одной из наиболее сложных и актуальных вопросов в промышленной экологии.
Основными отраслями промышленности, сточные воды которых содержат ионы металлов, являются производства, связанные с химической и электрохимической обработкой металлов, в том числе с гальванотехникой: черная и цветная металлургия, машиностроение, приборостроение, металлообработка, электронная и авиационная промышленность, некоторые отрасли химической, текстильной промышленности и др.
Особенности состава сточных вод металлургических и металлообрабатывающих производств состоят в большом разнообразии загрязняющих веществ и их концентраций. Они могут содержать многие кислоты как минеральные (серную, азотную, соляную, фосфорную, плавиковую и др.), так и органические; соли многих металлов - тяжелых (железа, меди, цинка, никеля, кадмия, свинца, олова и др.), щелочных (калия, натрия), щелочноземельных (магния, стронция), соли аммония, едкие щелочи (гидроксиды натрия и калия), соединения хрома (VI) (хромовая кислота и ее соли), соли синильной кислоты (цианиды), многие органические соединения, в частности поверхностно-активные вещества.
Получение металлов, их обработка и нанесение покрытий являются широкими областями образования сточных вод содержащих ионы тяжелых металлов. Природа сбросов прямо зависит от сочетания применяемых металлов и используемого на данном производстве промышленного процесса.
Тяжелые металлы затрудняют биологические процессы очистки стоков и отрицательно влияют на флору и фауну. Поэтому целью очистки сточных вод является удаление ионов тяжелых металлов таким образом, чтобы компоненты стоков не вредили человеку, не загрязняли водоемы.
Существует большое число специализированных процессов, используемых для удаления металлов из сточных вод. Такие отдельные операции включают: химическое осаждение; коагу-ляцию/флокуляцию; ионный обмен и жидкостную экстракцию; цементацию; комплексообразо-вание; электрохимические операции; биологические операции; адсорбцию; выпаривание; фильтрацию; мембранные процессы. Наиболее эффективной считается сочетание различных способов для удаления тяжелых металлов из растворов. [1, 2]
Для очистки сточных вод от тяжелых металлов для металлургических и металлообрабатывающих производств, а также другим отраслям промышленности, сточные воды которых содержат ионы тяжелых металлов предлагается метод электрофлотации с последующим обез-
© Гайнуллина Г.Р., Федоров Г.Ю., 2014.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2014. № 12(39). Том I
воживанием осадка на фильтр-прессе и финишной доочисткой воды на установке ультрафильтрации с половолоконными мембранами.
Для таких предприятий предлагается следующий состав системы очистки сточных вод:
- Усреднитель сточных вод;
- Реактор флокулятор;
- Электрофлотатор;
- Фильтр-пресс;
- Установка ультрафильтрации.
Для усреднения состава и нейтрализации сточных вод используют смеситель-усреднитель. В нем происходит качественное усреднение сточной воды, а именно: естественным образом сглаживаются резкие колебания рН при минимальном добавлении реагентов.
Для увеличения скорости и эффективности образования флоккул (хлопьев) с целью их последующего отделения используется флокулятор.
Электрофлотация - технология очистки сточных вод, основанная на процессе выделения электролитических газов за счет протекания электролиза воды на нерастворимых электродах и флотационном эффекте. В электрофлотаторе в результате протекания электрохимических реакций происходит флотация дисперсных веществ (гидроксидов и фосфатов тяжелых металлов) и адсорбировавшихся на них частиц органических веществ (ПАВ и нефтепродуктов). Образующиеся флотокомплексы, транспортируются выделяющимися на электродах газовыми пузырьками размером 10-70 мкм на поверхность сточной воды, где накапливаются в слое флотошлама, который периодически удаляется с поверхности воды при помощи автоматического пеносбор-ного устройства.
Фильтр-пресс - аппарат периодического действия для разделения под давлением жидких неоднородных систем (суспензий, пульп) на жидкую фазу(фильтрат) и твердую фазу(осадок, кек).
Ультрафильтрация - процесс мембранного разделения, при котором из жидкости под давлением удаляются растворенные вещества размером более 0,02 мкм. Соответственно в процессе очистки воды на установке ультрафильтрации частицы труднорастворимых соединений металлов размером 1-40 мкм и более накапливаются в концентрате, который рециркулирует через промежуточную емкость и периодически сбрасывается в голову очистных сооружений. Фильтрат содержит растворимые соли, высоко и низкомолекулярные органические вещества. В установках ультрафильтрации используются полимерные полые волокна из полиэфирсульфона и поливинилиденфторид, либо керамические мембраны. Рабочее давление составляет 2-3 бар.
Рис. 1. Технологическая схема очистки сточных вод
Исходные кислотно-щелочные сточные воды поступают в усреднитель Е1, отработанные растворы электролитов поступают в усреднитель Е2. Отработанные растворы из Е2 дозируются в Е1 дозирующим насосом НД1. Из усреднителя Е1 сточные воды насосом Н1 подаются в реактор Р1. В реактор Р1 дозирующими насосами НД2 и НД3 дозируются рабочие растворы реагентов: едкий натр для поддержания pH гидроксидообразования тяжелых металлов, и флокулянт Суперфлок А-100 для укрупнения дисперсной фазы и интенсификации процесса электрофлотации. Реактор устанавливается выше уровня электрофлотатора ЭФ для организации самотека жидкости. Из Р1 сточные воды поступают в ЭФ, где по описанному выше механизму происходит извлечение дисперсных веществ. Из ЭФ осветленная вода самотеком поступает в промежуточную емкость Е3. Осветленная вода из Е3 насосом Н2 подается на установку ультрафильтрации УФ, где происходит финишная очистка воды от остаточного содержания дисперсных веществ. Из установки УФ очищенная вода под остаточным давлением поступает в Е4, сюда же дозирующим насосом НД4 подается рабочий раствор серной кислоты для снижения pH.
Очищенная, таким способом, вода соответствует как нормам ПДК для сброса в городскую канализацию, так и требованиям к подаче на обратноосмотическую установку обессоли-вания при организации оборотного водоснабжения.
Флотошлам из электрофлотатора поступает в сборник шлама Е5. Из Е5 флотошлам подается диафрагменным насосом Н4 на фильтр-пресс ФП, для обезвоживания. Обезвоженный шлам влажностью 70% из ФП передается на утилизацию.
Технология предусматривает предварительную (Е1, Е2, Р1) обработку кислотно-щелочных, хромсодержащих и циансодержащих сточных вод в самостоятельных технологических цепочках.
Преимущества схемы очистных сооружений, построенной по данной технологии, заключаются в следующем:
- Отсутствие эксплуатационных затрат на замену стальных и/или алюминиевых анодов, по сравнению с электрокоагуляторами и, соответственно отсутствие вторичного загрязнения воды ионами железа и/или алюминия;
- Отсутствие эксплуатационных затрат на замену дорогостоящих сорбентов и приобретение реагентов для их регенерации;
- Длительный срок службы конструкционных материалов: полипропилен до 50 лет, электроды ОРТА 5-10 лет, половолоконные мембраны 3-5 лет;
- Высокое качество очистки сточных вод сложного состава и направленность на создание оборотного водоснабжения с применением установки обратного осмоса на следующем этапе модернизации системы очистки воды.[3]
Таким образом, указанная схема очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, эффективна не только с экологический точки зрения, но и с экономической, за счет снижения эксплуатационных затрат на обеспечение работоспособности оборудования, а так же длительного срока его службы.
Библиографический список
1. Смирнов Д.Н., Генкин В. Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. - М.: Металлургия, 1989 . - 224с.
2. Милованов Л.В., Краснов Б.П. Методы химической очистки сточных вод. - М.: Недра, 1967. -С. 149-171.
3. http ://www. galvanicline.ru/show.php?page=366.
ГАЙНУЛЛИНА Гульназ Рамилевна - студент кафедры «Инженерная экология и рациональное природопользование», Казанский государственный энергетический университет.
ФЕДОРОВ Георгий Юрьевич - доцент кафедры «Инженерная экология и рациональное природопользование», Казанский государственный энергетический университет.
