Выбор технологии по очистке сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОАО «ЭЛЕКТРОКОНТАКТОР»

1.2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА КАК ИСТОЧНИКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

1.3 Характеристика водопотребления и водоотведения ОАО «Электроконтактор»

ГЛАВА 2. ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО, КАК ОСНОВНОЙ ИСТОЧНИК ЗАГРЯЗНЕНИЯ. 2.1. Технологический процесс гальванической очистки сточных вод. 2.2. Характеристика сточных вод гальванического отделения

ГЛАВА 3. РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА. ВЫБОР МЕТОДА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

3.1 Свойства Фенола

3.2 Методы очистки сточных вод от растворенных фенолов и выбор метода очистки

ГЛАВА4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ АНАЛИЗ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ФАКТОРОВ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ ОАО «ЭЛЕКТРОКОНТАКТОР»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

Современное состояние промышленности и экологическая ситуация в России требует развития нового подхода к правильному и быстрому выбору схем очистки сточных вод.

Развитие промышленности в XXI веке привело к ухудшению экологической ситуации в мире в целом, и особенно в развитых промышленных городах. Одной из составных частей антропогенных воздействий являются сточные воды промышленных предприятий, коммунальных хозяйств, ливневых стоков. Сточные воды - это самый большой по объему фактор, присутствующий постоянно. Поэтому сегодня перед предприятиями и городскими службами РФ стоит задача использования современного инновационного оборудования, позволяющего сделать наши города, реки, озера чистыми и пригодными для здоровой жизни. экологическая проблема гальваническое производство

Трудности анализа и проектирования оборудования для очистки сточных вод обусловлены различным составом сточных вод, производительностью, сложностью утилизации осадков, необходимостью выделения ценных компонентов и возвратом их в производственный цикл.

Сохранение гидросферы при непрерывном увеличении водопотребления и загрязнения водоемов промышленными и бытовыми отходами является одной из основных экологических проблем современности. Уже сейчас в мире используется 15% речного стока. В результате во многих регионах наблюдается недостаток пресной воды. Например, безвозвратное водопотребление в бассейнах рек Кубани, Дона, Урала, Терека и других превысило экологически безопасный уровень.

Охрана и рациональное использование водных ресурсов представляет собой весьма многогранную проблему, решением которой занимается инженерно-технические работники различных специальностей и, в первую очередь, специалисты-экологи.

При использовании в технологических процессах вода загрязняется различными органическими и неорганическими веществами, т. е., образуются сточные воды. Сточная вода - это вода, бывшая в бытовом, производственном или сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшая через какую-либо загрязненную территорию. Жидкие производственные отходы называют промышленными сточными водами или промышленными стоками. Эти стоки содержат в своем составе токсичные и ядовитые вещества, загрязняющие водоемы.

Одним из эффективных путей, направленных на уменьшение промышленных сточных вод в водоемы, является создание замкнутых систем водоснабжения, под которыми понимаются системы, в которых вода используется в производстве многократно без очистки или после соответствующей обработки, исключающей образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем.

Промышленные сточные воды, поступающие в замкнутые системы водоснабжения или сбрасываемые в водоемы, должны быть подвергнуты очистке механическими, химическими, физико-химическими, биологическими и термическими методами до необходимого качества. Разработка и выбор высокоэффективных методов очистки промышленных стоков является сложной инженерной задачей, которую приходится решать инженерам-экологам, работающим на предприятиях и в научно-исследовательских институтах.

Целью настоящей выпускной квалификационной работы является Выбор технологии по очистке сточных вод ОАО «Электроконтактор» от наиболее вредных веществ - фенолов.

В процессе работы предприятия в городе Владикавказ особую озабоченность приобретает проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Кроме того, на этот фактор накладывается неблагоприятный микроклимат, что в совокупности вызывает экологическую нестабильность и рост заболеваемости населения в акватории деятельности ОАО «Электроконтактор ».

Для повышения качества окружающей природной среды ОАО «Электроконтактор» необходимо разработать перспективные проекты и программы строительства новых, реконструкции и совершенствования действующих природоохранных объектов, проведение радикальных инженерно-технических и санитарно-экологических мероприятий с целью коренного улучшения экологичности производства.

В настоящее время на заводе действует гальванокоагуляционный метод очистки сточных вод. Этот метод очистки является наиболее эффективным. Он не требует реагентов, потребляет незначительное количество электрической энергии, имеет высокую удельную производительность, прост в обслуживании и управлении.

Однако, для создания оборотного водоснабжения на предприятии, требуется более эффективный способ очистки сточных вод.

ГЛАВА1. Физико-географическая характеристика ОАО «Электроконтактор»

ОАО «Электроконтактор» расположен на юго-восточной окраине г. Владикавказ. Занимаемая площадь, согласно государственного Акта на право собственности на землю № Сев-Ос - 01-00-00324 № 188 составляет - 13,3174 га.

Завод граничит:

? с востока - с кладбищем;

? с севера - автодорогой по ул. Кабардинской;

? с запада - жилыми кварталами;

? с юга - лесопосадками.

Ближайшее жилье находится на расстоянии 200 метров от источников выбросов. В составе предприятия: основное производство и вспомогательные цеха.

Основное производство:

? сборочный цех;

? цех ТНП;

? ДОЦ;

? эксперементальный цех;

? гальванический цех;

? ОГМ;

? РМЦ;

? цех пластмасс;

? прессовый цех (АМЦ);

? инструментальный цех.

Вспомогательные производства:

? котельная;

? гараж;

? хлебопекарня;

? стоянка автотранспорта.

Условные обозначения:

-------- - горводоканал;

---о--- - канализация;

1. проходная;

2. склад;

3. склад ГСМ;

4. плавильный цех;

5. кузня.

Рис. 1. Схема расположения систем водоснабжения и канализации.

1.2 Характеристика проектируемого объекта как источника загрязнения окружающей среды.

Предприятие занимается выпуском электроконтакторов, товаров народного потребления: садово-огородных тележек, детских санок, складных столов, зернодробилок, багажников, изделий из пластмассы, складных кроватей, бетонных блоков и пр.

Основными источниками выбросов вредных веществ в атмосферу являются: цех пластмасс, гальванический цех, участок производства асбестовых перегородок, участок производства электродов, литейные участки, цех ТНТ (изделия из пластмасс), инструментальный участок, сборочный цех, котельная, покрасочные камеры, деревообрабатывающий цех, производство бетонных блоков, склад ГСМ.

Сборочный цех

В цехе производят сборку контакторов. Источниками образования вредностей являются столы сборочные, где происходит зачистка пластмассовых деталей и обезжиривание их. В атмосферный воздух выделяются взвещенные вещества и ацетон.

Инструментальный цех

В цехе изготовляют пресс-формы для литья пластмасс и металлов, выделяются оксид железа, пыль абразивная. От кузнечного горна выделяются оксиды азота и углерода.

В прессовом цехе производится вырубка и штамповка деталей различного типа из черных и цветных металлов (участок ЦОЦМ) комплектующих изделий. В результате работы прессов и заточных станков в воздух выделяются аэрозоли минеральных масел, пыль абразивная и другие вещества. При работе покрасочного конвейера в атмосферу поступают ксилол и уайт-спирит.

Экспериментальный цех

Основная продукция - товары народного потребления: тележки садово-огородные, санки детские, смесители передвижные, самокаты детские, столы складные, зернодробилки и др. Источниками образования вредностей являются сварочные, окрасочные работы. В атмосферный воздух выделяются: взвешенные вещества, марганец и его соединения, аэрозоли толуола, ацетона, ксилола, бутилацетата.

Деревообрабатывающий цех - в качестве товарной продукции выпускают: кровати детские, плинтуса, наличники, штапики. Источниками вредностей являются: станки деревообработки. Выбрасывается пыль древесная.

Цех пластмасс

Цех выпускает детали и заготовки, комплектующие из стекловолокна и пресс-массы, а также крышки полиэтиленовые для бутылок, банок, посуду полиэтиленовую из полистирола. Источниками образования вредных выбросов являются: гидропресс, термопласт автоматы, установка распушки асбеста, станки зачистки перегородок, приготовление асбестоцементной смеси. В воздух выделяются: пыль стекловолокна, фенол, формальдегид, пыль асбестосодержащая, пыль полистирола, стирол.

Автоматно-механический цех (АМЦ)

Цех выпускает изделия комплектующие из металла проката (болты, винты, заклепки, рейки, пружины и т. д.). источниками образования вредностей являются станки механической обработки металла, заточные станки. В воздух выделяются аэрозоли масла минерального, пыль абразивная.

В гальваническом цехе производится обезжиривание, хромирование, оцинкование и лужение комплектующих изделий, а также их окраска. При этом в воздух выделяются: натрия гидроксид, соединения трехвалентного хрома, хлористый водород, аммиак, оксид цинка, серная и азотная кислоты, толуол, ксилол, ацетон, взвешенные вещества. На участке УЗО и катушек осуществляется прессование, намотка и пайка катушек, а также сборка устройств защитного отключения, в результате осуществления технологического процесса в воздух поступают пыль стекловолокна, толуол, эпихлоргидрин, олово, свинец и его неорганические соединения, флюс канифольный, этиловый спирт. В ОГМ производят ремонт различного заводского оборудования и оснастки. Источниками выделения загрязняющих веществ в атмосферу являются заточные станки и сварочные посты. При работе котельной, оснащенной котлами ДКВР, в воздух выбрасываются оксиды азота и углерода. На складе ГСМ выделяются предельные углеводороды и ЛОС. Всего на предприятии 41 источник: из них организованных - 38, неорганизованных - 3.

ОАО «Электроконтактор» является основным загрязнителем атмосферного воздуха в данном районе. Нормируемая санитарно-защитная зона (СЗЗ) предприятия в соответствии с СанПин2.2.1/2.111200 -03 100 метров от источников выбросов.

Для очистки атмосферного воздуха функционирует газопылеочистные установки в количестве 7 шт., оснащенные циклонами ЦН -15, пылеулавливающими камерами, агрегатами ЗИЛ - 900 м. Все установки в рабочем состоянии.

Годовой выброс вредных веществ составляет 20,480748 т/год, из них твердых 2,204548, газообразных и жидких 18,2762 т/год. Снижение выбросов вредных веществ в атмосферу обусловлено уменьшением выпуска ассортимента продукции: электроконтакторов, товаров народного потребления, а также изменением технологии производства товаров народного потребления.

На балансе предприятия находятся 14 единиц автотранспорта, в т. ч. 1 автопогрузчик. Передвижными источниками в атмосферу выбрасывается 13,148383 т/год загрязняющих веществ.

Водоснабжение предприятия осуществляется от горводопровода, ввод оснащен водомером.

Расчет водопотребления осуществлен согласно СНИП и «Укрупненным нормам». Платежи за сброс сточных вод осуществляются согласно показаниям водомера.

Для технологических процессов используется техническая вода от ОАО «Ирстекло». Система оборотного водоснабжения (СОВ) подпитывается из технического водовода. Сброс стоков из гальванического цеха оснащен локальными очистными сооружениями, после них сточные воды, смешиваясь с хозяйственно-бытовыми, сбрасываются городской коллектор одним выпуском.

Шлам очистных сооружений используется для изготовления бетонных блоков.

Основными отходами ОАО «Электроконтактор» являются отходы от эксплуатации автотранспорта: изношенные автошины, отработанные аккумуляторы, отработанные масла, электролит, а также отходы полимерных материалов, металлолома черных и цветных металлов, древесные отходы и др.

На вывоз металлолома, бытовых отходов, опилок, а также отходов от эксплуатации автотранспорта имеются соответствующие договора.

Отходы полимерных материалов частично вывозятся с территории предприятия, частично дробятся и используются на предприятии, а остатки, согласно договору, вывозятся с территории предприятия.

ГЛАВА 1.3. Характеристика водопотребления и водоотведения ОАО «Электроконтактор»

Промышленная площадка предприятия оборудована сетями хозяйственно -питьевого и производственного водопроводов, объединенной производственно-бытовой канализацией, а также, системами оборотного водоснабжения в виде замкнутого цикла для трех разных производств. Хозяйственно-питьевой водопровод подключен к городской магистрали одним вводом.

Для обеспечения напора в сетях хозяйственно-питьевого водопровода на территории завода имеется насосная станция подкачки, оборудованная насосом КМ50-100, производительность - 12,5 мі/час и водомером диаметром 100 мм.

Хозяйственно-питьевая вода обеспечивает бытовые нужды работающих, подается на технологические нужды хлебопекарни (кооператив «Масис») и прачечной.

Производственные нужды обеспечиваются от технологического водопровода стекольного завода. Насосная станция подкачки расположена на территории медицинского училища, оборудована насосами ЗМ-6 - 1шт. Производительность - 50 мі/час; 2КМ-100 - 2шт.(один рабочий, второй резервный).

Вода из технического водопровода подается на технологические нужды: - для приготовления растворов на участке гальванических покрытий и электровафельниц; - на охлаждение оборудования в цехе пластмасс на участке катушек и прессцехе; -на увлажнение массы при производстве перегородок (цех пластмасс); - на подпитку оборотных систем и на приготовление горячей воды для технологических нужд.

Первая охлаждающая система оборотного водоснабжения предназначена для охлаждения оборудования компрессорной станции и состоит из открытой градирни оросительного типа с бассейном и насосной станции, оборудованной насосами 2К6 (один рабочий, второй резервный). Производительность - 30 мі/час.

Вторая охлаждающая система оборотного водоснабжения предназначена для охлаждения термопласт автоматов цеха товаров народного потребления и состоит из градирни заводского изготовления с бассейном и насосной станции, оборудованной насосом ВК2/26А-У2, производительностью 8 мі/час.

Третья охлаждающая система оборотного водоснабжения предназначена для охлаждения литейных машин на участке литейного производства и состоит из градирни заводского изготовления с бассейном и насосной станции, оборудованной насосом ВК2/26, производительностью 8 мі/час.

Площадочные сети объединенной канализации принимают бытовые и производственные стоки цехов и вспомогательных производств и одним выпуском подключается к горколлектору. Основные загрязнения стоков дает гальванический участок, такие как: хром шестивалентный, цинк, никель, медь, кадмий, свинец, фенолы.

В настоящее время на заводе существуют очистные сооружения гальванических стоков, производительностью 16 мі/час. Очистка стоков происходит на барабанных коагуляторах КБ-1 с доочисткой на фильтрах с зернистой загрузкой. Очищенные стоки возвращаются на гальванический участок.

Отходы образуются в результате деятельности рабочих и служащих (бытовые отходы), эксплуатации автотранспорта (аккумуляторы, шины, масло автомобильное), отходы производства (отходы металла, пластмасс, деревообработки, тары и т. д.).

В состав завода входят:

? Основные цеха: сборочный, инструментальный, прессовый, гальванический, пластмасс, ОГМ, УЗО и катушек, РСУ;

? Вспомогательные подразделения: котельная, гараж, столовая, медпункт, торговый центр.

Для производственно-технических нужд завод использует питьевую и техническую воду. Снабжение предприятия водой на производственно-технологические нужды осуществляется с технического водовода ОАО «Ир стекло» в объеме 50004 мі/год. Согласно договору на отпуск воды и прием сточных вод между ОАО «Электроконтактор» и ПУВКХ г. Владикавказ отпуск осуществляется по одному вводу в объеме - 72000 мі/год, (6000 мі/мес.)

На предприятии для охлаждения оборудования, выделяющего тепло в процессе работы и требующего охлаждения (термостаты, компрессоры, литейные машины), используется оборотное водоснабжение. Снабжение холодом осуществляется компрессорной установкой.

Предприятие работает 256 дней в году, по 8 часов в день. Общий расход стоков вместе с бытовыми составляет 122004 мі/год; 10167 мі/мес; 57,77 мі/час. Приемником сточных вод является городской коллектор общеплановой канализации.

Таблица 2.1. Нормативы допустимого сброса (НДС) загрязняющих веществ, поступающих со сточными водами в канализационную сеть г. Владикавказ.

№ п.п.	Показатели состава сточных вод	Фактич. Концентр. (г/мі)	Фактич. Сброс (г/час)	Допус. Концентр. (г/мі)	Утвержденный НДС, (г/час)
1.	Взвешенные вещества	260,7	9463,41	100,85	3660,86
2.	БПК 5	62,7	2276,01	99,0	2276,01
3.	БПК 20	10,96	397,85	3,0	108,9
4.	Хлориды	300,0	10890,0	52,5	1905,75
5.	Сульфаты	2,5	90,75	2,5	90,75
6.	Азот аммонийный	2,4	87,12	2,4	87,12
7.	Нитриты	1,85	67,16	0,02	0,726
8.	Нитраты	20,3	736,89	9,1	330,33
9.	Железо общее	0,13	4,72	0,13	4,719
10.	Фенолы	0,1	3,63	0,01	0,0363
11.	Фосфаты	4,7	170,61	4,7	170,61
12.	Никель	0,008	0,29	0,008	0,29
13.	Медь	1,43	12,97	0,045	3,24
14.	Хром общий	0,07	0,63	0,48	0,63

Поступающая на предприятие вода распределяется между тремя группами потребителей:

? хозяйственно-бытовые объекты (столовая, дешевая, туалеты, умывальники);

? требующее охлаждения (термопласт автоматы, компрессоры, литьевые машины и т. д.); гальваническое производство.

На предприятии широко используется гальваническое покрытие металлами деталей электроконтакторов и товаров народного потребления. В гальваническом производстве проходят процессы:

? Обезжиривание;

? Травление;

? Химическое пассивирование;

? Цинкование;

? Никелирование;

? Меднение;

? Покрытие олово-висмут;

? Кадмирование;

? Хромирование.

Ванны обезжиривания, травления и электролизные расположены в гальваническом цехе на одной отметке.

ГЛАВА 2. ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО, КАК ОСНОВНОЙ ИСТОЧНИК ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Сточные воды гальванических производств являются наиболее опасными с точки зрения токсичности, так как в своем составе содержат высокотоксичные ингредиенты в виде тяжелых металлов. Поэтому в промышленности функционирует множество технологических схем очистки сточных вод, базирующих на различных методах.

Сточные воды гальванических производств подразделяются на следующие основные категории:

1. - чистые, от охлаждения технологического оборудования (50-80 % общего количества);

2. - загрязненные механическими примесями и маслами (10-15 %);

3. - загрязненные кислотами, щелочами, солями, соединениями хрома, цинка, меди, никеля, циана и другими химическими веществами (50-80 %);

4. отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) или эмульсии (1-2 %);

5. загрязненные пылью вентиляционных систем и горелой землей литейных цехов (10-20 %);

6. поверхностные (дождевые, талые, поливочно-моечные).

Соединения тяжелых металлов могут находиться в сточных водах практически всех категорий, но наибольшее их количество наблюдается в водах 3 и 4 категорий. Тяжелые металлы могут попадать в сточные воды из технологических растворов, как продукты деструкции обрабатываемых деталей и инструмента, при промывке оборудования и изделий.

Сточные воды 3 категории образуются в процессе химической и электрохимической обработки изделий. Они содержат тяжелые металлы преимущественно в виде химических соединений, как правило, растворимых.

Сточные воды 4 категории образуются при механической обработке изделий. Основная масса тяжелых металлов находится в них в виде мелкодисперсных взвесей, но часть может находиться в виде растворимых соединений.

По объему, составу загрязнений третья категория сточных вод является преобладающей. По существующей классификации, сточные воды этой категории делят на следующие группы: кисло-щелочные, хромсодержащие, циансодержащие, фторсодержащие. Химические и электрохимические процессы обработки изделий являются основными источниками загрязнений сточных вод гальванических производств. Вода загрязняется в процессе охлаждения и мойки оборудования и тары, на основных и вспомогательных технологических операциях.

Все стоки: промывные воды, отработанные технологические растворы и электролиты направляются для дальнейшей очистки на локальные очистные сооружения (ЛОС). Для очистки производственных стоков от гальванического участка на предприятии внедрен гальванокоагуляционный метод очистки.

Гальванокоагуляционный метод очистки основан на использовании эффекта гальванического элемента железо-медь, находящихся в коагуляторе. За счет разности электрохимических потенциалов, железо поляризуется анодно и переходит в раствор без наложения тока от внешнего источника. Процесс осуществляется в проточных аппаратах барабанного типа, вращение которых обеспечивает переменные контакт-гальвано пары, очищаемого раствора и кислорода воздуха. Все соединения тяжелых металлов в процессе коагуляции выпадают в осадок.

Перед подачей на очистные сооружения гальванические стоки собираются в накопительную емкость. В ней происходит взаимная нейтрализация щелочных и кислотных стоков, а также усреднение концентрации ионов тяжелых металлов и анионов.

Рис. 2.1. Гальванокоагуляционный метод очистки производственных стоков от гальванического участка.

2.1 Технологический процесс гальванической очистки сточных вод

? Коагулятор первой ступени очистки загружают медной и железной стружкой в соотношении 1:4 (100 кг меди и 400 кг железа);

? Коагулятор второй ступени очистки загружают медной и алюминиевой стружкой в соотношении 1:4 (100 кг меди и 400 кг алюминия);

? Отработанный технологический раствор поступает в приемную емкость;

? Подать отработанный технологический раствор в усреднительную емкость насосом для разбавления чистой воды с целью уменьшения концентрации тяжелых металлов и снижения рабочей нагрузки на коагуляторы первой и второй ступени очистки;

? С целью интенсификации процесса окисления необходимо включить подачу сжатого воздуха для перемешивания стоков в усреднителе;

? Направить разбавленные стоки в полочный отстойник;

? Направить отработанный технологический раствор для осаждения образовавшегося в процессе коагуляции осадка (магнетика) в полочный отстойник первой ступени очистки;

? Подать отработанный технологический раствор из полочного отстойника в коагуляторы второй ступени очистки;

? Направить отработанный технологический раствор из полочного отстойника в коагуляторы второй ступени очистки;

? Проверить рН, должна соответствовать 8,5. Контроль проводить индикаторной бумагой;

? Подать, прошедший вторую ступень очистки, технологический раствор в полочный отстойник второй ступени для удаления образовавшегося осадка (алюмината);

? Подать при помощи насоса из полочного отстойника на контактный фильтр для осаждения более мелкодисперсных взвесей;

? Очищенный отработанный технологический раствор поступает в накопительную емкость;

? Очищенную воду при помощи насоса направить в усреднительную емкость и использовать для разбавления исходных стоков, использовать для нужд гальванического цеха или сбросить в случае невостребованности в канализацию;

? Подать при помощи насосов осадки тяжелых металлов и коллоидных частиц в шламонакопительную емкость;

? Подать из шламонакопительной емкости влажный осадок в отстойник для уплотнения;

? Вывезти шлам очистных сооружений для дальнейшего использования в производстве плитки тротуарной на участок РСУ.

2.2 Характеристика сточных вод гальванического отделения

В промышленности гальванотехнические методы применяют прежде всего для получения медных, никелевых, хромистых, оловянных, цинковых и кадмиевых покрытий, а также серебряных, золотых и из других благородных или редких металлов. Часто встречается также и электрохимическая полировка алюминиевых покрытий, так называемое анодирование.

Каждый технологический процесс гальванического нанесения металлических покрытий состоит из ряда отдельных операций, которые в большинстве случаев можно разделить на следующие три группы:

1. подготовительные работы - их цель состоит в подготовке поверхности металла для нанесения покрытия гальваническим путем; на этой стадии технологического процесса проводят шлифование, обезжиривание и травление;

2. основной процесс - образование соответствующего металлического покрытия с помощью гальванического метода;

3. отделочные операции - служат для облагораживания и защиты гальванических покрытий; наиболее часто для этой цели применяют пассивирование, окраску, полирование и лакирование.

Для нужд технологии очистки сточных вод гальванотехнические операции чаще всего классифицируют, исходя из реакции и химического состава электролитов, служащих источником образования сточных вод. Гальванические операции делят на три группы, соответствующие трем видам сточных вод.

1. Операции, при которых образуются растворы или промывные воды, содержащие цианистые соединения: к ним относятся основные процессы электрохимического выделения металла из их цианистых солей (цинкование, кадмирование, меднение, серебрение), а также операции промывки после этих процессов.

2. Операции, при которых растворы или промывные воды содержат хромистые соединения: к ним относятся процессы хромирования, хромистой пассивации и операции промывки после этих процессов.

3. Операции, при которых растворы и промывные воды не содержат упомянутых соединений: к ним относятся некоторые вспомогательные работы (обезжиривание и травление), основные процессы и отделочные работы.

Конструкция гальванокоагулятора

Генерация коагулянта производится в проточных вращающихся барабанах, в которых помещается смесь (стружка), образующая гальванопару

Вращение барабана обеспечивает контакт стружки с воздухом и очищает ее поверхность от продуктов реакций за счет трения. При вращении барабана стружка попеременно то погружается в протекающий сквозь него сток, то оказывается на воздухе. Скорость вращения барабана 30-60 об/ч.

Для реализации гальванокоакуляционного метода разработаны аппараты различных модификаций, которые применяются для очистки воды от ионов тяжелых металлов.

Барабан длиной 3,5 м и диаметром 1,2 м обеспечивает очистку сточных вод с расходом 2-4 мі/ч. При производительности 10 мі/ч длина барабана достигает 10 м. К недостатком аппаратов следует отнести большие габаритные размеры, значительный шум и вибрацию, невозможность регулирования параметров процесса.

( Типовая схема очистки сточных вод с применением гальванокоагулятора включает усреднитель стоков- 1, гальванокоагулятор -2; бак -3 для приготовления раствора серной кислоты, используемой для корректировки pH воды до значений 2-4; отстойник- 4 для отделения смеси гидроксидов металлов от очищаемой воды; аппарат- 5 для механического обезвоживания осадка и насос- 6. Гальванокоагуляционный метод широко применяется при очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов и Cr ⁶⁺.

В результате растворения железной стружки сточная вода обогащает соединениями железа (II) и (III), причем соединения железа (II) способствует восстановлению хрома (VI) до хрома (III) по реакциям:

Cr2O7 + 6Fe + 14H+ > 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H2O,

2Cr³⁺ + 3Fe(OH)2 + 4H2O > 3Fe(OH)3v + Cr(OH)3v + 2OH?

Соединения железа (III) в виде гидроксидных соединений трехвалентного железа (лепидокрокита и гетита) и оксидных (магнетита Fe3O4 и гематита Fe2O3) участвуют в сорбции и коагуляции загрязнений, а также в процессах ферритообразования.

Очистка сточных вод обеспечивается одновременным действием нескольких факторов, основными из которых являются:

? восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного;

? контактное осаждение металлов на поверхности железной стружки;

? коагуляция грубодисперсных примесей;

? образование соединений включения (клатратов);

? образование ферритов;

? сорбция органических веществ на свежеобразовавшихся кристаллообразных соединениях железа.

Тяжелые цветные металлы извлекаются в виде ферритов. Наиболее эффективное извлечение меди, цинка, хрома (VI) и хрома (III) из сернокислых растворов наблюдается при pH исходных стоков 2,5-2,7, причем медь и хром (III) эффективно извлекаются в широком диапазоне исходных концентраций - от 50 до 250 мг/л, а хрома (VI) - 200мг/л. Никель наиболее эффективно извлекается при pH 3,5-3,7. Цинк и никель хорошо извлекаются лишь при низких концентрациях: цинк до 50 мг/л и никель до 100 мг/л. Конечная концентрация ионов тяжелых металлов 1-0,1 мг/л.

Сульфат-ионы извлекаются в виде сложного сульфооксигидроксокомплекса железа и в незначительных количествах в виде сульфата железа. Небольшая часть сульфат-ионов извлекаются за счет восстановления S6+ в определенных условиях до S2- и выделения в виде малорастворимого сульфида железа (пирротина).

Извлечение кальция происходит за счет формирования микрокристаллов CaSO4 в адсорбционных слоях коллоидных мицелл оксигидроксокомплексов железа, а также в виде сложного алюмосиликата (плагиоклаза). Степень извлечения составляет примерно 50%. При гальванокоагуляционной очистке расход железа составляет 0,2-1 кг на 1 мі очищаемых сточных вод в зависимости от pH обрабатываемой воды. В результате образуется 0,4-1,5 кг железистого отхода на 1 мі очищаемых сточных вод.

Для глубокой очистки сточных вод гальванокоагуляционный метод применяют в сочетании с последующей обработкой стоков известковым молоком. Кроме того, сточная вода, прошедшая обработку в гальванокоагуляторе, содержит большое количество взвешенных, плохо отстаивающихся мелкодисперсных твердых частиц, представляющих собой главным образом ферриты и частицы кокса. Поэтому стоки перед сбросом в канализацию подвергают многоступенчатой очистки от взвешенных частиц: выдержке в отстойнике, фильтрованию через пористые материалы и фильтры с плавающей загрузкой. Осадок из нижней части отстойника подвергают очистке на пресс-фильтрах.

Проанализировав существующую систему очистки гальваностоков, следует отметить недостаточную эффективность очистки сточных вод от взвешенных частиц, тяжёлых металлов и полное отсутствие очистки от фенолов, которые относятся к 2-му классу опасности.

ГЛАВА 3. РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА. ВЫБОР МЕТОДА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Практика работы показывает, что улучшения качества очистки можно добиться за счет оптимизации работы существующих очистных сооружении и, при необходимости, организации отдельных дополнительных узлов доочистки стоков. Выбор технологической схемы очистки стоков определяется нормативными требованиями региона к качеству очищенной воды. В свою очередь, выбранная технологическая схема требует определенной компоновки гальванических линий.

Создание замкнутых схем водоснабжения позволяет полностью исключить загрязнение водной среды, но требует больших эксплуатационных затрат, что повышает себестоимость гальванопокрытий. Значительного улучшения экологической ситуации на производстве можно достигнуть за счет частичного возврата воды на промывные операции, уменьшения сброса очищенных стоков в горколлектор или открытые водоемы, что возможно при использовании гальванических линий, отвечающих требованиям экологической безопасности. Создание схем с замкнутым водоснабжением или частичным сбросом требует реконструкции гальванического производства для организации оптимальных компоновок ванн в гальванических линиях с целью минимизации затрат на очистку стоков.

В настоящей выпускной квалификационной работе предложена реконструкция системы очистки сточных вод гальванического цеха ОАО «Электроконтактор» с доочисткой их от фенолов.

3.1 СВОЙСТВА ФЕНОЛА

Фенол - при обычных условиях бесцветная или слабоокрашенная кристаллическая масса, незначительно усиливающая свою окраску при хранении. Обладает специфическим резким запахом.

Свойства

Относительная молекулярная масса - 94,11 а. е. м.

Температура плавления - 40.5 ⁰ C

Температура кипения - 181.7 ⁰ C

Плотность - 1,07 г/см³

Температура вспышки - 79⁰C (в закрытом тигле); 85⁰ C (в открытом).

Фенол был открыт в 1834 году немецким химиком-органиком Фридлибом Рунге, обнаружившим его при перегонке каменноугольной смолы. Состав вещества был определён лишь в 1842 году Огюстем Лораном. Он же обнаружил кислотные свойства фенола, но считал его спиртом и предложил назвать фенолом.

Фенол -- первый член ряда фенолов (органических веществ, в состав которых входит одна или несколько гидроксильных групп, присоединенных к углероду бензольного кольца) и типичный представитель этого класса соединений.

При взаимодействии с щелочами фенол образует соли -- феноляты, с общей формулой C₆H₅OMe:

2C₆H₅OН + 2NaOH = 2C₆H₅ONa + H₂

Взаимодействие C₆H₅ONa с диметилсульфатом приводит к простому эфиру фенола -- анизолу.

Реакции электрофильного замещения фенола протекают по орто- и пара-положениям. Так, нитрование фенола концентрированной азотной кислотой приводит к 2,4,6-тринитрофенолу (пикриновой кислоте), бромирование Br₂ - к 2,4,6-трибромфенолу, сульфирование - к смеси о- и п-фенолсульфокислот, алкилирование алкилгалогенидами, олефинами или спиртами в присутствии кислых катализаторов - к смеси о- и п-алкилфенолов.

Фенол конденсируется с альдегидами:

- при действии щелочных или кислых катализаторов на смесь фенола и какого-либо альдегида жирного ряда происходит конденсация в о- и п-положениях. Эта реакция имеет очень больше практическое значение, так как лежит в основе получения важных пластических масс (бакелиты) и лаковых основ;

- конденсация фенолов с ароматическими альдегидами лежит в основе получения некоторых важных красителей трифенилметанового ряда.

Класс опасности - 2.

Фенол по степени воздействия на организм относится к высокоопасным веществам.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны - 0,3 мг/м³. Максимально разовая ПДК в атмосферном воздухе населенных мест - 0,01 мг/м³, среднесуточная - 0,003 мг/м³.

ПДК в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования - 0,001 мг/дм³. Запах фенола - сильный и сладковатый - начинает ощущаться, если концентрация фенола в воздухе превышает 0.04 ppm (0.000004%).

При превышении ПДК возможны отравление, раздражение слизистых оболочек и ожог кожи.

Острые отравления фенолом происходят главным образом при попадании его на кожу. При общем отравлении наблюдается повышение температуры, нарушение функций нервной системы и дыхания. При хроническом отравлении - раздражение дыхательных путей, расстройство пищеварения, тошнота, слабость, кожный зуд, конъюнктивит.

По сообщению Управления по охране окружающей среды США (EPA), максимальная доза фенола, которая условно безопасна при попадании внутрь организма человека, составляет 0,6 мг/1 кг живого веса в течение 1 суток. Данная доза рассчитана без учета возможного канцерогенного эффекта фенолов, который способен проявиться спустя достаточно большой период времени. Следует отметить, что указанная величина служит исключительно в качестве точки отсчета: она показывает, что при концентрациях фенола выше данной, вероятность неблагоприятных последствий для здоровья человека резко возрастает.

3.2 МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ РАСТВОРЕННЫХ ФЕНОЛОВ

Проблема полной очистки производственных стоков от растворенных в воде органических веществ, в частности фенолов, является одной из наиболее важных и одновременно трудно решаемых. Несмотря на огромное число отечественных и зарубежных разработок, данную проблему нельзя считать решенной. Причин этому несколько. Во-первых, многообразие систем по химическому составу и условиям образования и существования требует проведения индивидуальных исследований для каждого конкретного случая, что не всегда возможно. Во-вторых, технология достаточно полной очистки воды, как правило, диктует соблюдение особых условий, которые трудно выполнимы на практике. В-третьих, многие эффективные способы глубокой очистки сопряжены с большими экономическими и ресурсными затратами, использованием дефицитных реагентов с последующей их регенерацией, утилизацией или захоронением отходов; и для некоторых предприятий все это выполнить очень сложно. Поэтому поиск новых эффективных способов очистки промышленных сточных вод является по-прежнему актуальным.

Для снижения концентраций нефтепродуктов в воде до уровня ПДК применяют методы глубокой очистки, как правило, на заключительных стадиях водоочистки.

При переработке нефти с достаточно высокой концентрацией серы образуются стоки, содержащие, мг/л: нефтепродуктов - 3000; летучих фенолов - 5000; БПКполн - 75000; ХПК - 85000; сульфидов - 26000; общей серы -35000; общая щелочность составляет 100000, показатель рН равен 14.

Концентрация растворенных нефтепродуктов в воде определяется химическим составом и структурой молекул загрязнения. Ниже приведены значения растворимости наиболее распространенных нефтепродуктов в воде:

Таблица 1.

Вещество	Растворимость, мг/л
Нефть Дизельное топливо Керосин Бензин Мазут Пентан Октан Декан Додекан Бензол Толуол Фенол Формальдегид Диоксан	10 … 15 8 … 22 2 … 5 9 … 505 0.01 … 2 38.5 0.66 0.016 0.0037 1780 515 67000(160 С) не ограничено(66 0 С) не ограничено не ограничено

Из анализа представленных данных следует, что фенол особо опасен ввиду его относительно хорошей растворимости в воде.

При выборе метода обезвреживания фенолов в воде, прежде всего, следует установить химический и групповой состав загрязнений присутствующих в ней. Далее на основании требований, предъявляемых к состоянию воды и ее объему, подбирают наиболее эффективный и дешевый метод очистки.

Методы глубокой очистки условно можно разделить на две группы: регенеративные и деструктивные.

К основным деструктивным методам обезвреживания сточных вод от растворенного фенола относятся термоокислительные, окислительные методы, а также электрохимическое окисление и гидролиз. Деструктивные методы применяют в случае невозможности или экономической нецелесообразности извлечения примесей из сточных вод, в данном случае из-за малого содержания примесей фенола в отводимых сточных водах установки ЭЛОУ-АВТ-4, не требующего возврата фенола в производство. Выбор деструктивного метода для обезвреживания сточных вод производится главным образом с учетом расхода сточных вод, состава, количества фенола и требований к качеству очищенной воды и возможности ее повторного использования.

Применение регенерационных методов для очистки сточных вод химических производств позволяет обезвреживать сточные воды и извлекать фенолы, с последующим их применением. Но для установки ЭЛОУ-АВТ-4 использование этих методов нецелесообразно ввиду малого количества фенолов содержащихся в отводимых сточных водах. Существуют следующие регенерационные методы извлечения фенолов - экстракционная очистка, перегонка, ректификация, адсорбция, ионообменная очистка, обратный осмос, ультрафильтрация, этерификация, полимеризация, поликонденсация, биологическая очистка и перевод фенолов в малорастворимые соединения.

В данной работе рассматриваются те методы, которыми удается очищать воду от фенолов до уровня ПДК и ниже.

ДЕСТРУКТИВНЫЕ МЕТОДЫ

Парофазное окисление

Термическое парофазное окисление протекает при температурах 800-1000°С и заключается в испарении сточной воды в печи при избытке воздуха . Сущность данного метода заключается в окислении фенолов кислородом воздуха при повышенной температуре. Применение катализаторов позволяет снизить температуру процесса до 350-450°С. В качестве катализаторов используют алюмосиликатные носители с нанесенными на их поверхность платиной или палладием. Можно применять медно-оксидные и медно-хромоксидные катализаторы, но они менее активны по сравнению с платиновыми и палладиевыми.

Степень окисления составляет 96-100%. При температуре 350-400°С очистка осуществляется полностью. Снижение температуры приводит к уменьшению глубины окисления. Процесс протекает при небольшом избытке воздуха (1,3 раза).

Процесс глубокого окисления чувствителен к действию ряда соединений, содержащих серу, мышьяк, свинец, хлор и фосфор, которые являются дезактивирующими ядами и снижают срок службы катализатора.

Существенным недостатком процесса считают большие энергозатраты, связанные с переводом сточных вод в парообразное состояние. Поэтому целесообразно использовать этот процесс в следующих случаях:

- где водяные пары, загрязненные углеводородами, уже имеют необходимую температуру;

- или в тех случаях, когда требуется получать высокочистую воду (без примесей органических веществ и тяжелых металлов) в небольших количествах и для специальных целей;

- для небольшого количества сточных вод содержащих высокотоксичные органические примеси, извлечение и обезвреживание которых другими методами невозможно;

- при извлечении ценных минеральных примесей;

- в случае наличия горючих производственных отходов, которые могут быть использованы вместо топлива.

Жидкофазное окисление

Жидкофазное окисление нефтепродуктов кислородом воздуха осуществляется при температуре 200…300°С и давлении 10…15 МПа;

Время экспозиции составляет 30…60 мин. При этом окисляются 80…100% органических и элементоорганических соединений. Диапазон концентраций веществ, подаваемых на окисление, может быть достаточно высоким - от сотен мг/л до нескольких г/л, причем без увеличения времени пребывания в реакторе.

С целью ускорения процесса и повышения глубины деструкции углеводородов жидкофазное окисление проводят в щелочной и слабощелочной среде; при этом на скорость окисления может оказывать влияние и вид щелочного агента. Большую роль играет температура процесса. С повышением температуры существенно возрастает глубина окисления. С ростом давления увеличивается растворимость кислорода в воде, что приводит к ускорению реакции. Поэтому процесс жидкофазного окисления проводят при высоких давлениях.

Параметры процесса определяются видом загрязнений. Так, в случае фенолов степень окисления 97…99% достигается при температуре 250…300°С. Избыток кислорода должен составлять 1.1…1.5 по отношению к стехиометрическому.

При окислении фенольной сточной воды максимальное количество летучих с паром кислот (в пересчете на уксусную кислоту) образуется при температуре около 200 ⁰ С. Окисление фенолов в присутствии щелочи позволяет получать 3-4 % -ные растворы ацетата натрия и других солей [21].

Применение катализаторов при жидкофазном окислении позволяет снизить температуру процесса до 180°С и давление - до 1.7 МПа [7]. В процессе жидкофазного окисления фенола в воде на оксиде меди, нанесенном на активный оксид алюминия, при температуре 130…145°С, давлении 1.0…1.3 МПа и времени контакта 45…90 мин была достигнута полная его деструкция [8].

В качестве катализаторов используют в основном металлы переменной валентности, их оксиды и соли. Чаще всего это металлы VIII группы, а также Си , Мп и их соединения. Катализаторы в реакционную среду вводят в виде диспергированных чистых металлов или нанесенные на оксид алюминия или активированный уголь. Соли могут быть использованы как растворенные гомогенные катализаторы или как гетерогенные.

Применение каталитических систем позволяет разрушить практически все встречающиеся в стоках органические соединения. В результате обработки происходит глубокое окисление органических веществ до С0₂ и Н₂ О.

Метод жидкофазного окисления обладает следующими преимуществами - отсутствие необходимости испарения воды, универсальность (наряду с фенолами возможно удаление из сточных вод и других веществ).

К недостаткам жидкофазного окисления следует отнести сложное аппаратурное оформление процесса: насосы и компрессоры высокого давления, необходимость применения дорогостоящих конструкционных материалов и высоколегированных сталей по всему тракту высокого давления, образование накипи на теплопередающих поверхностях.

Озонирование.

Озонирование - широко используемый способ глубокой очистки воды от фенолов, а также от других нефтепродуктов. Озон обладает большой окислительной способностью, оказывает сильное бактерицидное действие, устраняет неприятный запах и привкус и возвращает воде естественный цвет.

Окислительные свойства озона в воде могут проявляться в реакциях прямого окисления, озонолиза, катализа, окисления радикалами и полимеризации. Прямому окислению подвергаются некоторые органические соединения. Каталитическое действие озона заключается в инициировании реакций окисления растворенным в воде кислородом.

Окисление озоном протекает по месту двойной связи бензольного кольца и параллельно окисляется гидрокисльный радикал с последующей рекомбинацией пероксирадикалов, пероксид водорода реагирует с озоном, образуя воду и кислород.

Для ускорения процесса инициирования целесообразно окисление проводить в щелочной среде. Чем выше величина показателя рН среды, тем больше степень окисляемости озоном. Оптимальное значение рН для окисления фенолов концентрацией менее 50 мг/л - равно 11.4 [30], результаты опытов приведены в таблице (2).

Таблица 2.

Результаты окисления озоном фенолов в водном растворе

(начальная концентрация фенолов в воде 100 мг/л, рН = 12).

Фенол	о-Крезол	м-Крезол
Расход озона, мг/л	Содержание фенола, мг/л	Расход озона, мг/л	Содержание о-Крезола, мг/л	Расход озона, мг/л	Содержание м-Крезола, мг/л
0 54 110 180 220 260	96 47 12 0,4 0,2 0,1	0 49 100 150 200 240	99 46 11 1,7 0,2 0,1	0 57 110 150 200 260	99 41 2,7 0,4 - -

Метод озонирования позволяет эффективно очищать воду от фенолов, при этом образуются альдегиды, щавелевая и дикарбоновые кислоты, гидропероксид, диоксид углерода и вода. Озон может быть применен для глубокой очистки слабо концентрированных сточных вод, содержащих биологически трудно окисляемые вещества. С помощью озонирования можно достичь очистки сточных вод до уровня 0.05 мг/л и ниже. При озонировании фенольных сточных вод содержащих другие примеси углеводородов образующихся при обессоливании - обезвоживании нефтепродуктов расход озона значительно возрастает по сравнению с расходом на озонирование чистых водных растворов, и достигает 5…10 г озона и более на 1 г фенола.

Преимуществом данного метода очистки можно считать то, что в воду не вносятся химические реагенты.

К недостаткам процесса озонирования следует отнести: малое время жизни молекул озона; низкий коэффициент полезного действия озонаторов; высокую стоимость озона; необходимость применения коррозионно-стойких материалов для оборудования; токсичность озона (ПДК в воздухе 0.0001 мг/л); образование при окислении высокомолекулярных соединений промежуточных токсичных органических веществ; высокую чувствительность к нарушениям технологических параметров озонирования (скорости прокачки воды и составу загрязнений).

Метод окисления диоксидом хлора

Водные растворы диоксида хлора в кислой среде довольно устойчивы. С повышением температуры и рН скорость разложения диоксида хлора увеличивается, особенно на свету. В щелочной среде диоксид хлора гидролизируется с образованием хлоритов и хлоратов. Фенол легко окисляется диоксидом хлора. В кислой и нейтральной средах основным продуктом окисления является бензохинон. Расход диоксида хлора на окисление 1 мг фенола до бензохинона составляет 1-1,2 мг. В щелочной среде при избытке диоксида хлора основные продукты окисления фенола - органические кислоты (из которых идентифицированы малеиновая и щавелевая). Для полного окисления 1 мг фенола до органических кислот при продолжительности контакта 15…20 мин необходимо 5 мг диоксида хлора [33].

Обработка сточных вод, загрязненных фенолами, диоксидом хлора может приводить к образованию хиноидных соединений или к разрыву бензольного кольца и образованию органических кислот - конечных продуктов окисления.

Метод окисления кислородом воздуха

Фенолы, растворенные в сточных водах, относительно легко окисляются кислородом воздуха. При взаимодействии с кислородом фенолы претерпевают глубокие структурные превращения: гидроксилируются, образуют хиноны, оксихиноны карбоновые, гуминовые кислоты перекисные соединения, а также продукты уплотнения. Дальнейшее окисление может привести к образованию диоксида углерода и воды. Глубина превращения фенолов зависит от параметров окисления. Многоатомные фенолы окисляются интенсивнее одноатомных. Особенно при рН=7. Например, степень разложения метилрезорциновой и диметлирезорциновой фракции при температуре сточной воды 40 ⁰ С и рН=9,5…13 составляет 30…50%, причем наблюдается образование продуктов уплотнения и конденсации фенолов, плохо растворимых в воде [34].

Пероксид водорода

Пероксид водорода являющийся одним из сильных окислителей, применяют обычно в виде 30% водного раствора. Разложение пероксида водорода - экзотермично, катализируется некоторыми металлами переменной валентности (железо, медь, марганец, кобальт, цирконий) и их солями. При окислении фенола пероксидом водорода в присутствии двухвалентного железа рН раствора снижается, при этом окислившееся - трехвалентное железо выпадает в осадок. Более 90% фенола окисляется в течение 10 мин. Для корректировки рН в воду добавляют щелочные агенты. Эффект очистки воды при использовании гидрооксида кальция выше .

...