Научная статья на тему 'Очистка сточных вод промышленных предприятий природными металлами'

Очистка сточных вод промышленных предприятий природными металлами Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
1042
136
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИОНЫ / ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ / ГАЛЬВАНОКОАГУЛЯЦИЯ / СТОЧНЫЕ ВОДЫ / ГАЛЬВАНОПАРА / іОНИ / ВАЖКі МЕТАЛИ / ГАЛЬВАНОКОАГУЛЯЦіЯ / CТОКИ / IONS / HEAVY METALS / GALVANOCOAGULATION / WASTEWATER / GALVANIC COUPLING

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Долина Л.Ф., Решетняк Т.П.

Цель. В работе необходимо изучить влияние вида гальванопары (времени обработки и других факторов) на удаление масла, синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), хрома и т. п. из отработанных технологических растворов, применяемых при металлообработке. Представить обзор технологий очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, основанных на физико-химических процессах. Методика. Для восстановления шестивалентного хлора до трехвалентного было принято решение использовать существующий усреднитель кислотнощелочных стоков в качестве своеобразного гальванокоагулятора, для чего в него засыпались железная стружка и коксовая крошка. Результаты. Исследованы сточные воды электротехнической промышленности и освещены сорбционные методы их очистки с применением коагулянтов, ионного обмена. Рассмотрен новый гальванокоагуляционный способ очистки от ионов ТМ (мышьяка, хрома, цветных металлов), а также нефтепродуктов и растворенных в воде органических веществ. Приведены допустимые величины показателей качества сточных вод и воды водоемов. Дана классификация групп тяжелых металлов по степени токсичного воздействия. Рассмотрено их влияние на организм человека. Применение реактора «ЛОТОС» в технологическом процессе очистки гальваностоков позволяет: обрабатывать их в едином потоке, отказаться от специальных реагентов для очистки стоков от шестивалентного хрома и цианидов, исключить необходимость подкисления стоков, уменьшить использование щелочных реагентов вплоть до полного отказа от них, сократить количество оборудования и численность производственного персонала, основной функцией которого является очистка растворов, содержащих до 1 г/дм3 шестивалентного хрома. Реактор состоит из унифицированных модулей, смонтированных в едином каркасе. Научная новизна. На основании экспериментальной научно-исследовательской работы была установлена принципиальная возможность обезвреживания всех исследованных жидкостей методом гальванокоагуляции. Способ заключается в контакте сточных вод одновременно с медной и стальной стружкой (скрапом) без использования внешнего источника электротока. Практическая значимость. В статье рассматриваются актуальные вопросы очистки сточных вод от солей тяжелых металлов, которая необходима в санитарно-экологических целях. Предлагаются современные энергосберегающие и малоэнергоёмкие несложные методы, такие как метод гальванотехники. Современная установка широко применяется в промышленности, гальванотехнике и в метизном производстве. Описанные методы имеют ряд положительных свойств в экономическом и энергетическом отношениях. Соли тяжелых металлов являются опасными загрязнителями как сточных, так и питьевых вод. Поэтому очистка вод является очень важной проблемой в области экологии нашей страны и за рубежом. Эффект очистки достигается в пределах 95…98 %.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Долина Л.Ф., Решетняк Т.П.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

WASTEWATER TREATMENT OF INDUSTRIAL ENTERPRISES BY THE NATURAL METALS

Purpose. The paper deals with the galvanic coupling effect (time of treatment and other factors) on the removal of oil, synthetic surface active substances (SSAS), chromium, etc. from waste process solutions used in metalworking. It presents an overview of wastewater treatment technologies from heavy metal ions based on physicochemical processes. Methodology. To restore hexavalent chlorine to trivalent, authors decided to use the existing averager of acid-alkaline effluents as a kind of galvanic coagulant, for which it was filled with iron turnings and crushed coke. Findings. Authors researched wastewater of the electrotechnical industry and highlighted sorption methods for their purification with the use of coagulants, ion exchange. They considered a new galvanocoagulation method for purification from heavy metal (HM) ions (arsenic, chromium, non-ferrous metals), as well as petroleum products and organic substances dissolved in water. Permissible values of the quality indicators of wastewater and water in reservoirs are given. The classification of heavy metal groups according to the degree of toxic effect is presented. Their influence on the human body is considered. The use of the «LOTOS» reactor in the technological process of electroplatings wastes cleaning allows: to process them in a single stream, to abandon special reagents for cleaning effluents from hexavalent chromium and cyanides, to exclude the need for acidification of effluents, to reduce the use of alkaline reagents up to complete rejection of them, to reduce the equipment rate and number of production personnel (their main function is to purify solutions containing up to 1 g/dm3 of hexavalent chromium. The reactor consists of unified modules, mounted in a single frame. Originality. On the basis of experimental research work, it was established possibility in principle of treatment of all liquids under research by the galvanocoagulation method. The method consists in contacting of wastewater simultaneously with copper and steel shavings (scrap) without using an external source of electric current. Practical value. The article highlights the topical issues of wastewater treatment from salts of heavy metals, which is necessary for sanitary and ecological purposes. We propose modern energysaving and low-energy-consuming simple methods, such as the galvanic technique. The modern plant is widely used in industry, electroplating and metalware production. The described methods have a number of positive properties in the economic and energy relations. Salts of heavy metals are dangerous pollutants for both sewage and drinking water. Therefore, water treatment is a very important problem in the field of the environment of our country and abroad. The cleaning effect is achieved within 95... 98%.

Текст научной работы на тему «Очистка сточных вод промышленных предприятий природными металлами»

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 2 (74)

ЕКОЛОГ1Я НА ТРАНСПОРТ!

УДК 628.31.034.2

Л. Ф. ДОЛИНА1*, Т. П. РЕШЕТНЯК2*

'*Каф. «Гидравлика и водоснабжение», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 273 15 09, эл. почта gidravlika2013@mail.ru, ORCID 0000-0001-6082-7091

2 Каф. «Безопасность жизнедеятельности», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (099) 985 87 75, эл. почта t.p.reshetnyak@ukr.net, ORCID 0000-0002-4223-5348

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ПРИРОДНЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Цель. В работе необходимо изучить влияние вида гальванопары (времени обработки и других факторов) на удаление масла, синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), хрома и т. п. из отработанных технологических растворов, применяемых при металлообработке. Представить обзор технологий очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, основанных на физико-химических процессах. Методика. Для восстановления шестивалентного хлора до трехвалентного было принято решение использовать существующий усреднитель кислотнощелочных стоков в качестве своеобразного гальванокоагулятора, для чего в него засыпались железная стружка и коксовая крошка. Результаты. Исследованы сточные воды электротехнической промышленности и освещены сорбционные методы их очистки с применением коагулянтов, ионного обмена. Рассмотрен новый гальванокоагуляционный способ очистки от ионов ТМ (мышьяка, хрома, цветных металлов), а также нефтепродуктов и растворенных в воде органических веществ. Приведены допустимые величины показателей качества сточных вод и воды водоемов. Дана классификация групп тяжелых металлов по степени токсичного воздействия. Рассмотрено их влияние на организм человека. Применение реактора «ЛОТОС» в технологическом процессе очистки гальваностоков позволяет: обрабатывать их в едином потоке, отказаться от специальных реагентов для очистки стоков от шестивалентного хрома и цианидов, исключить необходимость подкисления стоков, уменьшить использование щелочных реагентов вплоть до полного отказа от них, сократить количество оборудования и численность производственного персонала, основной функцией которого является очистка растворов, содержащих до 1 г/дм3 шестивалентного хрома. Реактор состоит из унифицированных модулей, смонтированных в едином каркасе. Научная новизна. На основании экспериментальной научно-исследовательской работы была установлена принципиальная возможность обезвреживания всех исследованных жидкостей методом гальванокоагуляции. Способ заключается в контакте сточных вод одновременно с медной и стальной стружкой (скрапом) без использования внешнего источника электротока. Практическая значимость. В статье рассматриваются актуальные вопросы очистки сточных вод от солей тяжелых металлов, которая необходима в санитарно-экологических целях. Предлагаются современные энергосберегающие и малоэнергоёмкие несложные методы, такие как метод гальванотехники. Современная установка широко применяется в промышленности, гальванотехнике и в метизном производстве. Описанные методы имеют ряд положительных свойств в экономическом и энергетическом отношениях. Соли тяжелых металлов являются опасными загрязнителями как сточных, так и питьевых вод. Поэтому очистка вод является очень важной проблемой в области экологии нашей страны и за рубежом. Эффект очистки достигается в пределах 95.. .98 %.

Ключевые слова: ионы; тяжелые металлы; гальванокоагуляция; сточные воды; гальванопара

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 2 (74)

Введение

В статье рассматриваются актуальные вопросы очистки сточных вод от солей тяжелых металлов. Очистка необходима в санитарно-экологических целях. Предлагаются современные энергосберегающие и малоэнергоёмкие не сложные методы, такие, как метод гальванотехники. Эффект очистки достигается 95...98 %.

Опасность загрязнения среды тяжелыми металлами объясняется тем, что они вечны (ибо в отличие от органических загрязнителей) они не разрушаются, а лишь переходят из одной формы существования в другую, в частности, входят в состав солей, оксидов, металлооргани-ческих соединений, хелатов и др.

К «тяжелым» металлам (ТМ) относят более 40 химических элементов периодической системы с атомными массами свыше 50 а.е.м. иногда ТМ называют элементы, которые имеют плотность больше 7.8 тыс. кг м-3 (кроме благородных и редких). Оба определения условны, и перечни ТМ по этим формальным признакам не совпадают. И хотя термин «тяжелые металлы» неудачен - им приходится пользоваться, так как он прочно вошел в экологическую литературу. Группа элементов, обозначаемых ТМ, активно участвуют в биологических процессах, многие из них входят в состав ферментов. Набор «тяжелых металлов» во многом совпадает с перечнем «микроэлементов». Под микроэлементами подразумеваются такие химические элементы, облигатные (обязательные) для растительных и живых организмов, содержание которых измеряется величинами порядка п -10~2 - п -10"5 %.

К числу тяжелых металлов относят хром (Сг), марганец (Мп), железо ^е), кобальт (Со), никель (№), медь (Си), цинк (2п), галлий ^а), германий ^е), молибден (Мо), кадмий (Cd), олово ^п), сурьму ^Ь), теллур (Те), вольфрам ртуть (^), таллий (Т1), свинец (РЬ), висмут (В^.

Употребляемый иногда реактор, основной функцией которого является очищение растворов, содержащих до 1 г/дм3 шестивалентного хрома, состоит из унифицированных модулей, смонтированных в едином каркасе.

На основании научно-исследовательской работы была установлена принципиальная воз-

можность обезвреживания исследуемых жидкостей методом гальванокоагуляции. Этот метод заключается в контакте сточных вод одновременно с медной и железной стружкой (скрапом) без использования внешнего источника тока. Эффект очищения по методу гальванотехники достигает 95.98 % [18].

Гальваническое производство является одним из крупнейших потребителей воды, а его сточные воды - одними из самых токсичных и вредных.

Гальванотехника - процесс получения на поверхности изделия или основы (формы) слоев металлов из растворов их солей под действием постоянного электрического тока. Сущность метода заключается в погружении покрываемых изделий в водный раствор электролита, главным компонентом которого являются соли или другие растворимые соединения - металлопокрытия.

К этим предприятиям относятся заводы электромашиностроения, аппаратостроения, трансформатостроения, конденсаторостроения, химических (аккумуляторных) источников тока и электроизоляционных материалов.

Цель

Изучить влияние видов гальванопар, времени обработки и других факторов на удаление из отработанных технологических растворов, применяемых при металлообработке, масел, синтетических поверхностных активных веществ (СПАВ), хрома и др.

Методика

Авторами исследованы сточные воды электротехнической промышленности и предложены методы по их очистке.

К химическим источникам тока относятся аккумуляторы разных типов (кислотные и щелочные) и гальванические элементы разных систем.

Для изготовления кислотных аккумуляторов используется свинец, различные химикаты, серная и соляная кислоты, а для щелочных -железо, никель, другие металлы, а также щелочь. Большинство гальванических элементов изготовливается из угольных электродов, литиевых или кадмиевых и других различных компонентов.

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2018, N° 2 (74)

Загрязненные сточных вод на заводах, изго-товливающих щелочные аккумуляторы, образуются в цехах обогащения железной руды, отрицательной массы и никелировки сосудов, деталей и лент.

На аккумуляторном НПК «Иста» (г. Днепропетровск) при выпуске 13 видов аккумуляторов (1,3 млн. штук в год) образуется до 10 м3/час или 240 м3/сут загрязненных сточных вод (по технологии немецкого концерна «VARTA»).

Токсичностью называется способность различных химических элементов или их соединений оказывать вредное воздействие на микроорганизмы, растения, животных, человека [1, 2]. Понятие «токсичность» относится не к определенным элементам, например ТМ, а к любым химическим загрязняющим веществам, поступающим в биосферу в высоких концентрациях. В настоящее время общепризнанным является утверждение, что нет токсических веществ - есть токсические концентрации.

ТМ подразделяют на группы:

- очень токсичные - оказывают вредное воздействие на тесторганизмы при концентрации в растворе менее 1 мг • л-1 (Ag+, Ве2+,

$п2+, Со2+, №2+, РЬ2+, СгО^);

- умеренно токсичные - оказывают инги-бирующее воздействие при концентрациях 1-100 мг • л-1 (Аз, Se, А1, В^ Cd, Сг, Мп, 2п, ар-сенаты, перманганаты, молибдаты, селенаты);

- слаботоксичные - редко оказывают ин-гибирующее воздействие при концентрациях значительно выше 100 мг • л-1 (Ca2+, Mg2+, К+, №+, хлориды, бромиды, сульфаты и др). Воздействие тяжелых металлов на человека

Различают два вида воздействий ТМ на организм человека:

- специфическое, приводящее к возникновению определенных заболеваний в результате избирательного воздействия на органы и системы организма;

- неспецифическое, при котором действие элементов способствует росту болезней, связанных с другими факторами.

Специфическое действие проявляется при значительных дозах ТМ, неспецифическое -при низких. Специфическое действие характерно для большинства ТМ, в том числе для doi: 10.15802Мр2018/129531

ртути, кадмия, свинца, мышьяка. Поражение рыбы ртутью в Японии вызвало тяжелую болезнь минамата.

Общетоксическое действие высоких доз ТМ на человека или животных приводит к поражению или изменению деятельности таких важнейших систем организма, как центральная и периферическая нервная система, кроветворения, органы внутренней секреции. ТМ наряду с общетоксическим воздействием обладают специфическим влиянием на репродуктивную функцию, способствуют возникновению злокачественных новообразований, нарушению аппарата наследственности. Кадмий, хром, никель, свинец, ртуть влияют на половые клетки, а также специфическое канцерогенное действие оказывает мышьяк, кобальт, кадмий, хром, никель.

ТМ избирательно накапливаются в различных органах и тканях человека и животных [1 - 5, 6]. Обычно они аккумулируются в органах с интенсивными биохимическими процессами - в печени, почках, эндокринных железах.

Из ядов, регулярно попадющих в организм человека, 70 % - попадает с пищей, 20 % - из воздуха и 10 % - с водой [2, 12].

Дети - группа повышенного экологического риска. Стивен Генсон (Офис защиты здоровья детей АОС США) в своем докладе на семинаре (Киев, 1998 г.) объяснил эту ситуацию так: дети вдыхают воздух ближе к земле, поэтому опасность респираторного загрязнения организма выше; дети все тянут в рот; дети употребляют больше пищи и воды на килограмм веса; у детей более интенсивные процессы метаболизма в организме; ТМ попадают в организм ребенка еще до его рождения - от матери к ребенку.

Для воды установлены предельно допустимая концентрация (ПДК) для более чем 960 химических соединений, которые объединены в три группы по следующим лимитирующим показателям вредности (ЛПВ): санитарно-токсикологическому (с-т); общесанитарному (общ.); органолептическому (орг.), (табл. 1) [2, 3, 7, 16].

Наиболее перспективным методом очистки сточных жидкостей от хрома, цветных и тяжелых металлов является гальванокоагуляция, что имеет в литературе многочисленные подтверждения [4-8, 10, 11]. Гальванокоагуляция не требует электроэнергии от внешнего источника и не связана с расходом листового металла.

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&тзничного транспорту, 2018, N° 2 (74)

Таким образом, изучение влияния видов гальванопар, времени обработки и других факторов на удаление из отработанных технологических растворов, применяемых при металлообработке, масел, СПАВов, хрома и т.д. является актуальной задачей, которая и была решена [10, 11, 13].

Для научного исследования использовали следующие гальванопары: Fe — С, А1 — С, А1 — Си, Fe — Си . В качестве железа выбрали стружку из стали У8-А, а в качестве углерода -графитовую крупку, кокс и уголь, в качестве алюминия - стружку и гранулы, в качестве меди - стружку и порошок.

Таблица 1

Допустимые величины показателей качества сточных вод и воды водоемов

Table 1

Permissible values of the quality indicators of waste water and water in reservoirs

Наименование ТМ ДК ТМ в сточных водах, которые поступают на сооружения биологической очистки, г/м3 Ориентировочная эффективность удаления ТМ на сооружениях биологической очистки (в долях единицы) ПДК ТМ в воде водных объектов

хозяйственно питьевого водоснабжения, г/м3 ЛПВ класс опасности рыбохо-зяйственно-го назначения, г/м3 ЛПВ

Алюминий 5 0,90 0,5 с-т 2 0,04 токс

Барий 10 0,95 0,1 с-т 2 2,0 орг

Железо (общее) 2,5 0,50 0,3 орг 3 0,05 токс

Кадмий 0,01 0,60 0,001 с-т 2 0,005 токс

Кобальт 1 0,50 0,1 с-т 2 0,005 токс

Марганец 30 - 0,1 орг 3 0,01 токс

Медь 0,5 0,40 0,1 орг 3 0,005 токс

Мышьяк 0,1 0,50 0,05 с-т 2 0,05 токс

Молибден _*) 0,40 0,26 с-т 2 - -

Никель 0,5 0,50 0,1 с-т 3 0,01 токс

Олово 10 - - - - 1,25 токс

Ртуть 0,005 0,60 0,0005 с-т 1 0,0001 токс

Свинец 0,1 0,50 0,03 с-т 2 0,1 токс

Селен 10 0,50 0,01 с-т 2 0,0016 токс

Стронций 26 0,14 7,0 с-т 2 10,0 токс

Титан 0,1 - 0,1 общ 3 - -

Хром (+3) 2,5 0,50 0,5 с-т 3 - -

Хром (+6) 0,1 0,50 0,05 с-т 3 0,001 с-т

Цианиды 1,5 0,70 0,1 с-т 2 0,05 токс

Цинк 1,0 0,30 1,0 общ 3 0,01 токс

Примечание: - ) -данные в нормативных документах относительно данного тяжелого металла отсутствуют

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету з&тзничного транспорту, 2018, № 2 (74)

Обезвреживающие жидкости. Отработанные СОЖ на основе эмульсола Т, выбираемые непосредственно из станков перед их удалением и из сборной емкости, в которую сливали отработанные растворы синтетических моющих средств, применяемые для мытья полов в растворе содержали 5.20 объемных % масла, 0,1.0,5 г/л СПАВ, ионы железа, меди, титана, хрома, взвешенные частицы.

Обезжиривающий раствор содержит 10.15% моющего средства СМ-37 (53 % ЫаС03, 6,8 % SiO2, 7 % ПАВ, рН = 10,5 ■ 12).

Промывающие воды процесса хромирования содержат хром до 200 мг/л.

На основании экспериментов была установлена принципиальная возможность обезвреживания всех исследованных жидкостей методом гальванокоагуляции [17, 19-21].

В зависимости от вида СОЖ и условий процесса гальванокоагуляции содержание нефтепродуктов снижалось с 50.160 г/дм3 до 0,05.15,6 мг/л.

Установлено, что все исследованные гальванопары (А1 — С, А1 — Си, Fe — С, Fe — Си) можно использовать для очистки СОЖ от нефтепродуктов, однако качество фильтрата, осадка и другие их технологические характеристики существенно различаются.

Результаты

Лучшие результаты по обезвреживанию СОЖ в целом были получены при использовании гальванопары Ев — С . При оптимальном времени обработки 10.20 мин, осадок получался достаточно плотным, содержание нефтепродуктов в большинстве опытов составляло менее 0,5 мг/дм3.

При содержании ионов хрома в исходных до промывающих водах до 60.100 мг/л гальвано-коагуляционная обработка в течение 10.20 мин позволила снизить их содержание в одном литре до нескольких миллиграммов, а при некоторых опытах они исчезли полностью.

Способ очистки сточных вод основан на использовании в предложенном технологическом процессе реактора «ЛОТОС», основной функцией которого является очистка растворов, содержащих до 1 г/дм3 шестивалентного хрома [4-7, 9, 15]. Реактор состоит из унифицированных модулей, смонтированных в едином карка-doi: 10.15802Мр2018/129531

се. Он представляет собой емкость, заполненную определенным количеством насыпного реагента, в качестве которого используются отходы некоторых производств.

Насыпной реагент является малорасходуе-мым компонентом. Его среднесуточный расход составляет 0,001.0,1 % общего количества и зависит от объема и состава обрабатываемых гальваностоков. Реагент добавляют один раз в месяц. Обработка гальваностоков в реакторе непрерывна. Результаты очистки сточных вод приведены в табл. 2.

Таблица 2 Результаты очистки сточных вод

Table 2

Wastewater treatment results

Показатели До очистки После очистки

СЫ цианиды 13,10 0,08

железо Евобщ 151,00 0,07

Си+2 медь 1,10 0,02

т+2 никель 13,20 0,02

СГ+6 хром 404,60 0,00

Сг+3 хром 4,92 0,07

цинк 926,00 0,03

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- Cd+2 кадмий 2,88 0,01

Применение реактора «ЛОТОС» (рис. 1) в технологическом процессе очистки гальваностоков позволяет обрабатывать их в едином потоке, отказаться от специальных реагентов для очистки стоков от шестивалентного хрома и цианидов, исключить необходимость подкисления стоков, уменьшить использование щелочных реагентов, вплоть до полного отказа от них, сократить число оборудования, сократить численность производственного персонала. Установку можно легко встраивать в существующие схемы очистного оборудования с минимальными затратами. При использовании реактора «ЛОТОС» можно организовать замкнутый цикл водополь-

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету затзничного транспорту, 2018, № 2 (74)

зования и сократить объемы образующихся гальваношламов за счет снижения объемов применяемых реагентов и др.

Очищенная вода используется в оборотном водоснабжении гальванического производства.

Пополнение воды производится в объеме, равном ее технологическим потерям и объемам, уходящим со шламами. Общие потери воды не превышают 12.15 % первоначального объема сточных вод.

Кислые Хромсодержащие стоки

Накопители

стоков

Насос

Усреднители

стоков

Z

Насос _ W

Реакторы обезвреживания хроматов «Лотос»

Подача реагентов

Площадь, занимаемая одним реактором «ЛОТОС», пропускной способностью 2,0 м3 гальваностоков в час, составляет 0,2 м2 при высоте 1,5 м. Повышение производительности реактора возможно за счет увеличения его высоты. Потребление электроэнергии одним реактором при обработке 2,0 м3 гальваностоков в час составляет около 0,5 кВт.

Щелочные Циансодержащие стоки

J

Накопители стоков

Насос

Реактор обезвреживания цианидов «Лотос»

Смеситель

Подача реагентов

Отстойник

гт

Шлам Влажность 98%

Сгуститель

Насос

пг^

Шлам Влажность 95%

1

Фильтр-пресс

Фильтр доочистки сорбционный

7

Сброс или использование в обороте

Фильтрат

Обезвоженный

шлам влажностью 80%

Рис. 1. Технологическая схема очистки стоков гальванического производства с использованием реактора «Лотос»

Fig. 1. Technological scheme for the effluent treatment of the electroplating industry

using the «Lotus» reactor

Наука та прогрес транспорту. Вюник Днiпропетровського нацiонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 2 (74)

Ранее нейтрализация сточных вод осуществлялась известковым молоком с дальнейшим отстаиванием в горизонтальных отстойниках непрерывного действия. При нейтрализации стоков до рН = 8 + 8,5 содержание ионов никеля в них снижалось с 40.50 до 5.15 мг/дм3 при ПДК 0,5 мг/дм3. Что же касается шестивалентного хрома, привносимого в сточные воды в процессе хроматирования цинковых покрытий, то очистка от него специально не проводилась.

Для восстановления шестивалентного хлора до трехвалентного было принято решение использовать существующий усреднитель кислотно-щелочных стоков в качестве своеобразного гальванокоагулятора, для чего в него засыпались железная стружка и коксовая крошка. При растворении железной стружки и образовании в стоках ионов двухвалентного железа шестивалентный хром восстанавливался до трехвалентного, а дальнейшая очистка проводилась путем нейтрализации и отстаивания гидроокиси хрома в отстойниках периодического действия.

Институтом «Казмеханобр» разработан гальванокоагуляционный способ очистки от ионов ТМ (мышьяка, хрома, цветных металлов), а также нефтепродуктов и растворенных в воде органических веществ [7, 14]. Способ заключается в контакте сточных вод одновременно с медной и стальной стружкой (скрапом) без использования внешнего источника электротока. При отсутствии меди в очищенной воде вместо медной стружки можно использовать графит с размером зерен 10.20 мм. Обработка осуществляется во вращающихся реакторах барабанного типа. Коагулятор барабанный (КБ-2 и КБ-6) предназначен для непрерывной очистки сточных вод в металлургической, химической, горной промышленности и др. Эф-

фективность технологического процесса на уровне 95.99 %. Расход стоков до 60 м3/ч. Расход железного скрапа - 10 кг/м3. Загрузка разовая железного и медного скрапа - в соотношении 2,5:1=4,55 т. Расход электроэнергии -0,3.0,5 кВт-ч/м3. Рабочий объем корпуса -6,5 м3. Коагулятор КБ-2 работает в кислой, слабокислой, нейтральной или щелочной среде на открытом воздухе при температуре окружающей среды от - 40 до +45°С. Оптимальное время обработки в барабане - 20 мин. Эффект увеличивается при предварительном нагревании сточных вод до 40.60° С.

Научная новизна и практическая значимость

На основании экспериментальной научно-исследовательской работы была установлена принципиальная возможность обезвреживания всех исследованных жидкостей методом гальванокоагуляции. Способ заключается в контакте сточных вод одновременно с медной и стальной стружкой (скрапом) без использования внешнего источника электротока.

Выводы

Все исследованные гальванопары (А1 — С, А1 — Си, Ев — С, Ев — Си) могут быть использованы для очистки СОЖ от нефтепродуктов, однако качество фильтрата, осадка и другие технологические характеристики существенно различаются.

Для восстановления шестивалентного хлора до трехвалентного было принято решение использовать существующий усреднитель кис-лотнощелочных стоков в качестве своеобразного гальванокоагулятора, для чего в него засыпались железная стружка и коксовая крошка.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Айрапетян, Т. С. Моделювання кисневого режиму в бюреакторах-аеротенках при очистщ слчних вод в1д оргашчних забруднень / Т. С. Айрапетян, С. В. Телима, О. Я. Олшник // Доп. Нац. акад. наук Укра!-ни. - 2017. - № 6. - С. 21-27. (ог 10.15407/dopovidi2017.06.021.

2. Бюгаз 1з осад1в спчних вод мунщипальних канал1зацшних очисних споруд в Укрш'ш. Перспективи ви-робництва / М. С. Мальований, В. М. Жук, В. П. Левчишин, М. С. Одуха, I. I. Зозуля, А. С. Середа, В. Т. Шандрович // Х1м1чна пром-сть Укра!ни. - 2015. - № 6. - С. 34-39.

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2018, № 2 (74)

3. Биологическая очистка ливневых сточных вод промышленного предприятия иммобилизованными микроорганизмами и гидробионтамы / А. Ф. Рыльский, К. О. Домбровский, К. С. Крупей, Ю. Ю. Пет-руша // Химия и технология воды. - 2016. - Т. 38, № 4. - С. 420-430.

4. Вербаль, С. В. Способ очистки гальваностоков / С. В. Вербаль, М. М. Запарий, В. В. Козлов // Экология и промышленость России. - 2001. - № 2. - С. 7-8.

5. Використання зворотного осмосу та наноф№трацп в очищенш спчних вод ввд фосфапв / О. О. Семш-ська, Д. Д. Кучерук, М. М. Балакша, В. В. Гончарук // Доп. Нац. акад. наук Укра'ни. - 2015. - № 7. -С. 150-156.

6. Вронська, Н. Ю. Очищення спчно! води методом ультрафюлетового опромшювання / Н. Ю. Вронська, М. С. Мальований, О. Р. Попович // Хiмiчна пром-сть Укра'ни. - 2015. - № 6. - С. 29-33.

7. Грузинова, В. Л. Анализ работы очистных сооружений предприятий железнодорожного транспорта / В. Л. Грузинова, А. К. Новикова // Залiзн. трансп. Украши. - 2017. - № 1. - С. 53-60.

8. Долина, Л. Ф. Проектирование и расчет сооружений и установок для физико-химической очистки производственных сточных вод / Л. Ф. Долина. - Днепропетровск : Континент, 2004. - 127 с.

9. Долина, Л. Ф. Современная технология и сооружения для очистки сточных вод от солей тяжелых металлов : монография / Л. Ф. Долина. - Днепропетровск : Континент, 2008. - 227 с.

10. 3айцев, Е. Д. Исследование процесса гальванокоагуляции / Е. Д. Зайцев, А. В. Иванов // Экология и пром-сть России. - 2002. - № 9. - С. 10-14.

11. Зайцев, Е. Д. Совершенствование метода гальванокоагуляции вредных примесей в сточных водах промышленных предприятий / Е. Д. Зайцев // Известия вузов. Цветная металлургия. - 2000. - № 2. - С. 6975.

12. Компактная установка модульного типа для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод МОКСА /

A. Л. Зубко, Ю. И. Штонда, Т. С. Шаляпина, С. Н. Шаляпин, И. Ю. Штонда // Водопостачання та во-довщведення. - 2016. - № 4. - С. 53-57.

13. Крот, А. П. Модернизация процессов очистки сточных вод и установленного оборудования на очистных сооружениях промывочно-пропарочных станций вагонного депо / А. П. Крот, А. И. Ровенский,

B. В. Конев // Вагонный парк. - 2017. - № 3/4. - С. 39-43.

14. Феофанов, В. А. Очистка сточных вод методом гальванокоагуляции / В. А. Феофанов, Л. П. Жданович. - Алма-Ата : Казмеханобр, 1991. - 53 с.

15. Шаманский, С. И. Технологические основы организации экологически безопасного функционирования системы водоотведения / С. И. Шаманский, С. В. Бойченко, И. В. Матвеева // Энерготехнологии и ресурсосбережение. - 2017. - № 2. - С. 59-66.

16. Шатохша, Ю. Забезпечення контролю якосп спчних вод / Ю. Шатохша // Метролопя та прилади. -

2015. - № 5. - С. 67-71.

17. Abdel-Shafy, H. I. Chemical Treatment for Removal of Heavy Metals from Industrial Wastewater / H. I. Ab-del-Shafy // Egyptian Journal of Chemistry. - 2015. - Vol. 58. - Iss. 1. - P. 1-12. doi: 10.21608/ejchem.2015.293.

18. Application of carbon foam for heavy metal removal from industrial plating wastewater and toxicity evaluation of the adsorbent / C.-G. Lee, M.-K. Song, J.-C. Ryu, C. Park, J.-W. Choi, S.-H. Lee // Chemosphere. -

2016. - Vol. 153. - P. 1-9. doi: 10.1016/j.chemosphere.2016.03.034.

19. Mansourri, G. Examination of the Level of Heavy Metals in Wastewater of Bandar Abbas Wastewater Treatment Plant / G. Mansourri, M. Madani // Open Journal of Ecology. - 2016. - Vol. 06. - Iss. 02. - P. 55-61. doi: 10.4236/oje.2016.62006.

20. Nguyen, D. D. A new hybrid treatment system of bioreactors and electrocoagulation for superior removal of organic and nutrient pollutants from municipal wastewater / D. D. Nguyen, H. H. Ngo, Y. S. Yoon // Biore-source Technology. - 2014. - Vol. 153. - P. 116-125. doi: 10.1016/j.biortech.2013.11.048.

21. Zeitz, P. Public health consequences of mercury spills: hazardous substances emergency events surveillanct system / P. Zeitz, M. F. Orr, W. E. Kaye // Environmental Health Perspect. - 2002. - Vol. 110. - Iss. 2. -Р. 129-132. doi: 10.1289/ehp.02110129.

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 2 (74)

Л. Ф. ДОЛИНА1*, Т. П. РЕШЕТНЯК2*

1 Каф. «Пдравлжа та водопостачання», Дншропетровський нацюнальний ушверситет залГзничного транспорту iMeHi академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпро, Украша, 49010, тел. +38 (056) 273 15 09,

ел. пошта gidravlika2013@mail.ru, ORCID 0000-0001-6082-7091

2 Каф. «Безпека життедГяльносп», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет залiзничного транспорту iмeнi академь ка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпро, Укра1на, 49010, тел. +38 (099) 985 87 75, ел. пошта t.p.reshetnyak@ukr.net, ORCID 0000-0002-4223-5348

ОЧИЩЕННЯ СТОК1В ПРОМИСЛОВИХ ПВДПРИеМСТВ ПРИРОДНИМИ МЕТАЛАМИ

Мета. У робот! необхвдно вивчити вплив виду гальванопари (часу обробки та шших факторiв) на вида-лення масла, синтетичних поверхнево-активних речовин (СПАР), хрому i т. п. iз вiдпрацьованих технолоп-чних розчишв, що застосовуються при металообробцг Представити огляд тeхнологiй очищення спчних вод вiд iонiв важких мeталiв, основаних на фiзико-хiмiчних процесах. Методика. Для вГдновлення шестивалентного хлору до тривалентного було прийнято ршення використовувати iснуючий усереднювач кислот-но-лужних стокiв у якостi своeрiдного гальванокоагулятора, для чого в нього засипалася залiзна стружка i коксова крихта. Результата. Дослщжено стiчнi води електротехшчно! промисловостi та освiтлeнi сорбцш-m методи очищення зi застосуванням коагулянпв, iонного обмiну. Розглянуто новий гальванокоагуляцшний спосiб очищення вiд iонiв ВМ (миш'яку, хрому, кольорових мeталiв), а також нафтопродукпв i розчинених у водi органiчних речовин. Наведено допустимi величини показникiв якостi стiчних вод i води водоймищ. Дана класифiкацiя груп важких мeталiв за ступенем токсичного впливу. Розглянуто !х вплив на оргашзм людини. Застосування реактора «ЛОТОС» у технолопчному процeсi очищення гальваностошв дозволяе: обробляти !х у единому потощ, вiдмовитися вiд спещальних рeагeнтiв для очищення вiд шестивалентного хрому i цiанiдiв, виключити необхвдшсть пiдкислeння стокiв, зменшити використання лужних рeагeнтiв аж до повно! вщмови вiд них, скоротити кiлькiсть обладнання й чисeльнiсть виробничого персоналу, основною функщею якого е очищення розчишв, що мютять до 1 г/дм3 шестивалентного хрому. Реактор складаеться

3 ушфжованих модулiв, змонтованих у единому каркай. Наукова новизна. На пiдставi експериментально! науково-дослiдноi роботи була встановлена принципова можливiсть знешкодження всiх дослщжених рiдин методом гальванокоагуляцп. Спосiб полягае у контакт! стiчних вод одночасно з мГдною i залiзною стружкою (скрапом) без використання зовшшнього джерела електроструму. Практична значимiсть. У статт ро-зглядаються актуальнi питання очищення стiчних вод вiд солей важких мeталiв, яке нeобхiднe в санГтарно-eкологiчних цГлях. Пропонуються сучасш eнeргозбeрiгаючi та малоeнeргоемнi нeскладнi методи, так як метод гальванотeхнiки. Сучасна установка широко застосовуеться в промисловосп, гальванотехнищ та в кордовому виробництвг Описанi методи мають ряд позитивних властивостей в eкономiчному та енергети-чному вiдносинах. СолГ важких мeталiв е небезпечними забруднювачами як стчних, так i питних вод. Тому очищення вод е дуже важливою проблемою в областГ екологП нашо! кра!ни i за кордоном. Ефект очищення досягаеться в межах 95 ... 98 %.

Ключовi слова: Гони; важю метали; гальванокоагуляцГя; стоки; гальванопара

L. F. DOLINA1*, T. P. RESHETNIAK2*

1 Dep. «Hydraulics and Water Supply», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 273 15 09, e-mail gidravlika2013@mail.ru,

ORCID 0000-0001-6082-7091

2 Dep. «Life Safety», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (099) 985 87 75, e-mail t.p.reshetnyak@ukr.net, ORCID 0000-0002-4223-5348

WASTEWATER TREATMENT OF INDUSTRIAL ENTERPRISES BY THE NATURAL METALS

Purpose. The paper deals with the galvanic coupling effect (time of treatment and other factors) on the removal of oil, synthetic surface active substances (SSAS), chromium, etc. from waste process solutions used in metalwork-

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2018, № 2 (74)

ing. It presents an overview of wastewater treatment technologies from heavy metal ions based on physicochemical processes. Methodology. To restore hexavalent chlorine to trivalent, authors decided to use the existing averager of acid-alkaline effluents as a kind of galvanic coagulant, for which it was filled with iron turnings and crushed coke. Findings. Authors researched wastewater of the electrotechnical industry and highlighted sorption methods for their purification with the use of coagulants, ion exchange. They considered a new galvanocoagulation method for purification from heavy metal (HM) ions (arsenic, chromium, non-ferrous metals), as well as petroleum products and organic substances dissolved in water. Permissible values of the quality indicators of wastewater and water in reservoirs are given. The classification of heavy metal groups according to the degree of toxic effect is presented. Their influence on the human body is considered. The use of the «LOTOS» reactor in the technological process of electroplatings wastes cleaning allows: to process them in a single stream, to abandon special reagents for cleaning effluents from hexavalent chromium and cyanides, to exclude the need for acidification of effluents, to reduce the use of alkaline reagents up to complete rejection of them, to reduce the equipment rate and number of production personnel (their main function is to purify solutions containing up to 1 g/dm3 of hexavalent chromium. The reactor consists of unified modules, mounted in a single frame. Originality. On the basis of experimental research work, it was established possibility in principle of treatment of all liquids under research by the galvanocoagulation method. The method consists in contacting of wastewater simultaneously with copper and steel shavings (scrap) without using an external source of electric current. Practical value. The article highlights the topical issues of wastewater treatment from salts of heavy metals, which is necessary for sanitary and ecological purposes. We propose modern energy-saving and low-energy-consuming simple methods, such as the galvanic technique. The modern plant is widely used in industry, electroplating and metalware production. The described methods have a number of positive properties in the economic and energy relations. Salts of heavy metals are dangerous pollutants for both sewage and drinking water. Therefore, water treatment is a very important problem in the field of the environment of our country and abroad. The cleaning effect is achieved within 95 ... 98%.

Keywords: ions; heavy metals; galvanocoagulation; wastewater; galvanic coupling

REFERENCES

1. Airapetian, T. S., Telyma, S. V., & Oliynik, O. J. (2017). A modeling of the oxygen regime in bioreactors-aerotanks at the purification of waste waters from organic pollutants. Reports of the national academy of sciences of Ukraine, 6, 21-27. doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2017.06.021. (in Ukranian)

2. Malovanyi, M. S., Zhuk, V. M., Levchyshyn, V. P., Odukha, M. S., Zozulia, I. I., Sereda, A. S., & Shadrovych, V. T. (2015). Biohaz iz osadiv stichnykh vod munitsypalnykh kanalizatsiinykh ochysnykh sporud v Ukraini. Perspektyvy vyrobnytstva. Khimichnapromyslovist Ukrainy, 6, 34-39. (in Ukranian)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Rylskiy, A. F., Dombrovskiy, K. O., Krupey, K. S., & Petrusha Y. Y. (2016). Biologicheskaya ochistka livnevykh stochnykh vod promyshlennogo predpriyatiya immobilizovannymi mikroorganizmami i gidrobion-tamy. Journal of Water Chemistry and Technology, 38(4), 420-430. (in Russian)

4. Verbol, V. S., Zapariy, M. M., & Kozlov, V. V. (2001). Methods of Purification of Galvanic Effluents. Ecology and Industry of Russia, 2, 7-8. (in Russian)

5. Seminska, O. O., Kucheruk, D. D., Balakina, M. M., & Goncharuk, V. V. (2015). The use of reverse osmosis and nanofiltration in wastewater purification from phosphates. Reports of the national academy of sciences of Ukraine, 7, 150-156. doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2015.07.150. (in Ukranian)

6. Vronska, N. Y., Malovanyi, M., S., & Popovych, O. R. (2015). Ochyshchennia stichnoi vody metodom ultrafi-oletovoho oprominiuvannia. Khimichna promyslovist Ukrainy, 6, 29-33. (in Ukranian)

7. Gruzinova, V. L., & Novikova, A. K. (2017). Analiz raboty ochistnykh sooruzheniy predpriyatiy zheleznodorozhnogo transporta. Railway transport of Ukraine, 1, 53-60. (in Russian)

8. Dolina, L. F. (2004). Proektirovanie i raschet sooruzheniy i ustanovok dlya fiziko-khimicheskoy ochistki pro-izvodstvennykh stochnykh vod. Dnepropetrovsk: Kontinent. (in Russian)

9. Dolina, L. F. (2008). Sovremennaya tekhnologiya i sooruzheniya dlya ochistki stochnykh vod ot soley tya-zhelykh metallov: Monografiya. Dnepropetrovsk: Kontinent. (in Russian)

10. Zaytsev, E. D., & Ivanov, A. V. (2002). Investigation of the Process of Galvanocoagulation. Ecology and Industry of Russia, 9, 10-14. (in Russian)

11. Zaitsev, E. D. (2000). Improvement in the method of galvanocoagulation of detrimental impurities in industrial wastewaters. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya, 2, 69-75.

12. Zubko, A. L., Shtonda, Y. I., Shalyapina, T. S., Shalyapin, S. N., & Shtonda, I. Y. (2016). Kompaktnaya ustanovka modulnogo tipa dlya ochistki khozyaystvenno-bytovykh stochnykh vod MOKSA. Vodopostachannia ta vodovidvedennia, 4, 53-57. (in Russian)

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 2 (74)

13. Krot, A. P., Rovenskiy, A. I., & Konev, V. V. (2017). Modernizatsiya protsessov ochistki stochnykh vod i ustanovlennogo oborudovaniya na ochistnykh sooruzheniyakh promyvochno-proparochnykh stantsiy vagon-nogo depo. Car Fleet, 3/4, 39-43. (in Russian)

14. Feofanov, V. A., & Zhdanovich, L. P. (1991). Ochistka stochnykh vod metodom galvanokoagulyatsii. Alma-Ata: Kazmekhanobr. (in Russian)

15. Shamanskyi, S. I., Boichenko, S. V., & Matvyeyeva, I. V. (2017). Technological Foundations of Environmentally Friendly Organization of a Sewage System. Energy Technologies and Resource Saving, 2, 59-66. (in Russian)

16. Shatohina, Y. (2015). Assurance of Control of Wastewater Quality. Metrology and Instruments, 5, 67-71. (in Ukranian)

17. Abdel-Shafy, H. I. (2015). Chemical Treatment for Removal of Heavy Metals from Industrial Wastewater. Egyptian Journal of Chemistry, 58(1), 1-12. doi: 10.21608/ejchem.2015.293. (in English)

18. Lee, C.-G., Song, M.-K., Ryu, J.-C., Park, C., Choi, J.-W., & Lee S.-H. (2016). Application of carbon foam for heavy metal removal from industrial plating wastewater and toxicity evaluation of the adsorbent. Chemo-sphere, 153, 1-9. doi: 10.1016/j.chemosphere.2016.03.034. (in Ukrainian)

19. Mansourri, G., & Madani, M. (2016). Examination of the Level of Heavy Metals in Wastewater of Bandar Abbas WastewaterTreatment Plant. Open Journal of Ecology, 6(2), 55-61. doi: 10.4236/oje.2016.62006. (in English)

20. Nguyen, D. D., Ngo, H. H., & Yoon, Y. S. (2014). A new hybrid treatment system of bioreactors and electrocoagulation for superior removal of organic and nutrient pollutants from municipal wastewater. Biorsource Technology, 153, 116-125. doi: 10.1016/j.biortech.2013.11.048. (in English)

21. Zeitz, P., Orr, M. F., & Kaye, W. E. (2002). Public health consequences of mercury spills: hazardous substances emergency events surveillanct system. Environmental Health Perspect, 110(2), 129-132. doi: 10.1289/ehp.02110129. (in English)

Статья рекомендована к публикации д.т.н., проф. Н. Н. Беляевым (Украина)

Поступила в редколлегию: 03.01.2018

Принята в печать: 04.04.2018

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.