CC BY
72
ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
Кузнецова Елена Юрьевна
доктор экономических наук, профессор, Уральский Федеральный Университет им.Б. Н. Ельцина г. Екатеринбург
Акулова Анастасия Константиновна
старший преподаватель, Уральский Федеральный Университет им.Б. Н. Ельцина г. Екатеринбург
Мотовилов Артем Владимирович
магистр,
Уральский Федеральный Университет им.Б. Н. Ельцина г.Екатеринбург
PROBLEMS AND SOLUTIONS FOR PROCESSING AND DISPOSAL OF SEWAGE
GALVANIC PRODUCTION
Kuznetsova Elena
Doctor of Economics, professor,
Ural Federal University named B. Yeltsin, Yekaterinburg
Akulova Anastasia
Senior lecturer,
Ural Federal University named B. Yeltsin, Yekaterinburg
Motovilov Artem
Master,
Ural Federal University named B. Eltsin, Yekaterinburg
АННОТАЦИЯ
В данной статье предпринята попытка решения проблемы, характерной для большинства регионов России - накопления значительных количеств неутилизируемых гальваношламов, содержащих токсичные тяжелые металлы, и неконтролируемого распространения их по территории в связи с отсутствием полигонов захоронения, соответствующих СНиП 2.01.28-85. Накопление их на территории предприятий также представляет угрозу экологической безопасности. Предложены способы переработки шламов, как завершающий этап жизненного цикла продукта, использование извлеченных из шламов компонентов в получении материалов, обладающих ценными потребительскими свойствами, менее токсичных по сравнению с объектом переработки, которые позволяют в ощутимых количествах экономить природные ресурсы и снизить нагрузку на окружающую среду.
ABSTRACT
This article attempts to address the problem, which is characteristic for the majority of regions of Russia - the accumulation of significant amounts of non-utilized electroplating sludge containing toxic heavy metals, and the uncontrolled spread of the territory due to the lack of burial grounds, the relevant SNP 2.01.28-85. Collect them on the territory of enterprises is also a threat to environmental safety. The methods of processing the sludge, as the final stage of the product life cycle, the use of sludge extracted from the components in the preparation of materials with valuable consumer properties, less toxic as compared to the object of the processing, which allows saving significant amounts of natural resources and reducing the burden on the environment.
Ключевые слова: Переработка, Утилизация, Шламы, Гальваника, Экология, Продукт.
Keywords: Recycling, Waste, Sludge, Electroplating, Environment, Product.
Контроль загрязнения атмосферного воздуха, водных объектов и переработка отходов на данный момент являются проблемами, стоящими перед лицом всего мирового сообщества. Неорганизованное складирование отходов гальванических производств повсеместно приводит к загрязнению токсичными веществами. Кроме того, лишь до 50% количества ионов цветных металлов, участвующих в гальваническом процессе покидают раствор электролита и оседают на деталях. Остальные остаются в ваннах, в электролите или в виде выпавшего на дно шлама. В связи с этим, извлечение ценных компонентов из отходов гальванического производства должно приносить немалую прибыль [8]. Сточные воды гальванических производств составляют от 30 до 50% общего количества сточных вод, образующихся
на предприятиях машиностроения. Средний объем гальваностоков образующихся на одном гальваническом производстве, составляет 600-800 м3 /сут.. При этом основная масса используемых химикатов поступает при промывке деталей со сточными водами в канализацию. Эти химикаты не только токсичны, но и дефицитны. Гальваническое производство относится к числу наиболее неэкологичных, отличается большими количествами отходов. Ежегодно в окружающую среду выбрасывается до 1 км3 токсичных гальваностоков, содержащих 50 тыс. т. тяжелых металлов, 100 тыс. т. кислот и щелочей, 25- 30% этих стоков попадает в водные бассейны. В частности на ОАО «Радиозавод» (г. Пенза) ежегодно образуется свыше 30 т. гальванических шламов, содержащих около 1 т тяжелых металлов (С^ Fе,
№, Сг) [3]. Эффект очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов традиционно применяющимся в настоящее время реагентным методом не превышает 50 - 80 %, т.е. с очищенными стоками в водоемы Нижегородской области поступает 350 - 375 т/год меди, 1000 - 1200 т/год цинка и других металлов, значительное количество органических веществ.
Складирование шламов гальванических производств на полигонах без предварительной обработки представляет угрозу окружающей среде, так как металлы могут вымываться талыми и ливневыми водами и поступать в водоёмы и водотоки, подземные воды, включаться в биосферные циклы. Можно выделить четыре составляющих ущерба — ущерб здравоохранению, рыбному хозяйству, промышленности, сельскому и лесному хозяйству. Ущерб здравоохранению связан с повышением заболеваемости населения со всеми вытекающими последствиями. Металлы, применяемые в гальваническом производстве, обладают высокой токсичностью.
Общетоксическое действие высоких доз тяжелых металлов на человека или животных приводит к поражению или изменению деятельности важнейших систем организма центральной и периферической нервной системы, кроветворения, внутренней секреции. Загрязняющие вещества наряду с общетоксическим воздействием обладают специфическим влиянием на репродуктивную функцию, способствуют возникновению злокачественных новообразований, нарушению аппарата наследственности. Наиболее токсичны хром - Сг (VI) и кадмий - Cd (II), они аккумулируются в организме и могут вызвать тяжелые последствия даже при
кратковременном воздействии. Сг (VI) обладает канцерогенными свойствами, способствует появлению бронхиальной астмы, возникновению язвенной болезни, всевозможных дерматитов, доказано мутагенное действие Сг (VI) и Cd (II). Токсическое действие кадмия, поступающего в организм с пищевым рационом и питьевой водой, связано с его кумулятивным действием и физиологическим антагонизмом к цинку. Вызывает повышение кровяного давления, анемию, болезни почек и легких, рак поджелудочной и предстательной железы, цирроз печени, распад костной ткани. Проявляет мутагенное, гонадотропное, эмбриотропное и тератогенное действие. Летальной дозой для человека могут оказаться 30...40 мг кадмия [1]. Таким образом, выброс в окружающую среду отходов гальванического производства наносит, во-первых ущерб экологический, с долговременными последствиями [7].
Применительно к гальваношламам наиболее оптимальным решением их утилизации может быть только их комплексная переработка, которая позволяет извлечь все основные составляющие их компоненты с получением товарных продуктов. Разработка таких техпроцессов позволяет решить не только экологические проблемы, но и сделать этот процесс экономически выгодным, сократить затраты на хранение шламов, снизить плату за природопользование и т. д.
Комплексная технология утилизации гальваношламов (рисунок 1), обеспечивающая повторное использование ценных металлов, может сделать ресурсный цикл фактически замкнутым, как любой «цикл», действующий в экосистемах природы.
Рис.1. «Схема комплексной утилизации гальваношлама»
Поэтому проблема обезвреживания гальваношламов требует незамедлительного решения. Основным условием путем их комплексной переработки крайне актуальна и промышленной технологии является ее рентабельность, ко-
торая, прежде всего, связана с использованием малоэнергоемких и экологически безопасных замкнутых технологических процессов
Утилизация осадков стоков гальванических производств подразумевает под собой дальнейшее их использование и может развиваться по различным направлениям (Таблица 1):
- ликвидация шламов путем связывания цементом, асфальтом, стеклом, пластмассами и отвердения спеканием;
- применение для приготовления красок, пигментов огнеупорного материала, строительных материалов для производства кирпича, бетона, асфальтобетона, компонентов строительной керамики [2,5]. Гидроксиды, гидроксокарбо-наты, карбонаты и фосфаты тяжелых металлов легко включаются в силикатные соединения и кристаллизуются с использованием труднорастворимых соединений.
Более перспективным является путь утилизации ряда отходов в строительстве, а также их использование в качестве полупродуктов в промышленности. В настоящее время около 25 % производимых в нашей стране химических отходов используется повторно. Во многих странах мира накоплен опыт по рециркуляции металлов, содержащихся в отходах, к которым, в частности, относятся и отходы гальванических производств. Например, в ФРГ повторное использование железа достигает 38%, олово - 34 % и цинка - 33 %; в США - меди - 43 %; в Великобритании - свинца - 60 % и алюминия - 33 %. Тем не менее, следует отметить, что процессы рециркуляции металлов из отходов экономически выгодны в тех случаях, когда их концентрация достаточно высока, а технология рециркуляции малоэнергоемка. Гальванические отходы, как правило, содержат относительно невысокие концентрации цветных ценных металлов. Кроме того, форма их нахождения в составе гальванических отходов и близость их химических свойств требуют понимания специальных химических методов выделения. Поэтому рециркуляция металлов из гальванических отходов является
экономически не выгодным мероприятием. Единственным, перспективным, получившим развитие в других странах способом утилизации гальванических отходов, является их применение в качестве добавок в различных строительных материалах. С одной стороны, по данным отечественных и зарубежных исследователей, добавки гальванических отходов в строительных материалах улучшают эксплуатационно-технические качества последних, - с другой, не требуют экономических затрат на мероприятия, направленные на предотвращение их неблагоприятного воздействия на окружающую среду. В некоторых случаях улучшают строительно-технические свойства силикатов: например, введение алюминий- и хромсодержащих шламов в бетоны снижает их водопроницаемость.
Шлам гальванического производства может быть переработан в сырьевые продукты для других производств. Например, для специализированного производства по хромированию можно рекомендовать получение компонентов полировальных паст из обезвоженных и высушенных шла-мов гидроксидов железа и хрома. Утилизировать шламы из оксида цинка можно для получения резинотехнических изделий после фильтрования, промывки, сушки, обжига при 600°С и помола до необходимой степени дисперсности. Небольшое количество примесей других тяжелых металлов не оказывает отрицательного влияния на качество полученных изделий при утилизации гальваношлама. Гидроксидные шламы также могут быть утилизированы в качестве сырья для получения оксидных катализаторов и в качестве добавки в асфальтобетон. Введение силикатных и щелочных добавок позволяет получить стеклованную массу. В качестве силикатного составляющего можно использовать песок (10-15%), а для достижения сыпучего состояния добавляют опилки, угольную пыль, торф. Сжигание проводится при температуре плавления силикатов. К аналогичному результату приводит сплавление шламов с металлургическими шлаками
Таблица 1
Направления утилизации шламов гальванических производств
№ п/п Суть метода Результат
1 Использование гальванических шламов, содержащих оксиды тяжелых металлов. Добавка в сырьевую массу для изготовления кирпича
2 Изготовление черепицы с применением шламов гальваностоков Улучшение свойств формовочной массы, сокращение времени сушки черепицы на 2-3 часа, сокращение времени обжига на 50-70%, расширение цветовой гаммы
3 Использование железосодержащего осадка в производстве стеновых керамических изделий Более раннее накопление жидкой фазы, ускорение процессов спекания и вспучивания
4 Изготовление керамзита с использованием осадка сточных вод (содержание 20-40 %) Строительная промышленность
5 Использование гальваношламов с большим содержанием гидроксида железа для получение гекса-феррита бария Изготовление строительной керамики, производство красителей- пигментов
6 Производство стеклохромзита Наличие железа, хрома и никеля в шламе позволяет использовать его при производстве декоративно-облицовочного материала
7 Изготовление асфальтобетона Строительная промышленность
8 Добавка шламов в кладочные растворы (1-15%) Строительная промышленность
Таким образом, предлагаемые технологии обезвреживания сточных вод и шламов гальванического производства позволит снизить воздействие токсичных веществ на окружающую среду и получить ценную продукцию в виде металлического порошка, который можно использовать в промышленных целях [9]. Однако существуют обстоятельства, сдерживающие утилизацию:
- осадки по качеству ниже, чем применяемое кондиционное сырье;
- агрегатное состояние осадков после механического обезвоживания часто не соответствует заданным требованиям, а оборудование дорогостоящее.
- не исключается возможность ухудшения токсикологических характеристик продукции, выпускаемой с использованием вторсырья;
- утилизация требует сложных технических решений [6];
предприятия, где получают осадки и где их можно утилизировать, разобщены.
С точки зрения экологических последствий, следует заметить, что ряд специалистов отдают предпочтение технологиям, в которых обязательным элементом является термическая обработка. Но следует иметь в виду, что при отжиге изделий может происходить значительный выброс летучих высокотоксичных цветных металлов и их соединений в окружающую среду. Использование низкотемпературных технологий утилизации шламов введением их в бетонные и асфальтобетонные смеси для дорожных покрытий также не обеспечивает экологическую безопасность при эксплуатации. Таким образом, возможности прямой утилизации шламов в виде добавок в сырьевые смеси при массовом производстве строительных материалов ограничено жесткими требованиями к составу шламов, сложностью процессов и относительно невысоким спросом.
Сфера инвестиций в переработку весьма перспективна, т.к рассмотренные выше технологии предполагают безвоз-
вратные потери невозобновляемых и дефицитных сырьевых ресурсов, запасы которых в недрах ограничены. Поэтому особого внимания заслуживают технологии, обеспечивающие извлечение из гальваношламов металлов или их соединений, пригодных для повторного использования.
Список литературы
1. Chipperfield B. Metals and ischaemic heart disease // Rev. Environ. Health. - 1986. -1, №4. - 209-250.
2. Глинина Л.А., Миронов В.С. и др. «Использование гидроксидных осадков машиностроительных заводов в производстве строительной керамики». - М. 1995 г.
3. Демьянова В.С., Щепетова В.А., Янин В.С., Чумакова О.А. О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ КАРЬЕРНЫХ ВЫРАБОТОК // Современные наукоемкие технологии. - 2011. - № 6. - С. 39-40
4. Зайнуллин Х.Н. Утилизация осадков сточных вод гальванических производств.
5. Найденко В.В., Губанов Л.Н. Очистка и утилизация промстоков гальванического производства. - Н. Новгород: «ДЕКОМ», 1999 г.. 368с.
6. Основные методы переработки отходов: [Электронный ресурс]. URL: http://www.rightecology.ru/riecos-857-1. html
7. «Охрана окружающей среды от отходов гальванических производств». Москва 1990 г., 95с.
8. Рубанов Ю.К., Токач Ю.Е., Огнев М.Н. ПЕРЕРАБОТКА ШЛАМОВ И СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ С ИЗВЛЕЧЕНИЕМ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ // Современные наукоемкие технологии. - 2009. - № 3. - С. 82-83;
9. Тимофеева С.С., Баранов А.Н. и др. Комплексная оценка технологий утилизации сточных вод гальванических производств//Химия и технология воды. 1991. Т.13, №1
