CC BY
112
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 628.3
Д.А. Игнатьев
канд. тех. наук, доцент, кафедра «Технология машиностроения», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. И. Алексеева»
Е.А. Митин
магистрант,
кафедра «Технология машиностроения», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. И. Алексеева»
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА ОТ ПРИМЕСЕЙ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ
Аннотация. В настоящее время качество очистки промышленных сточных вод в подавляющем большинстве машиностроительных предприятий Российской Федерации не отвечают современным техническим, экономическим и экологическим требованиям. На основе сравнительного анализа и практических экспериментов на одном промышленном предприятии изучен вопрос по качественному составу промышленных сточных вод, составу загрязнений, методам очистки, образованию отходов после процесса реагентной очистки и нейтрализации сточных вод.
Ключевые слова: технология производства, очистка, нейтрализация, известь, отходы производства.
D.A. Ignat'ev, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod state technical University n.a. R.I. Alekseev
E.A. Mitin, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod state technical University n.a. R.I. Alekseev
IMPROVING THE CURRENT PURIFICATION PROCESS OF WASTEWATER OF ELECTROPLATING
FROM IMPURITIES OF HEAVY METALS AND WASTE
Abstract. Currently, the quality of industrial wastewater treatment in the vast majority of machine-building enterprises of the Russian Federation do not meet modern technical, economic and environmental requirements. On the basis of comparative analysis and practical experiments on a single industrial plant explored in the qualitative composition of industrial wastewater, the composition of the contaminants, cleaning methods, waste generation, process chemical cleaning and neutralization of wastewater.
Keywords: technology of production, purification, neutralization, lime, waste production.
Большинство промышленных предприятий сталкиваются с проблемой очистки промышленных сточных вод гальванических производств (цехов), где главной целью является снижение до разрешённого уровня тяжёлых металлов таких как ионы меди, цинка, а также снижение образования отходов (от применения извести и других реагентов) с содержанием вредных примесей в сточных водах.
Очистка сточных вод гальванического производства и сокращение поступления гальванических отходов в окружающую среду является важной задачей промышленных предприятий, в частности на АО «АПЗ» это функцию выполняют очистные сооружения.
Сточные воды промышленных предприятий содержат в себе различные примеси, которые могут негативно повлиять на работоспособность общегородской канализационной сети, а при сбросе их в естественные водоемы - привести к нарушению их режима водопользования, а также штрафным санкциям природоохранительных органов (Росприроднадзор, прокуратура и т.д.)
Использование в гальваническом производстве и производстве печатных плат электро-
литов различного состава для нанесения гальванических покрытий, с целью придания изделиям требуемых технических характеристик, создает многообразие загрязнений промывных и сточных вод, поступающих на очистные сооружения.
Существует необходимость решения следующих задач:
1. Соответствие и доведении степени очистки сточных вод от примесей тяжёлых металлов до уровня ПДК (предельно-допустимых концентраций) для обеспечения условий приема в городские системы водоотведения или сброса в водные объекты.
2. Применение технологий малоотходного и безотходного типа, а также системы повторного или оборотного водоснабжения.
На данный момент в России существуют патенты на способы утилизации отходов после очистки сточных вод, сущность которых состоит в использовании отхода - суспензии после реа-гентной очистки сточных вод в производстве силикатного кирпича [2], а также патент на способ переработки хлоридно-сульфатных сточных вод, который в результате упаривания исходной воды обеспечивает получение сульфатов кальция и магния, пригодных для технического использования [4].
Однако методы очистки сточных вод, предлагаемые в указанных патентах, не позволяют решить поставленные выше задачи (очистка до ПДК), поэтому необходимо разрабатывать новые способы решения данной проблемы.
Рисунок 1 - Технологическая схема очистных сооружений
Для каждого типа загрязнений существуют свои методы очистки сточных вод. По технологическим процессам и, соответственно, применяемому оборудованию, методам очистки
сточных вод гальванического производства можно дать следующую классификацию:
- механические (отстаивание, фильтрация, выпаривание);
- физико-химические (реагентная обработка);
- электрохимические (электрофлотация, электродиализ, электролиз);
- сорбционные (сорбционные фильтры, ионообменные фильтры);
- мембранные (ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос, электродиализ);
- метод ионного обмена;
- комбинированные.
Однако на один метод нельзя назвать универсальным, т.е. эффективным и дешёвым, поэтому наиболее целесообразнее применять комбинированные методы.
В настоящее время на предприятии АО «АПЗ» применяется комбинированный метод очистки сточных вод. Схема очистных сооружений представлена на рисунках 1 и 2.
Кислотно-щелочные и хромовые промстоки по отдельному трубопроводу поступают на очистные сооружения для обезвреживания и нейтрализации. Пройдя стадии обработки, стоки соединяются в общей камере смешения, где происходит выравнивание рН среды, нейтрализация избыточной кислотности. Оттуда воды поступают в отстойники, и после отстаивания (выпадения гидрооксидов тяжелых металлов в осадок) сбрасываются в заводскую канализацию (рис 1).
Осадок, получаемый в результате отстаивания обезвреженных стоков, перекачивается в илоуплотнители (илонакопители). Уплотненный осадок насосами подается на вакуум-фильтры для обезвоживания. Обезвоженный осадок вывозится сторонней организацией на утилизации.
Рисунок 2 - Технологическая схема очистных сооружений
На очистных сооружениях предусмотрены следующие технологические операции:
1. Прием и обезвреживание кислотно-щелочных промстоков.
2. Прием и обезвреживание хромовых промстоков.
3. Прием и обезвреживание концентрированных растворов электролитов (растворы кислот, в том числе аккумуляторной, щелочей, хромсодержащих и фторсодержащих промывных вод).
4. Приготовление рабочих растворов реагентов.
5. Осаждение нерастворимых взвесей в системе отстойников (3 шт. объемом по 100 м3).
6. Дополнительная очистка промстоков на фильтрах «ВИОН-1» (5 шт. производительностью 40 м3/час, с пропускной способностью не более 5 мг/л) и картриджах механической очистки стоков «BigBlue»(12 шт.).
7. Контроль процесса нейтрализации хромовых и кислотно-щелочных стоков.
8. Контроль входящих и выходящих промстоков.
9. Перекачка осадка из отстойников в илонакопитель-илоуплотнитель.
10. Обезвоживание и удаление осадка с очистных сооружений.
Комбинированный метод имеет ряд преимуществ:
1) повышение степени очистки достигается путем дополнения реагентного метода очистки адсорбционным (ионным);
2) снижение на 65...70% общего солесодержания сточных вод;
3) возможность использования сточных вод в оборотном водоснабжении предприятия;
4) возможность автоматизированного контроля и управления процессом;
5) простота и надежность в эксплуатации.
В технологическом процессе в качестве одного из реагентов (до 2014 года) применялась известь строительная негашеная комовая ГОСТ 9179-77, потребность в которой составляла 60 т в год или 5 т в месяц; стоимость сырья - 3000 руб. за 1 тонну. В процессе приготовления известкового молока (взвеси гидроксида кальция в воде) образовалось большое количество отходов извести -40% (или 3000 кг на 5 т), утилизация которых требует значительных финансовых затрат.
Рисунок 3 - Фотографии отходов извести гашения: а - известь комовая, б - известь «пушонка»
Для решения задачи сокращения затрат на утилизацию отходов работниками очистных сооружений произвели замену извести строительной негашеной комовой на известь мелкомолотую «пушонку» ГОСТ 9179-77. Расход извести «пушонка» составляет 53 т в год или приблизительно 4,5 т в месяц, при этом образуется 4% отходов (или 200 кг на 4,5 т); стоимость сырья -6000 руб. за 1 тонну.
Практический эксперимент и опыт работы в течение 12 месяцев показал, что внесенное предложение и изменение экономически целесообразно, учитывая затраты на сырье и последующую утилизацию отходов.
Емкость для приготовления и гашения извести объемом 3,5 м3 заполняется водой, пе-
ремешивание происходит сжатым воздухом низкого давления; концентрация (плотность) раствора гашеной извести составляет 5%, на практике - от 5 до 14%, РН= 10...12.
Таблица 1 - Результаты количественного и химического анализа сточной воды
Ингредиенты Результаты измерения, мг/дм3 ПДК мг/дм
Вход с очистных сооружений Выход после очистных сооружений
24.05.13 28.05.14 Применение комовой извести Применение извести «пушонка»
Уровень кислотности РН 9 6,9 11,0 11,0 6,5.8,5
Ионы меди 23,39 4,14 0,06 0,02 0,02
Ионы цинка 5,79 5,9 0,07 0,04 0,07
Железо общее 6,48 5,4 0,4 0,2 1,9
Никель 1,79 2,3 <0,08 <0,08 0,04
Хром 3 вал. 0,414 0,72 0,01 0,01 0,45
Таким образом, в результате произведенных изменений (после замены сорта извести строительной на известь «пушонку» годовой экономический эффект составил 697200 руб., кроме того, решены следующие задачи:
1) значительно снижается количество отходов производства от процесса гашения извести (4% вместо 40%);
2) уменьшается время химической реакции на очистку и нейтрализацию сточных вод, а следовательно экономия на работу и затраты на электрооборудовании с 8 часов до 4 часов;
3) степень очистки сточных вод от вредных веществ особенно по ионам меди, цинка доведено до нормативов, что соответствует требованиям ПДК;
4) сокращается потребность в основных реагентах:
- по серной кислоте на 40%;
- по извести на 20%;
5) отходы извести «пушонки» не требуют специальной утилизации и составляют 2,4 т в год при этом отходы извести комовой составляют 36 т в год и требуют постоянных затрат на утилизацию.
Список литературы:
1. Смирнов Д.Н. Очистка сточных вод в процессах обработки. Водохозяйственный комплекс России: понятие, состояние, проблемы // Водные ресурсы. 2010. № 5. С. 617-632.
2. Патент РФ № 2363682 от 10.08.2009 на способ утилизации отхода после очистки сточных вод. Авт.: Галимова Г.А., Ключарев А.Н., Королев А.Н., Петренко И.Е. Патентообладатель: Фе-дер. гос. образоват. учреждение высш. проф. образования «Южный федеральный университет».
3. Патент РФ № 2125039 от 20.01.1999 на способ очистки воды от примесей, способ обезвоживания вязкотекучих сред, способ детоксикации органических соединений, способ утилизации осадков сточных вод, способ создания почв из естественных и искусственных грунтов и восстановления плодородия деградированных почв, способ компостирования органических отходов, способ утилизации осадков водопроводных вод. Авт. и патентообладатели: Шульгин А.И., Шаповалов А.А., Пуцыкин Ю.Г.
4. Патент РФ № 2060973 от 27.05.1996 на способ переработки хлоридно-сульфатных сточных или природных вод. Авт.: Перешеин Г.Л., Новикова О.Ю. Патентообладатель: Свердловский научно-исследовательский институт химического машиностроения.
