CC BY
31УДК 620.197:621.35
В.Б. Лапшин, А.В. Рязанцева, А.В. Невский
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ И ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
(Ивановская государственная сельскохозяйственная академия, Московский государственный индустриальный университет, Ивановский государственный химико - технологический университет)
E-mail: ivgsha@tpi.ru
Приведены результаты экспериментальных исследований по очистке стоков гальванических цехов в условиях резкого сокращения расхода воды. С сокращением водо-отведения возрастает концентрация тяжелых металлов в сточных водах. Проведена проверка эффективности очистки сточных вод по различным технологиям. Рассмотрен вопрос улавливания пыли и оксидов азота, образующихся при плазменном раскрое металлов с использованием дезинтеграторной технологии.
Значительное число предприятий расположены, в основном, в крупных населенных пунктах, в связи, с чем отвод их сточных вод предусматривается обычно в централизованную систему канализации. Однако уровень загрязнения стоков бывает настолько высок, что возникает необходимость создания систем локального обезвреживания сточных вод. В настоящее время не решен в комплексе вопрос рациональной организации системы водоотведения и очистки сточных вод предприятий с учетом специфики потоков отработанных растворов и промывных вод. Практически отсутствуют системы повторного использования очищенных стоков в технологическом процессе.
Настоящая работа ставит основной целью разработать эффективную технологию локальной очистки стоков гальванических цехов и очистку от пыли и вредных газов, отходящих от установок плазменного раскроя металла воздушных потоков.
Ранее в работах [1-3] авторами предложены основные направления экологизации технологических операций гальванических участков. К ним относятся:
1) разделение материальных потоков (отработанных электролитов гальванопокрытия и травления, промывных вод);
2) сокращение объема водопотребления и водоотведения;
3) комплексная переработка невосстанав-ливаемых отходов (электролитов, шламов) с целью получения полезных продуктов для их использования на данном или другом предприятии.
Мероприятия, разработанные авторами по сокращению водопотребления, позволяют предприятию сократить расход свежей воды в десятки раз. Однако с сокращением водоотведения возрас-
тает концентрация тяжелых металлов в сточных водах, поступающих на станцию нейтрализации. Проведена проверка эффективности очистки сточных вод с повышенным содержанием тяжелых металлов в них. Очистку проводили по распространенной гидроксидной технологии, искусственно обогащая реальные сточные воды солями тяжелых металлов до концентрации 25 мг/л по каждому иону металла. Результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1 Эффективность очистки сточных вод
Table ^ 1. Manufacturing water purification efficiency
Металл Исходная концентрация, мг/л pH=8,1 Конечная концентрация, мг/л pH=9,6
Никель 25,0 0,04
Медь 25,0 0,03
Цинк 25,0 0,37
Железо 25,0 0,10
Данные таблицы указывают на возможность достижения конечных концентраций тяжелых металлов на уровне средних значений получаемых при реальных условиях. Следовательно, малый объем стоков после их очистки позволяет резко сократить интегральный выброс ионов тяжелых металлов в окружающую среду, а за счет разбавления вод общим стоком завода обеспечивается допустимое содержание ингредиентов.
Исследованы условия практической реализации сульфидной технологии очистки, суть которой заключается в связывании тяжелых металлов в виде сульфидов. Испытания проводили с применением сульфида натрия, добавляя его в виде водного раствора непосредственно в реактор (концентрация в реакторе порядка 5-6 мг/л по сульфиду натрия). Результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Очистка сточных вод с использованием сульфида натрия
Table 2. Manufacturing water purification by sodium sulfide
С, мг/л. До очистки С, мг/л. Очистка С, мг/л. Очист-
Металл по гидроксидной ка сульфидом
технологии натрия
Никель 0,09 0,07 0,07
Медь 0,035 0,02 0,025
Цинк 0,20 0,06 0,13
Железо 0,76 0,32 0,36
Хром /6+/ 0,08 0,08 0,12
Хром /3+/ 0,20 0,10 0,08
Из таблицы видно, что использование сульфида натрия не дает преимуществ по сравнению с гидроксидной технологией. В дальнейшем использовали свежеприготовленную нерастворимую соль марганца в виде её водной суспензии. Дозирование обеспечивало примерно десятикратный избыток реагента по сравнению со стехио-метрическим количеством. Испытания проведены на модельных сточных водах. Полученные результаты приведены в табл. 3.
Таблица 3
Очистка сточных вод с использованием соли марганца
Table 3. Manufacturing water purification by manganese salt
Результаты опытов показали высокую эффективность использования подобранного соединения марганца. Разработана технологическая схема. Схема по доочистке воды включает в себя реактор, два фильтра, два дозатора и побудитель расхода. В реактор подается вода на доочистку и при помощи дозатора подается суспензия соли марганца. Центробежный насос используется для перемещения воды с продуктами реакции на фильтр, а также как реактор смеситель. После фильтра вода идет на сброс, если содержание марганца не превышает ПДК. В противном случае в поток добавляется пероксид водорода и затем на фильтре отделяется оксид марганца.
Одним из важных моментов в системе очистки сточных вод является восстановление
г^ +6 Г^ +3
Сг до Сг , для чего в основном используют
т- +2
электрохимически генерированное железо Fe . Испытания в качестве коагулянта и восстановителя Cr+6, FeSO4+2 или бисульфита натрия показали полное отсутствие шестивалентного хрома.
Машиностроительные предприятия являются не только источником загрязнения воды, но загрязняют и воздушный бассейн. Одним из таких локальных источников является участок плазменного раскроя металлов.
При раскрое металла с использованием плазменных установок для резки образуется металлическая пыль, а также оксиды металлов, оксиды азота и углерода. Их необходимо удалить с рабочего места и не допустить выброса в атмосферу. Проблема улавливания, особенно оксидов азота на предприятиях до настоящего времени не решена. Многие заводы идут по пути увеличения производительности вентиляционных установок, что снижает концентрацию вредных веществ до допустимых нормативных уровней, однако при этом количество этих веществ поступающих в атмосферу, а затем в водный бассейн и на поверхность земли остается неизменным. В таблице 4 приведены результаты испытаний барботажного пылеуловителя, установленного на выбросе от установки плазменной резки "Кристалл" на одном из машиностроительных предприятий города Иванова.
Таблица 4
Данные по эффективности работы барботажного пылеуловителя Table 4. Data on bubbling dust catcher efficiency
Характеристика Пыль неорганическая Диоксид марганца Оксиды азота
1. Концентрация вредных веществ до пылеуловителя, мг/м3 2. Концентрация вредных веществ после пылеуловителя, мг/м3 3. Эффективность очистки, % 446 143 67,9 1,631 0,524 67,9 4 4 0
Из таблицы видно, что эффективность очистки барботажного пылеуловителя низка, а концентрация оксидов углерода и азота вообще не меняется, при этом она превышает ПДК. Производительность вентиляционной установки близка к 1500 м3/ч.
Исследования, проведенные по использованию дезинтеграторной технологии для мокрого улавливания пыли и абсорбции оксидов азота приведены в работе [4]. Для мокрого улавливания пыли с одновременной абсорбцией вредных газов в конструкцию дезинтегратора были внесены изменения, учитывающие необходимость введения в его жидкой фазы и отделения суспензии от воздушного потока на выходе из аппарата [5].
Металл С, мг/л С, мг/л после очи- С, мг/л после
до очистки стки по гидро- очистки солью
(pH=2) ксидной технологии (pH=7,5) марганца (pH=9,8)
Никель 0,20 0,12 н/о
Медь 0,24 н/о н/о
Цинк 0,50 0,03 н/о
Железо 0,60 0,60 0,03
На входе в дезинтегратор в полом валу установлена форсунка для подачи раствора щелочи. Выходной патрубок разделен перегородкой на два канала. Смесь, содержащая твердые частицы и жидкость, поступает в канал наиболее удаленный от оси вращения и далее через затвор выводится из устройства. Часть газа, попавшая в этот канал, через байпас вновь поступает на вход в дезинтегратор. Газообразная фаза поступает в ближайший от оси вращения выходной канал и далее, через каплеотделитель, выбрасывается в атмосферу.
На остаточную концентрацию оксидов азота в воздушном потоке, проходящем через дезинтегратор с одновременной подачей в него раствора щелочи в основном влияют три показателя: количество жидкости подаваемой на орошение, частота вращения роторов дезинтегратора и концентрация раствора щелочи. В разработанной схеме очистки воздуха раствор щелочи циркулирует по замкнутому циклу и, следовательно, с течением времени концентрация щелочи снижается. При абсорбции оксидов азота наблюдается аномалия, заключающаяся в том, что с уменьшением концентрации эффективность улавливания возрастает. Для эффективной работы установки достаточно знать поглотительную емкость раствора по оксидам азота, чтобы вовремя раствор заменять. Влиять на эффективность улавливания оксидов азота можно, используя два оставшихся показателя. Достаточно на основании экспериментов вычислить коэффициент пропорциональности, чтобы в первом приближении получить формулу для определения концентрации оксидов азота в зависимости от частоты вращения роторов дезинтегратора и расхода раствора щелочи:
С =
3300
п0'55^0'9
мг/м3
(1)
где п - частота вращения роторов дезинтегратора, об/мин; Qp - расход щелочи, л/ч.
Относительная ошибка между данными экспериментов и результатами, рассчитанными по аппроксимирующей зависимости (1), достигает 15%, что вполне удовлетворительно для практических расчетов. Диапазон исследованных частот вращения роторов дезинтегратора составил 50-100 об/с, а расход 5% раствора №ОН изменялся в пределах 1-30 л/ч. При 100 об/с скорость нагру-жения обрабатываемого материала достигала 120 м/с. Пыль во всем диапазоне исследованных частот вращения роторов дезинтегратора улавливается практически на 100%.
ЛИТЕРАТУРА
1. Невский А.В. и др. // Текстильная химия. 1997. №1 (10) (специальный выпуск). С. 53-55.
2. Лапшина А.В. и др. Применение дезинтегратора в экологизации различных производств. // Сб. трудов. Вып 1. Проблемы экогеоинформационных систем. ИГАСА. Иваново. 2000. С. 67-71.
3. Лапшин В.Б., Рязанцева А.В., Невский А.В. Решение задач водоресурсосбережения на машиностроительных предприятиях. Вестник научно-промышленного общества. выпуск 7. М:, АЛЕВ -В. 2004. С. 32-36.
4. Рязанцева А.В. Использование дезинтеграторной технологии для интенсификации процессов в гетерогенных системах: Дис. ... канд. техн. наук. Иваново. ИГАСА. 2003. 126 с.
5. Патент РФ № 2201279. Устройство для улавливания пыли и вредных газов. Ивановская государственная архитектурно - строительная академия. Авт. изобрет. Лапшина А.В., Гуюмджян П.П., Лапшин В.Б. - заявлено 08. 06. 2000. №2000114626; опубл. в Б.И. 2003. № 9. М.
