CC BY
27у
Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe (East European Scientific Journal) #14, 2016 ШШ
Золотарева А.А
студентка Механико-технологического факультета, кафедры безопасности жизнедеятельности, Южно-Уральский государственный университет.
Zolotareva A.A.
Student of the Mechanic - technological faculty, faculty a safety of activity, The South-Ural state university.
OPTIMUM METHODS OF SEWAGE TREATMENT OF INDUSTRIAL
PRODUCTION.
ОПТИМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОМЫШЛЕННОГО
ПРОИЗВОДСТВА.
Summary: The analysis of a problem of environmental pollution is carried out by sewage. The basic polluting elements of sewage are revealed. Optimum methods of sewage treatment of industrial nature are also researched. By results of a research pluses and minuses of the provided cleaning methods are removed. Leading to a result of a research of the most optimum method of sewage treatment of industrial production.
Key words: neutralization of sewage, cleaning, electroflotation, neutralization, heavy metals, tsianits.
Аннотация: Проведен анализ проблемы загрязнения окружающей среды сточными водами. Выявлены основные загрязняющие элементы сточных вод. Так же исследованы оптимальные методы очистки сточных вод промышленного характера. По результатам исследования выведены плюсы и минусы представленных методов очистки. Подведение к итогу исследования наиболее оптимального метода очистки сточных вод промышленного производства.
Ключевые слова: Обезвреживание сточных вод, очистка, электрофлотация, нейтрализация тяжелые металлы ци аниты,
Постановка проблемы: Стремительный рост промышленных производств влечет за собой ряд экологических проблем, среди которых выброс сточных вод в окружающую среду -является наиболее актуальной. В данной статье буду представлены современные методы очистки сточных вод и выявлены наиболее оптимальные из всех .
Цель статьи: Определить проблемы и последствия выбросов сточных вод в окружающую среду. Исследовать современные методы очистки сточных вод промышленного характера. Сделать вывод о последующем исследование и предложить наиболее оптимальный метод очистки.
Проблема обезвреживания производственно -промышленных сточных вод является одной из наиболее актуальных, в значительной степени определяющих экологическую обстановку в водных бассейнах России.
Соединения металлов, выносимые сточными водами производства, весьма вредно влияют на экосистему водоем - почва - растение - животный мир - человек.
Концентрация тяжелых металлов во многих водных бассейнах нашей страны достигла таких значений, когда они начинают отрицательно влиять на флору и фауну водоемов.
Общетоксичный, эмбриотропный и мутагенный эффект тяжелых металлов хорошо изучен. Эти металлы, попадая вместе с водой к продуктам питания в живые организмы, способны в них ку-
мулироваться, вызывая у людей патогенез болезней сердца, мозга, печени, раковые опухоли.
Основная цель предлагаемых методов - снижение содержания тяжелых металлов до значений ПДК, позволяющих осуществлять слив очищенной воды в канализацию или возврат очищенной воды в производство.
Суть очистки сточных вод промышленного производства от тяжелых металлов заключается в переводе растворенных ионов металлов в нерас-творенные химические соединения с последующим отделением и обезвоживанием твердой фазы.
В Европе метод химического осаждения применяется для заключительной очистки образующихся сточных вод, это относительно небольшой объем от общего числа очищаемой воды, т.к. основная часть воды очищается непосредственно на производстве.
В России же, как правило, все имеющиеся виды растворов поступают в усреднитель, нейтрализуются и сбрасываются в канализацию.
В целом процесс очистки сточных вод промышленного производства состоит из следующих ступеней:
- нейтрализация - выравнивание определенного значения уровня рН с помощью NaOH, Ca(OH)2 и т.д. для химического осаждения металлов;
- флокуляция - добавление органических флокулянтов для образования макрофлокул;
- осаждение - для отделения твердой фазы с последующим обезвоживанием шлама;
ШзсЬос1п1оеигоре]5к1е С1авор1вто Ыаикоте (East Еигореап Бс1е^1/1с ]оигпа!) #14, 2016
- заключительная доочистка - фильтрация, сорбция или ионный обмен.
Выбор оптимального метода очистки сточной воды - достаточно сложная задача, что обусловлено многообразием находящихся в воде загрязняющих веществ и высокими требованиями, предъявленными к очищенной сточной воде. При выборе метода очистки учитывают не только их состав, но и требования к очищенной воде. Применяемые методы очистки должны обеспечивать максимальное использование очищенных сточных вод в основных технологических процессах и минимальный их сброс в окружающую среду.
В настоящее время на очистных сооружениях промышленных предприятий активно внедряются электрофлотационные модули.
Электрофлотация - метод очистки сточных и промывных вод, технологических растворов производства от загрязнений в виде взвешенных веществ, фосфатов и гидроксидов металлов, суспензий, смолистых веществ, эмульгированных веществ, нефтепродуктов, индустриальных масел, жиров и поверхностно-активных веществ.
Для интенсификации процесса электрофлотации и повышения эффективности очистки, обычно, существует предшествующая стадия нейтрализации кислых или щелочных компонентов, перевод ионов металлов в труднорастворимые соединения, т.е. образование твердой фазы, фло-куляция и коагуляция.
Электрофлотатор - технологический комплекс для очистки сточных вод от тяжелых металлов, нефтепродуктов и поверхностно-активных веществ методом электрофлотации с дальнейшим сбросом очищенной воды в дренаж, либо подачей на блок фильтров (сорбционные и ионообменные фильтры) при создании замкнутого цикла оборотного водоснабжения на предприятии. В технопарке Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева производит электрофлотаторы МУОВ (модульная установка очистки воды) с нерастворимыми электродами, на основе которых формируются локальные очистные сооружения для очистки сточных вод от тяжелых металлов, жиров, масел, дисперсных органических веществ. Работа электрофлотатора основана на процессах образования дисперсной фазы нерастворимых гидроксидов тяжелых металлов и их электрофлотации. Принцип действия электрофлотатора базируется на электрохимических процессах выделения электролитических газов - водорода и кислорода в процессе электролиза воды и флотационного эффекта всплытия загрязнений на поверхность сточной воды. Электрофлотационный модуль состоит из электрофлотатора с блоком нерастворимых электродов, пеносборного устройства, источника питания постоянного тока, дополнительных накопительных емкостей для химических реагентов, сточной воды и очищенной воды, насосов Calpeda или Grundfos, дозирующих насосов ЕМшп.
Электрофлотатор может работать, как в непрерывном, так и в периодическом режиме, обес-
печивая извлечение гидроксидов тяжелых металлов Си2+, №2+, Zn2+, Cd2+, Сг3+, Al3+, Pb2+, Fe2+, Fe3+, Ca2+, Mg2+ и пр. при любом соотношении данных ионов. Также электрофлотационный модуль позволяет очищать сточные воды от синтетически поверхностно-активных веществ (СПАВ), высокомолекулярных соединений (ВМС), масел и взвешенных веществ. Применение данного электрофлотатора возможно для очистки, как локальных сточных вод производственных предприятий (например, гальванических производств), так и сточных вод смешанного состава (общий сток машиностроительного предприятия) .
Использования электрохимических методов очистки стоков промышленных производств обладают рядом преимуществ: простая технологическая схема, удобство автоматизации процессов, сокращение производственных площадей под размещение очистных сооружений, возможность очистки сточных вод без предварительного разбавления.
Химические методы очистки сточных вод промышленных отделений основаны на применении химических реакций, в результате которых загрязнения, содержащиеся в сточных водах, превращаются в соединения, безопасные для потребителя, или легко выделяются в виде осадков.
Среди известных методов химической нейтрализации сточных вод, содержащих цианистые соединения, техническое применение нашли лишь немногие.
Самый старый метод основан на выделении ионов С№ в виде труднорастворимой комплексной соли, образующейся в основной среде в присутствии ионов Fe . Качественное удаление ионов из сточных вод с помощью этого метода возможно лишь в случае очень точной выдержки всех установленных условий реакции и в особенности рН, реакционной среды.
Применяемый метод удаления цианистых соединений из сточных вод базируется на их окислении хлором (либо гипохлоритом) в основной среде. Наиболее часто здесь применяют гипохлорит натрия, хлорную известь и газообразный хлор. Соединения эти в основной среде гидролизуются с получением ионов СЮ, которые с цианидами реагируют в соответствии с реакцией:
а) CN" + HOa = CNa + OH";
б) CNa + 2OH" = CNO" + а" + ад
Реакция окисления цианидов до цианатов протекает в 2 стадии, сначала образуется хлорци-ан, который затем гидролизуется до хлорцианатов.
Т.к. хлорциан является сильно отравляющим газом, то в реакционной среде необходимо иметь такие условия, чтобы скорость реакции (б) была бы больше скорости реакции (а). Такие условия наблюдаются в том случае, когда концентрация цианидов в сточных водах меньше 1 г/л, 1 сточных вод <50 градусов и рН>8,5.
Установлено, что расход гипохлорида при окислении цианидов до цианатов также зависит от рН реакционной среды. При рН равном 8.5, его
ШзсЬос1п1оеигоре]5к1е С1авор1вто Ыаикоте (East Еигореап Бс1е^1/1с ]оигпа!) #14, 2016
расходуется на 35-80% больше, чем это следует из расчетов, а при рН=11 - на 10% больше. Это связано с расходом гипохлорита на дальнейшее окисление части цианидов до двуокиси углерода и азота:
2CNO- + oa- + и2о = 2Oн- + а- + 2то2 + N.
На кинетику этой реакции заметное влияние оказывает концентрация окислителя (гипохлорит) и рН реакционной среды. При рН>10 скорость ее так мала, что после 24 ч только незначительная часть цианатов подвергается дальнейшему окислению. В этих условиях значительное ускорение реакции достигается только при многократном повышении содержании гипохлорита, что на практике невозможно, т.к. высокая концентрация активного хлора в сточных водах недопустима и требует мер по его удалению.
При снижении рН до 7,5-8,5 при небольшом избытке гипохлорита (10%) реакция окисления цианидов заканчивается в течение 10-15 минут.
Теоретический расход окислителя, выраженный массой активного хлора, идущего на окисление 1 г ионов С№, образуемых при диссоциации простых цианидов до цианатов, достигает 2,84 г, а при окислении до СО2 и N2- 6,2 г. Т.к. в цианистых сточных водах содержатся также комплексные цианиды различных металлов, то для окисления 1 г СN применяют следующее количество хлора: до цианатов- 3,3 г С1; до СО и 8,5 г С1.
Несмотря на то, что цианаты в 1000 раз менее токсичны по сравнению с цианидами, все же они требуют дальнейшей нейтрализации, которая может протекать вышеприведенным способом до СО2 и N3, либо путем их гидролиза до солей аммония по реакции:
сда- + 2и2о +2и+ = :ын4+ + и2га3.
При рН<3 реакция гидролиза протекает за 2 минуты.
На практике нейтрализацию цианистых сточных вод проводят периодическим или непрерывным методом. Однако существует тенденция к установке автоматических проточных устройств. Независимо от способа накопления сточных вод в устройствах повсеместно применяемый способ их очистки основан на окислении цианидов до циана-тов при рН=10-11 и дальнейшем их окислении до СО и N при рН = 7,5-8,5, либо гидролизе до солей аммония при рН<3.
Процесс очистки цианистых сточных вод не заканчивается их нейтрализацией содержащихся в них цианистых соединений, т.к. в них еще остаются для удаления соединения тяжелых металлов (цинка, меди, кадмия и др.). Когда сточные воды окисляют методом полного окисления цианидов, то в следующей стадии процесса (окисление циа-натов до СО и N2) создаются благоприятные условия для полного выделения гидроокиси металлов в виде взвеси. При проведении же процесса гидролиза цианатов до солей аммония в кислой
среде необходима добавочная нейтрализация кислот, содержащихся в сточных водах для создания условий, благоприятствующих образованию и выделению взвеси гидроокиси металлов.
Наиболее часто применяют обработку цианистых сточных вод методом гидролиза, чем их окисление до СО и N. Такой метод более простой и дешевле в эксплуатации.
Конец реакции окисления цианидов до циана-тов можно установить определением содержания цианидов аналитическим способом. Практически было установлено, что выдержка в течение 15 мин избытка активного хлора (5-15 мг/л) в сточных водах при рН равном 10,5-11 определяет окончание реакции окисления цианидов [10].
Вышеописанный метод (реагентный) в настоящее время получил наибольшее распространение в отечественной практике обезвреживания сточных вод. Основное его достоинство - крайне низкая чувствительность к исходному содержанию загрязнений, а основной недостаток - высокое остаточное солесодержание очищенной воды. Последнее вызывает необходимость в доочистке.
Среди методов очистки сточных вод, имеющих промышленное значение, кроме уже упомянутых химических методов, внимания заслуживают ионные и электрохимические методы. Каждый из этих методов имеет свои недостатки и преимущества, тем не менее, они являются несомненно более современными по сравнению с классическим химическим методом. Основное преимущество - нейтрализация концентрированных сточных вод, получение ценных электролитов и чистой воды, пригодной для повторного использования. С помощью таких методов возможно создание замкнутой системы циркуляции технологической воды и почти полное устранение необходимого слива сточных вод в канализационную систему.
Список литературы:
1. Гогина, Е.С. Ресурсосберегающие технологии промышленного водоснабжения и водоотведе-ния: Справочное пособие / Е. С.Гогина, А. Д.Гуринович, Е. А. Урецкий. -М.: 2012. - 312 с.
2. Павлов, Д.В.Очистка сточных вод различных производств с применением наилучших доступных технологий / Д.В. Павлов, В. А. Колесников // Чистая вода: проблемы и решения. -2010. -№ 3.- С.74-78.
3. Капстройпроект-http://kspr.ru/design-оЬцейБЛМизМаУтйаЫогк^/екСто-
4. Бейгельдруд, Г.М. Комплексная электрохимическая очистка сточных вод. Автомобильная промышленность / Г.М.Бейгельдруд. - Тула: Тульский край, 1999. - 203 с.
5. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий /В.А. Колесников, В.И. Ильин, Ю.И. Капустин и др.; под ред. В.А. Колесникова. - М.: Химия, 2007. -304 с.
