CC BY
82
3. Пат. 137639 (РФ), МПК Н01Я 43/06 (2006.1). Установка для электроискровой обработки с позиционированием электродов относительно поверхности коллектора электрической машины / Д. Ю. Белан, А. А. Кузнецов, Т. В. Кубрина, И. В. Кубрина. - № 2013132790/07; Заявлено 15.07.2013; Опубл. 20.02.2014. Бюл. № 5.
4. Баранова Л. В. Металлографическое травление металлов и сплавов / Л.В. Баранова, Э. Л. Демина // Справочное издание. — М.: Металлургия, 1986. 256 с.
5. Беккерт М. Способы металлографического травления / М. Беккерт, Х. Клемм // Справочное издание. - 2-е изд., перераб. и доп. - Пер. с нем. - М.: Металлургия, 1988. 400 с.: ил.
Belan Dmitry Y., PhD., assistant professor; assistant professor
(E-mail: Baltazar.13@mail.ru)
Omsk State Transport University, Omsk, Russia
Muraviev Dmitry V.; PhD.; assistant professor; assistant professor
Geletyuk Yulia N.; student
Haseinova Sania B.; student
Chekalin Catherine K.; student
Omsk State Transport University, Omsk, Russia
MICROSTRUCTURAL ANALYSIS OF DOPED SAMPLES OF THE COPPER PLATE DC ELECTRICAL MACHINES
Abstract: This article deals with the carburizing copper plate collector traction motor and cooking microsections for further analysis of the surface layer of the structure and improve the physical and mechanical properties of materials rolling stock parts.
Keywords: traction motor, collector, thin sections, an electrode.
УДК 626/627(075.8)
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ СТОКОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ
ПРОИЗВОДСТВ Будыкина Татьяна Алексеевна, д.тех.н., профессор (e-mail: tbudykina@yandex.ru) Прудников Николай Александрович, студент (e-mail: prudnicovnick@gmail.com) Курский государственный университет, г.Курск, Россия
В данной статье рассматриваются современные технологии обезвреживания гальванических стоков машиностроительных производств с помощью мембранных технологий, погружных электрохимических модулей, новых реагентов.
Ключевые слова: гальваническое производство, ионы тяжелых металлов, сточные воды, погружные электрохимические модули, мембранные технологии, реагент «Аквамаг»
Гальванические производства машиностроительных производств являются серьезными источниками загрязнения окружающей среды, осуществляя воздействия:
- сброс недостаточно очищенных сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов (хрома (+6, +3), никеля, меди, цинка, висмута и др.); щелочи; кислоты; неорганические соли; органические соединения и пр. в концентрациях, превышающих ПДК;
- выброс в атмосферу разнообразных химических соединений;
- образование осадков (гальваношлама) после обработки сточных вод.
Наибольшую нагрузку на окружающую среду оказывают сточные воды
гальванических процессов и гальваношламы. В данной статье рассмотрим альтернативные существующим на предприятиях города и области (ОАО «Электроагрегат», ЗАО «Элат-Инструмент», АО «Авиаавтоматика им. В.В. Тарасова», компания «Геомаш») технологии обезвреживания сточных вод гальванических производств.
На гальванических участках машиностроительных предприятий г. Курска и области осуществляются процессы, связанные с нанесением покрытий на поверхность металлических изделий: цинкование, никелирование, оксидирование, меднение, хромирование, кадмирование, анодирование и т.д. В результате образуются высокотоксичные сточные воды с высоким содержанием ионов тяжелых металлов, основной объем которых формируется за счет промывных вод после операций подготовки и нанесения гальванических покрытий. Незначительная часть стоков (5-7 % от общего объема) образуется за счет опорожнения отработанных технологических растворов и электролитов.
Большинство тяжелых металлов в стоках гальванических производств относятся ко второму или третьему классу опасности: ртуть (1 класс опасности), кадмий (2), свинец (2), мышьяк (2), хром (3), цинк (3), никель (3), медь (3), марганец (3), кобальт (2). В связи с этим сточные воды гальванопроизводств наносят непоправимый ущерб биосфере, негативно влияют на флору и фауну, тормозят процессы самоочищения.
Очистка гальваностоков машиностроительных предприятий осуществляется на локальных очистных сооружениях.
ОАО «Электроагрегат» гальваностоки перед сбросом в горколлектор очищает на станции нейтрализации методом кислотно-щелочной нейтрализации с применением реагентного метода (с помощью едкого натра), а также с помощью электрохимической очистки (от шестивалентного хрома) в электролизерах с последующей флотацией, отстаиванием и фильтрацией осветленной жидкости в установках блок-модульного водоочистного комплекса «Элион»; осадки обезвоживаются на вакуум-фильтре. Основными загрязнениями очищенных сточных вод предприятия являются ионы тяжелых металлов (железо, хром+3, медь, цинк), так как степень очистки по ме-
+3
ди, хрому составляет 78 %, по ионам железа - 86 %; по ионам цинка - 51 %.
На АО «Авиаавтоматика им. В.В. Тарасова» применяется реагентное обезвреживание смешанных (хромсодержащих и кислотно-щелочных) стоков раствором известкового молока с последующим осаждением гидро-
ксидов тяжелых металлов раствором полиакриламида в установке «КУРО». Превышение концентрации ионов тяжелых металлов в очищенных сточных водах составляют следующие значения: медь - от 2 до 18 ПДК, никель - от 1,25 до 7,5 ПДК, цинк - от 1,2 до 8 ПДК, кадмий - от 2,5 до 6,25 ПДК.
Очистка сточных вод гальванического цеха ЗАО «Элат-Инструмент» г. Курска производится способом статической гальванокоагуляции с последующей сорбционной доочисткой на фильтрах. По ионам Си , 7п2+ также не достигаются нормативные величины.
В целом, для машиностроительных предприятий г. Курска характерна недостаточная эффективность в очистке стоков гальванических производств. Поэтому с целью сохранения окружающей среды, здоровья населения области необходимо осуществлять модернизацию очистных сооружений гальванических производств путем внедрения систем оборотного водоснабжения каждого промышленного узла с многократным использованием воды и утилизацией ценных отходов производства.
Современными технологиями обезвреживания гальваностоков следует считать мембранные технологии, погружные электрохимические модули (ПЭМ), новые реагенты и др. Рассмотрим указанные технологии и реагенты.
К мембранным методам очистки относят обратный осмос и ультрафильтрацию [1]. К достоинствам мембранных методов можно отнести возможность выделять из концентрированных сточных вод ионы металлов, а очищенную воду использовать повторно. Выделение металлов из разбавленных растворов неэкономично. Недостатки мембранных методов - высокие начальные и эксплуатационные расходы, необходимость проведения предварительной очистки воды по взвешенным веществам и ионам железа для обеспечения надежной и продолжительной работы установок обратного осмоса.
С помощью электрохимического метода - электрокристаллизации можно успешно извлекать соли тяжелых металлов из сточных вод и повторно использовать очищенную воду в производстве. Процесс электрокристаллизации характеризуется возникновением твердой фазы на поверхности электродов за счет разряда ионов. Наиболее часто в практике водоочистки используется катодное восстановление ионов металлов, в результате которого образуется кристаллическая твердая фаза.
Электрокристаллизация, наряду с мембранным методом, реализуется в погружном электрохимическом модуле (ПЭМ) - электролизере, устанавливаемом непосредственно в существующую ванну на гальванической линии для регенерации технологического раствора [2].
ПЭМ представляет собой электролизер с катионитовой или анионитовой мембраной, устанавливаемой внутри ванны с каким-либо технологическим раствором. Внутри ПЭМ находится раствор, а в нем - внутренний элек-
трод. Параллельно мембране на расстоянии 20-30 мм от нее висит внешний электрод (рисунок 1).
а б
а - регенерация хроматных растворов пассивации, осветления, снятия покрытий; б - очистка электролита хромирования от ионов железа либо извлечение хромовой кислоты из промывной воды в линии ванн улавливания
после операции хромирования.
1- ПЭМ; 2 - внутренний электрод; 3 - мембрана; 4 - внешний электрод.
Рисунок 1 - Схема работы погружного электрохимического модуля [2]
При пропускании постоянного тока ионы переходят через мембрану в соответствии с ее типом и полярностью электродов. Параллельно на электродах идут электрохимические реакции. В итоге либо происходит очистка раствора в ванне, в которой находится ПЭМ, от любых ионов (ванна улавливания), либо изменение его химического состава в желаемом направлении (регенерация технологических растворов).
Установка ПЭМ позволит на 90 % и более возвращать в рабочую ванну, где происходит покрытие деталей, расходуемые материалы (электроды, химикаты - ценные и токсичные компоненты). Кроме того, ПЭМ позволяет снизить в десятки раз расход воды на промывку и объем образующихся стоков; ликвидирует периодический сброс растворов травления, пассивирования, осветления, снятия покрытий и травильного шлама путем их регенерации непосредственно в рабочей ванне; не требуется дополнительной площади; низкие эксплуатационные расходы: электроэнергии - 1-5 кВтч в сутки, трудозатраты на обслуживание - 0,5 ч в неделю; срок окупаемости - от 3 до 4 месяцев.
В качестве примера можно сослаться на опыт работы ОАО «Уралвагон-завод» (г. Нижний Тагил), где использование погружного модуля на участке хромирования дало годовой экономический эффект около 140000 руб., а срок окупаемости составил 3,5 месяца.
Однако, следует отметить, что метод ПЭМ не может обеспечить очистку воды непосредственно в ванне промывки до ПДК, но снижает в десятки/сотни раз количество ионов, попадающих из ванны, где установлен модуль, в ванны последующей проточной промывки.
С целью многократного снижения количества ионов тяжелых металлов, поступающих в сточные воды гальванического цеха, рекомендуем в галь-
ванических цехах машиностроительных предприятий Курска и области на всех линиях электрохимического и химического нанесения покрытий организовать ванны улавливания и установить в них погружные электрохимические модули для удаления тяжелых металлов.
Также к числу современных методов обезвреживания гальванических сточных вод можно отнести применение нетрадиционных реагентов, например, магнийсодержащего реагента «Аквамаг», полученного путем измельчения природного минерала - брусита. Химический состав реагента «Аквамаг» представлен следующим образом: оксид магния (90 - 92 %); оксид кремния в виде силиката натрия (1 - 3 %); оксид кальция (2 - 3 %); оксиды железа (0,02 - 0,04 %); оксид алюминия (0,1 %); фториды (менее 0,002 %).
Проведенные научные исследования [3-7] доказали высокую эффективность нетрадиционного реагента «Аквамаг» для удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов. Исследования проводили на модельных растворах, имитирующих производственные сточные воды, и на реальных сточных водах АО «Авиаавтоматика им. В.В. Тарасова». В качестве удаляемых из воды ионов исследовались ионы меди, хрома (+3).
Для исследования процесса удаления из воды ионов меди с помощью нетрадиционного реагента «Аквамаг» использовалась одноступенчатая статическая сорбция, для исследования процесса удаления из воды ионов хрома - одноступенчатая статическая и динамическая сорбции.
Результаты исследований следующие:
- реагент «Аквамаг» пригоден для очистки воды от ионов меди с высокой концентрацией - 30 - 35 мг/л, что позволяет рекомендовать реагент для применения на машиностроительных предприятиях. Через 30 минут контакта достигается сорбция из раствора ионов меди на 72 %. Дальнейшее увеличение времени контакта реагента с анализируемым раствором не приводит к повышению сорбции;
- реагент «Аквамаг» позволяет эффективно, на 100 %, очистить воду от
+3
ионов Сг . Десятиминутного контакта нетрадиционного магнийсодержа-щего реагента с хромсодержащим раствором достаточно для снижения концентрации ионов хрома с 24,5 мг/л до 0 мг/л, что открывает широкие перспективы применения реагента для извлечения ионов хрома (+3).
В настоящее время проблема превышения концентрации в сточных водах ионов меди является актуальной, так, на ОАО «Прибор» (г. Курск) ежемесячные штрафы за превышение ПДК по меди (0,01 мг/л) составляют от 2 до 60 тыс. рублей. Проблема уменьшения содержания ионов хрома (+3) в сточных водах также очень актуальна для машиностроительных, и, особенно, для кожевенных заводов, где концентрация хрома (+3) в сточных водах достигает значения 11,2 мг/л при ПДКСг+3 = 0,9 мг/л. Магнийсо-держащий реагент позволяет обезвреживать сточные воды с концентрацией хрома (+3), вдвое превышающей содержание указанного иона в сточных водах.
На основании проведенных исследований разработана схема очистки хромсодержащих сточных вод в динамических условиях.
Рассмотренные в данной статье современные технологии и реагенты, опыт их успешной реализации на аналогичных предприятиях позволят при условии применения на территории Курского края многократно снизить концентрацию токсичных химических элементов в сточных водах гальванического производства.
Список литературы
1. Теоретические основы промышленной экологии. Агадуллина А.Х., Маликова Т.Ш., Туктарова И.О., Короткова Л.Н. Уфа, 2016.
2. Официальный сайт Группа компаний «Транснациональный экологический проект». Технопарк РХТУ им Д.И. Менделеева. URL: www.enviropark.ru (дата обращения 03.02.2017).
3. Будыкина Т. А., Мальцева В.С., Сазонова А.В. Использование природного сорбента «Аквамаг» для очистки сточных вод., Сборник статей Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы химической науки, практики и образования». г. Курск, КурскГТУ, 19-21 мая 2009. Часть 2. с. 90-92.
4. Патент № 2424192 RU C1 C02 F 1/28 B01J 20/04 C01F 5/14 C01F 5/24 C02F 103/16 Способ очистки сточных вод от ионов хрома (III)/ Мальцева В.С., Будыкина Т. А.// Опубликовано: 20.07.2011 Бюл. № 20.
5. Будыкина Т. Нетрадиционные реагенты - ловцы загрязнений. Журнал РАН «Наука в России», № 3-2011, с. 14-18.
6. Мальцева В.С., Будыкина Т.А., Сазонова А.В. Очистка сточных вод от тяжелых металлов нетрадиционными сорбентами. Материалы I международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и охраны труда». 15 мая 2009 г. г. Курск, КурскГТУ, 2009. с. 87-89.
7. Будыкина Т. А. Некоторые аспекты очистки сточных вод гальванических производств. Труды XI Международной научно-практической конференции «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность». 11-14 ноября 2008 г., г. Кемерово. с. 2022.
Budykina Tat'iana Alekseevna, Doctor of Engineering, Professor, «Health and Safety, and Transportation Means Service» Department, Kursk State University
33 Radishcheva str., 305000, Kursk, Russian Federation, tel.: +7 (950) 873-70-25, e-mail: tbudykina@yandex.ru
Prudnikov Nikolai Alexandrovich, student, Kursk State University
33 Radishcheva str., 305000, Kursk, Russian Federation, tel.: +7 (910) 730-80-84, e-mail: prudnicovnick@gmail.com
MODERN TECHNOLOGIES OF NEUTRALIZATION GALVANIC WASTEWATER ENGINEERING INDUSTRIES
Abstract. This article discusses modern technologies of neutralization galvanic wastewater engineering industries with submersible electrochemical modules, membrane technologies, new reagents.
Keywords: galvanic production, heavy metal ions, waste water, submersible electrochemical modules, ultrafiltration, reverse osmosis, reagent «Aquamag»
