CC BY
6
D m i-
U
w
CO
О X
D
U
CD
О со CD VO
УДК 621.357:628.34.034.2MetaПsoгb DOI: 10.24412/1816-1863-2023-3-56-59
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАТЕЛЯ МЕТАИВОЯБ В КАЧЕСТВЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
о ^
и
а
о В. А. Щепетова, канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВО «Пензенский государственный о университет архитектуры и строительства», [email protected], г. Пенза, Россия,
А. А. Курышов, магистр ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», [email protected], г. Пенза, Россия, А. Л. Финашкин, бакалавр, ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», [email protected], г. Пенза, Россия
Статья посвящена проблеме дополнительной очистки от тяжелых металлов сточных вод гальва-¡^ нического производства. Была поставлена цель — рассмотреть возможность использования сов-
и ременного комплексообразователя тяжелых металлов и дать экономическую оценку его внедре-
£ ния. Было проанализировано состояние очистных сооружений гальванического производства
и предприятий города Пензы. Рассмотрены общие моменты технологического процесса гальвани-
х ческого производства, и сделаны выводы, о том, что наибольший вклад в загрязнение сточных и
вод вносят ванны подготовки и рабочие ванны. Кроме того, еще одним из источников тяжелых Е металлов являются отработанные концентрированные растворы. На основании справочных ма-
териалов был сделан вывод о том, что наибольшей осадительной способностью обладают сульфиды, но в связи с тем, что они в результате химических процессов образуют токсичные соединения, предложено использование современного комплексообразователя Metallsorb FZ. Рассмот-6 рены его преимущества и недостатки, рассчитана себестоимость сопутствующего оборудования ij и реагента. Использование Metallsorb FZ в качестве дополнительной очистки сточных вод галь® ванического производства от тяжелых металлов позволит снизить расходы на закупку флокулян-х та или коагулянта, минимизировать стоимость утилизации полученного осадка, а главное до-О стичь нормативных показателей очищаемой воде.
О The article is devoted to the problem of additional treatment of wastewater from galvanic production from fl^ heavy metals. The goal was set to consider the possibility of using a modern heavy metal complexing agent and provide an economic assessment of its implementation. The condition of the treatment facilities of galvanic production enterprises in the city of Penza was analyzed. The general aspects of the technological process of galvanic production are considered, and conclusions are drawn that the greatest contribution to wastewater pollution is made by preparation baths and working baths. In addition, another source of heavy metals is waste concentrated solutions. Based on reference materials, it was concluded that sulfides have the greatest precipitation ability, but due to the fact that they form toxic compounds as a result of chemical processes, the use of the modern complexing agent Metallsorb FZ was proposed. Its advantages and disadvantages are considered, the cost of associated equipment and reagent is calculated. The use of Metallsorb FZ as an additional purification of wastewater from galvanic production from heavy metals will reduce the cost of purchasing a flocculant or coagulant, minimize the cost of disposal of the resulting sludge, and most importantly, achieve standard indicators for the treated water.
Ключевые слова: тяжелые металлы, гальваническое производство, технологический процесс, очистные сооружения, сточные воды, реагентный метод, дополнительная очистка, комплексо-образование, осадитель, экономическая оценка.
Keywords: heavy metals, galvanic production, technological process, treatment facilities, wastewater, reagent method, additional purification, complexation, precipitant, economic assessment.
56
Введение
Проблема удаления тяжелых металлов в сточных водах актуальна во многих отраслях промышленности. Особенно она значима для предприятий, в состав которых входит гальваническое производство. В настоящее время контроль за соблюдением качества сточных вод ужесточился, и, как следствие, это привело к увеличению штрафных санкций в отношении ор-
ганизаций. Поэтому выбор наиболее эффективного механизма очистки сточных вод гальванического производства на сегодняшний день является приоритетной задачей для организаций.
Выбор метода исследования определялись задачами, целями и сущностью поставленных практических проблем. Для этого использовались методы теоретического и практического уровня: анализ и изучение литературных источников и ин-
тернет-ресурсов по данной проблеме, нормативных документов, а также исследование производственных объектов города Пензы.
Результаты и обсуждение
Крупные и средние предприятия Пензы, в состав которых входят гальванические производства, оснащены очистными сооружениями, которые были построены и введены в эксплуатацию еще в конце прошлого века, из чего следует, что они устарели. В большинстве случаев финансирование модернизации очистных сооружений ведется либо медленно, либо вообще отсутствует.
Проведя анализ литературных данных, мы пришли к выводу, что в основу гальванического производства входят следующие основные процессы: хромирования, латунирования, никелирование, цинкование [1]. Причем использование того или иного процесса будет зависеть от производимой продукции.
Если рассматривать общие моменты технологического процесса гальванического производства, то можно сделать вывод, что наибольший вклад в загрязнение сточных вод вносят ванны подготовки и рабочие ванны. Отработанные концентрированные растворы содержат большое количество ионов тяжелых металлов.
Сточные воды гальванического производства подразделяются на хромсодер-жащие и кислотно-щелочные. Цианистая группа стоков практически не встречается на пензенских предприятиях [3].
В настоящее время дополнительная очистка сточных вод гальванического производства в основном основана на использовании реагентного метода с применением осадителя. То есть осадитель, взаимодействуя с ионами тяжелых металлов, переводит тяжелые металлы в малорастворимые соединения. Затем добавляется коагулянт для увеличения размера хлопьев и вывод образовавшегося осадка из системы очистки.
При выборе реагента необходимо учитывать значения произведений растворимости образующихся нерастворимых соединений.
В результате взаимодействия сточных вод с осадителем часть ионов тяжелых металлов выводятся с осадком, а часть остается в растворенном состоянии, которое
можно оценить с помощью так называемой остаточной растворимости. Значение данного показателя приведено в таблице 1. С применением осадителей, дающих соединения с наименьшим произведением растворимости, степень очистки повышается.
Активное использование гидроксидов и карбанатов в качестве осадителей при очистке сточных вод от тяжелых металлов объясняется их низкой стоимостью, кроме того, их можно контролировать простым регулированием рН уровня щелочью. Как и любой метод очистки, применение гидроксидов и карбанатов имеет несколько нюансов:
— образующийся осадок может находиться в виде очень мелких хлопьев, поэтому требует дополнительного коагулирования;
— получаемые большие объемы осадка будут увеличивать стоимость утилизации осадка;
— используя осаждение только гидро-ксидами и карбонатами, не всегда можно добиться нормативных требований качества воды;
— каждый растворенный металл имеет свою оптимальную область рН для максимального осаждения гидроксидом.
Из таблицы 1 мы м ожем сделать вывод, что осаждение сульфидами является наиболее эффективным методом осаждения. Растворимость в некоторых случаях настолько мала, что дестабилизирует растворимые комплексы. Самые маленькие соединения, содержащие сульфиды, — это соли сульфиды натрия (ИаНБ, Ла^б). Но их не рекомендуется использовать из-за выделения газообразного токсичного сероводорода при увеличении кислотности среды, случайных проливах или передозировках. Лучшей альтернативой будет обработка сульфидом в форме дитиокарба-
Таблица 1
Остаточное содержание металла в воде, обработанной различными осадителями [2]
Металл Карбонат Гидроксид Сульфид
¥е 5 16 4-10-15
Си 10-2 6-10-13 10-36
N 2 4 • 10-3 6-10-7
Сг 6-10-6 3-10-7 8-10-13
2п 10-3 5-10-4 5-10-7
О) ^
о
О -1
х
а>
Г)
а
¡а
б
а>
ы
О ^
а
г> л
О г>
г>
-I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
а
о ~о о ш
г> ^
о
X
о
ы
Г) -I
оз
а
57
о
m
I-
U
IK
m О X
О ^
и a О CP
О
о
m
U
CD
IX
О CP
I-
и
и о
X
и о
с
о
со CD
vo
О ^
U CD т S
О
Ст)
58
матов. Дитиокарбаматы — это комплексо-образующая группа, содержащая сульфид, которая связана с органической молекулой субстрата.
Проанализировав литературные источники, а также интернет-ресурсы, мы выяснили, что в настоящее время активно продвигаются на рынок реагенты группы под названием Metallsorb FZ. Рассмотрим возможное их использование в качестве дополнительной очистки сточных вод от тяжелых металлов.
Metallsorb FZ — один из типов комп-лексообразователя тяжелых металлов. Представляет собой водный раствор, не требующий предварительного разбавления и дорогостоящего оборудования для приготовления. В связи с тем, что группы дитиокарбамата связаны с органической структурой, в результате реакции они не выделяют сульфид и токсичные газы. Кроме того, данный комплексообразователь имеет ряд преимуществ:
— перенос хлопьев обратно в обрабатываемую воду при передозировках уменьшается и пресекается добавлением коагулянта;
— большой размер хлопьев обеспечивает быстрое осаждение и простое обезвоживание осадка;
— Metallsorb FZ применяется в широких областях температур и рН (в основном области 3—10, реже 3—9);
— эффективен с большим рядом металлов и одновременно удаляет различные комбинации тяжелых металлов;
— химически устойчивый осадок не выделяет вторичные загрязнения.
Методика применения комплексооб-разователя Metallsorb FZ заключается в том, что для потоков без растворимых комплексов реагент добавляется прямо в сточную воду с рН между 3—10. Группировки дитиокарбамата реагируют с д иссоцииро-ванными тяжелыми металлами с образованием нерастворимых комплексов и хлопьеобразованием. Дозировка комплек-сообразующего агента может быть установлена на основании состава обрабатываемой воды в промышленных или лабораторных испытаниях. При необходимости для увеличения размера хлопьев может быть добавлен коагулянт. Для дальнейшего увеличения размера хлопьев и скорости осаждения может быть добавлен флокулянт.
Применение комплексообразователя позволит повысить степень очистки от тяжелых металлов до 99 % путем образования комплексных соединений, выпадающих в осадок. Это позволит снизить нагрузку на напорные фильтры, что предполагает снижение уровня загрязнения фильтрующего слоя и сократит расход воды на его частую промывку. Перечислив преимущества реагента Metallsorb FZ стоит упомянуть и затраты на его приобретение и реализацию. Для того, чтобы вычислить себестоимость данного предложения, стоит учесть:
— расходы на приобретение емкости с оборудованием для дозирования, подачи и перемешивания реагента;
— стоимость установки оборудования;
— затраты на транспортировку;
— стоимость реагента.
Проанализировав технологические
процессы гальванических производств нескольких предприятий города Пензы, мы пришли к выводу, что в среднем производительность очистных сооружений варьирует от 1100 до 2000 м3 в сутки, что позволило нам рассчитать объемы емкостей и реагента Metallsorb FZ.
В среднем стоимость емкости для дозирования реагента составляет 300 тыс. руб., вместе с насосом-дозатором и мешалкой. Установка обойдется в 5 % от стоимости оборудования, что составит 15 тыс. руб. Наполнение емкости производится по мере достижения минимального уровня, то есть в зависимости от поступления сточных вод. Из расчета количества сточных вод, поступаемых на очистные сооружения, можно предположить частоту загрузки емкости. Если учитывать, что средний суточный расход воды составляет 20 м3/ч (20 000 л/ч), то при условии добавления комплексообразователя в диапазоне 60—120 мг/л, условно учитывать 90 мг/л (среднее значение), его расход составит:
Средний расход реагента =
= 20 м3 х 90 мг/л = 1,8 л/сут.
Средняя стоимость данного реагента фиксируется на отметке 200 руб. за кг. Возможно, производить закупку комп-лексообразователя в пластиковых канистрах по 25 кг, бочках по 200 кг, контейнерах 1100 кг или же по запросу в другой таре.
Для добавления реагента в загрязненные сточные воды нами предлагается ручная или автоматизированная подача ком-плексообразователя в емкость трубного флокулятора, где будет обеспечен наиболее полноценный цикл смешения вод с реагентом.
В плане удобства наш выбор пал на канистры по 25 кг, так как при возможности приобретения установки для дозирования реагента не составит особого труда заполнять ее комплексообразователем в силу небольшой тары исходного сырья. Исходя из этого, можно выполнить расчет необходимого количества реагента для закупки с запасом на месяц работы установки (21 день/месяц) по формуле:
Количество реагента =
= 1,8 л день х 21 день = 37,8 л.
Соответственно, при условии закупки реагента в канистрах получается расчетное значение:
Количество канистр = 37,8 л 25 л и
и 5,32 канистры = 2 канистры.
Следовательно, исходя из полученных данных, можно рассчитать затраты на 6 канистр реагента:
Стоимость = 2 х 25 л х 200 руб. =
= 10 000 рублей.
Заключение
Таким образом, мы рассчитали необходимые затраты на приобретение и внедрение емкости для комплексообразова-теля и затраты на необходимое количество реагента на месяц. В совокупности они составляют 325 тыс. руб. из которых 315 тыс. руб. приходятся на оборудование и его установку, 10 тыс. руб. на закупку комплексообразователя на один месяц.
Использование Ме1аШогЬ в качестве дополнительной очистки сточных вод гальванического производства от тяжелых металлов позволит снизить расходы на закупку флокулянта или коагулянта, минимизировать стоимость утилизации полученного осадка, а главное достижение нормативных показателей очищаемой воды приведет к снижению нагрузки на окружающую среду.
Библиографический список
1. Виноградов С. С. Организация гальванического производства. Оборудование, расчет производства, нормирование / Под ред. проф. В. Н. Кудрявцева. — 2-е изд., перераб. — М.: изд-во «Глобус», 2011. — 240 с.
2. Тимонин А. С. Инженерно-экологический справочник. Том 2. — Калуга: изд-во Н. Бочкаревой, 2003. — 917 с.
3. Щепетова В. А., Богданова Д. А. Анализ технологического процесса гальванического производства на примере АО «ПО Электроприбор» // Образование и наука в современном мире. Инновации. — 2018. — № 4 (17). — С. 263—270.
О»
О
О -1 X х
CD
Г)
О
б
CD ы
О ^
0 Г)
1
о
Г)
Г) -I
тз
о
-I
CD
О-
Г> -I 03
О
О ТЗ О Ш
Г)
О
X
о
ы ш
Г) -I оз О
ASSESSMENT OF THE POSSIBILITY OF INTRODUCING THE METALSORB COMPLEXING AGENT AS AN ADDITIONAL TREATMENT OF WASTEWATER FROM GALVANIC PRODUCTION
V. A. Shchepetova, Ph. D. (Ecology), assoc. professor, Penza State University of Architecture and Construction, [email protected], Penza, Russia, A. A. Kuryshov, Master, FGBOU VO "Penza State University of Architecture and Construction ", [email protected], Penza, Russia,
A. L. Finashkin, bachelor student, Penza State University, [email protected], Penza, Russia
References
1. Vinogradov S. S. Organizaciya galvanicheskogo proizvodstva. Oborudovanie, raschyot proizvodstva, normi-rovanie [Organization of galvanic production. Equipment, production calculation, rationing]. Pod red. prof. V. N. Kudryavceva. 2-nd edition. M.: Globus. 2011. 240 p. [in Russian].
2. Timonin A. S. Inzhenerno-ekologicheskij spravochnik [Engineering and environmental reference book]. Kaluga: izd. N. Bochkarevoj. 2003. T. 2. 917 p. [in Russian].
3. Shepetova V. A., Bogdanova D. A. Analiz tehnologicheskogo processa galvanicheskogo proizvodstva na primere AO "PO Elektropribor" [Analysis of the technological process of galvanic production using the example of JSC "PO Elektropribor"]. Education and science in the modern world. Innovations. 2018. № 4 59
(17). P. 263-270.
