Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вдосконалена технологія очистки стічних вод гальванічних виробництв

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. У зв'язку з погіршенням екологічного стану на сьогоднішній час особливо гострого значення набула проблема очистки стічних вод гальванічних виробництв від іонів важких металів.

Протягом останнього десятиріччя склад металовміщуючих стічних вод промислових підприємств перетерпів значних змін. Вивчення складу забруднень металовміщуючих стічних вод різних промислових підприємств України, Росії й країн Східної Європи свідчить про те, що: у стічних водах спостерігається досить велике збільшення вмісту іонів важких металів, у тому числі іонів хрому (в 10-30 разів), концентрації супутніх компонентів, значно підвищилась концентрація мінеральних солей, комплексних іонів, рН. Основною причиною цього є скорочення витрат води, що подається на промивання при незмінній виробничій програмі.

Стічні води гальванічних виробництв, забруднені солями важких металів, кислотами й лугами, що утворюються при хімічній і електрохімічній обробці металів та їхніх сплавів, а також при нанесенні гальванічних покриттів, належать до одного з найпоширеніших видів промислових стічних вод як в Україні, так і за кордоном. Такі виробництва перебувають в експлуатації в Україні на більш ніж 4000 підприємств машинобудування, приладобудування, металообробки, кольорової і чорної металургії та інших галузей промисловості.

Потрапляючи разом зі стічними водами у водойми без належного ступеня очистки, іони важких металів порушують хід природних біологічних процесів, знижують якість природних вод, впливають на санітарні умови життя і здоров'я людей. Тому методам вилучення іонів важких металів зі стічних вод приділяється особлива увага.

Також відзначається негативний вплив важких металів, що входять до складу стічних вод, на процеси біологічної очистки на міських очисних спорудах. Через відсутність жорстких вимог до екологічної безпеки гальванічних виробництв ця галузь промисловості в нашій країні розвивалася односторонньо. Основна увага приділялася вдосконаленню технологічних операцій і значно менше - очистці стічних вод.

Аналіз існуючих технологій очистки стічних вод гальванічних виробництв показав, що, незважаючи на різноманіття існуючих методів, найпоширенішим є реагентний. Однак його використання для очистки стічних вод від іонів важких металів, у зв'язку з підвищенням вимог до скидання очищених стічних вод у міську каналізацію або у водні об'єкти, без додаткових методів очистки утруднено. Великі дози використовуваних реагентів для очистки стічних вод приводить до збільшення сольового складу очищених стічних вод, що веде до необхідності подальшої очистки при використанні їх в системах оборотного водопостачання промислового підприємства.

Осади, які утворюються в результаті реагентної очистки стічних вод, являють собою пухкі й сильно обводнені шлами, які погано зневоднюються, що ускладнює та здорожує їх подальшу обробку і утилізацію.

У зв'язку із цим розробка і застосування нових технологічних методів, спрямованих на досягнення потрібного ефекту очистки, зменшення дози використовуваних при очищенні реагентів і зменшення кількості осадів, що утворюються, є очевидним та необхідним.

Таким чином, удосконалення технології очистки стічних вод гальванічних виробництв є актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана згідно з регіональною програмою «Екологічне оздоровлення басейну ріки Сіверський Донець», а також з планом Міністерства освіти і науки України «Компактні, економічні у будівництві блочні конструкції систем замкненого водопостачання машинобудівних підприємств» (№ держреєстрації 0106U000167).

Мета і задачі роботи. Метою дисертаційної роботи є наукове обґрунтування й розробка вдосконаленої технології очистки стічних вод гальванічних виробництв, що підвищує ефективність очистки від іонів важких металів, у тому числі іонів шестивалентного хрому, до норм скиду в міську каналізацію і водні об'єкти, зменшення кількості осаду, що утворюється, та зниження дози реагентів.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі задачі:

- аналіз існуючих методів очистки стічних вод гальванічних виробництв, виявлення найбільш широко використовуваних методів очистки;

- аналіз способів усунення недоліків реагентного методу;

- обґрунтування використання рециркуляції осаду для підвищення ефективності реагентної очистки гальванічних стічних вод;

- розробка методики розрахунку реагентної очистки стічних вод гальванічних виробництв із використанням рециркуляції осаду;

- розробка компактної установки для очистки стічних вод гальванічних виробництв;

- визначення ефективних режимів роботи установки, подачі рециркуляційного осаду, витрати реагентів;

- дослідження властивостей осадів гальванічних стічних вод;

- розробка вдосконаленої технології очистки гальванічних стічних вод.

Об'єкт дослідження - стічні води гальванічних виробництв машинобудівних підприємств.

Предмет дослідження - методи та споруди для вдосконалення очистки стічних вод гальванічних виробництв.

Методи досліджень. Дослідження виконані в лабораторних і виробничих умовах на експериментально-виробничій установці. При цьому лабораторні і виробничі дослідження виконували з використанням сучасних методів та устаткування Росії, Німеччини, Угорщини й США. Аналіз стічних вод на вміст важких металів, і іонів хрому зокрема, проводили за сертифікованими методиками фотоколориметричним методом на фотометрах КФК-2 і КФК-3, а також за допомогою спектрофотометра V-1200, атомно-абсорбційного спектрометра МГА-915. Для визначення рН використовували рН-метр «Mettler Toledo» з електродами «Seven Easy» і рН-метр Hanna - (тестер). Состав і властивості осадів стічних вод досліджували з використанням сучасного обладнання. Визначення хімічного складу осадів здійснювали атомно-емісійним спектральним аналізом на «ДФС-8», а також методом хімічного розчинення. Дослідження мікроструктури, фізико-хімічних властивостей, визначення фізичних розмірів флокул, які утворилися, дисперсного складу, макро- і мікроструктури осадів виконували петрографічним методом з використанням оптичних мікроскопів «NU-2E» та «МИН-8». Рентгеноструктурний аналіз осадів визначали на установці «ДРОН-4». Термогравиметричні дослідження осадів виконували методом диференційного термічного аналізу на дериватографі фірми «МОМ». Швидкість осадження завислих речовин і флокул осаду визначали методом рідинної седиментації на седиментаційних вагах моделі 4600 фірми «САРТОРИУС».

Наукова новизна отриманих результатів:

- науково обґрунтовано та розроблено вдосконалену технологію реагентної очистки гальванічних стічних вод за допомогою рециркуляції осаду;

- отримано емпіричні залежності, які дозволяють визначити остаточні концентрації шестивалентного хрому в залежності від дози реагентів, що додаються, а також рециклів осаду;

- визначено робочі параметри реагентної очистки стічних вод гальванічних виробництв від іонів важких металів, у тому числі іонів шестивалентного хрому, при рециркуляції осаду;

- виявлено фізико-хімічні властивості осадів, що утворюються при реагентній очистці стічних вод як з рециркуляцією осаду, так і без неї, які покладено в основу метода покращення якості властивостей гальванічних осадів та підвищення ефективності очистки стічних вод гальванічних виробництв.

Практичне значення отриманих результатів.

На основі науково-теоретичного аналізу і експериментальних досліджень розроблена вдосконалена технологія реагентної очистки гальванічних стічних вод, що дозволяє очистити стічні води від іонів важких металів, у тому числі іонів шестивалентного хрому, до значень допустимих величин показників (ДВП) скиду у міську каналізацію та гранично допустимих концентрацій (ГДК) скиду у водні об'єкти. Вдосконалено технологію реагентної очистки стічних вод гальванічних виробництв з застосуванням рециркуляції осаду, яка дозволила зменшити дози реагентів і скоротити обсяги осадів, що утворюються.

Розроблено технологічні схеми очистки стічних вод гальванічних виробництв з застосуванням рециркуляції осаду, які дозволяють реконструювати існуючі локальні очисні споруди та здійснювати проектування і будівництво нових.

Результати дисертаційної роботи впроваджені на Державному підприємстві «Харківський електромеханічний завод» (ДП «ХЕМЗ») м. Харкова і використовуються у розробках інститутів ТОВ ПІ «Енергокомунпроект» та Українського науково-дослідного інституту екологічних проблем (УкрНДІЕП).

Особистий внесок автора. Наукові результати, які викладені в дисертації, отримані особисто автором на підставі теоретичних і експериментальних досліджень, спрямованих на вдосконалення реагентної очистки гальванічних стічних вод з використанням рециркуляції осаду. Авторові належить розробка методики, організація і проведення експериментальних досліджень по інтенсифікації реагентної очистки на експериментально-виробничій установці. На основі аналізу експериментальних даних автором отримані емпіричні залежності, що дозволяють визначити залишковий вміст іонів шестивалентного хрому в очищеній воді залежно від дози реагентів, які додаються, та рециклів осаду.

Автором визначено вплив параметрів роботи установки на ступінь очистки гальванічних стічних вод, а також виявлені фізико-хімічні властивості осадів, що утворюються при реагентній очистці стічних вод як з рециркуляцією осаду, так і без неї, що покладені в основу метода покращення якості властивостей гальванічних осадів та підвищення ефективності очистки стічних вод гальванічних виробництв.

Автором розроблена вдосконалена технологія реагентної очистки стічних вод гальванічних виробництв від іонів важких металів, у тому числі іонів шестивалентного хрому, за допомогою рециркуляції осаду. Розроблені технологічні схеми очистки стічних вод гальванічних виробництв з застосуванням рециркуляції осаду.

Апробація роботи. Основні результати роботи та головні положення дисертації доповідалися на науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (2006-2008 рр.), Харківської національної академії міського господарства (2008 р.) та Київського національного університету будівництва і архітектури (2008 р.); міжнародному конгресі «Вода: екологія і технологія» (ЕКВАТЕК-2008, м. Москва, 2008 р.); міжнародному науковому семінарі «Методи підвищення ресурсу міських інженерних інфраструктур» Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (2006, 2008 рр.) та міжнародній науковій конференції «Ресурс і безпека експлуатації конструкцій, будівель і споруд» Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (2007 р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 12 друкованих праць у різних видавництвах України та Росії, в тому числі 8 у спеціалізованих виданнях, регламентованих ВАК України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 176 найменувань, 5 додатків і вміщує 34 рисунка та 17 таблиць, по тексту усього 153 сторінки.

Зміст роботи

рециркуляційний осад реагент гальванічний

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі роботи, об'єкт і предмет дослідження, приведені методи дослідження, наукова новизна і практична цінність.

У першому розділі дисертації приведено аналіз стану питання очистки стічних вод гальванічних виробництв. Розглянуто основні види, склад та методи очистки стічних вод гальванічних виробництв, що утворюються при проведенні технологічних процесів, зв'язаних з промивкою деталей при їх обробці технологічними розчинами та нанесенні гальванічних покриттів. Встановлено, що, зазвичай, на більшості виробництв очистка хроммістних та кислотно-лужних стічних вод здійснюється спільно в одному потоці.

Аналіз методів очистки гальванічних стічних вод показав, що, незважаючи на велику кількість існуючих методів, широкого розповсюдження та застосування набув реагентний метод очистки.

Серед реагентів, які застосовуються при очистці хроммістних та кислотно-лужних стічних вод гальванічних виробництв від іонів важких металів, у тому числі іонів шестивалентного хрому, найбільшого розповсюдження набули вапно (Ca(OH)₂) та залізний купорос (сірчанокисле залізо - FeSO₄), при цьому останній застосовується лише для переводу токсичного шестивалентного хрому у менш токсичний трьохвалентний, а вапно - для осадження іонів важких металів у вигляді гідроокису.

Здебільшого процес переводу шестивалентного хрому у трьохвалентний протікає у кислому середовищі, для чого стічні води підкислюють за допомогою кислот, при цьому осадження трьохвалентного хрому у вигляді гідроксидів відбувається в лужному середовищі. Процес підкислення, а далі підлуження стічних вод призводить до значного росту концентрації сульфатів в очищеній воді, що ускладнює подальше їх використання, а також потребує окремих реакторів для протікання процесу.

З цієї причини більш доцільно процес переводу шестивалентного хрому у трьохвалентний здійснювати в лужному середовищі. Це дозволить зменшити кількість реагентів, що використовуються, зменшити вміст сульфатів в очищеній стічній воді та проводити очистку в одному апараті.

Показано, що методи, пристрої та установки, що використовуються при очистці стічних вод гальванічних виробництв на підприємствах машинобудівного комплексу, мають як переваги, так і недоліки. До цього часу при застосуванні реагентного методу повністю не вирішувались питання скорочення дози реагентів, що використовуються, очистки стічних вод від іонів важких металів, у тому числі іонів шестивалентного хрому, до значень ДВП скиду у міську каналізацію та ГДК скиду у водні об'єкти, а також зменшення кількості осаду, що утворюється.

Питаннями очистки та утилізації стічних вод гальванічних виробництв реагентними та безреагентними методами займалися провідні вчені, спеціалісти та інженери Яковлев С.В., Кульский Л.А., Вайнштейн І.А., Мацнев А.І., Запольский А.К., Кліменко Н.А., Терновцев В.О., Пантелят Г.С., Душкін С.С., Найденко В.В., Родзіллер І.Д., Феофанов В.А., Епоян С.М. та інші. Однак повністю не були вирішені питання, що стосуються підвищення ефективності процесу зменшення об'єму осаду, який утворюється при очистці стічних вод, та зменшення дози реагентів, що використовуються.

Показана актуальність і необхідність розробки і наукового обґрунтування вдосконаленої технології очисти стічних вод гальванічних виробництв, яка дозволить досягти нормативних концентрацій, зменшення об'єму осаду, який утворюється при очистці стічних вод, з одночасним скороченням в очищених водах залишкових концентрацій іонів важких металів і дози реагентів, що використовуються.

Другий розділ призначен визначенню основних передумов вдосконалення реагентного метода очистки гальванічних стічних вод, аналізу основних напрямків підвищення ефективності реагентного методу.

Виявлено, що на ступінь очистки стічних вод істотний вплив мають походження стічних вод, вихідна концентрація забруднювачів, рН, природа лужного реагенту, а також особливості технології коагуляції, флокуляції й розділення осадів і рідкої фази. Тому були розглянуті такі питання:

- вплив природи лужного реагенту. Встановлено, що при обробці стічних вод лугом (NaOH) при рН>9,5 відбувається розчинення деяких гідроксидів важких металів і погіршується ступінь очистки стічних вод. Та цей недолік виключається при використанні замість NaOH - Ca(OH)₂, введення якого до рН=11,5 не призводить до розчинення осаду, що утворюється;

- вплив вихідної концентрації забруднювачів. Встановлено, що при очистці гальванічних стічних вод на якість очистки впливає вихідна сумарна концентрація іонів важких металів, присутніх у розчині. При концентрації іонів важких металів у вихідній стічній воді більше 1000 мг/дм³ потрібні додаткові способи доочистки. Той самий ефект спостерігається і при очистці стічних вод з концентрацією іонів важких металів менше 10 мг/дм³, при яких очистка осадженням ускладнюється;

- вплив рН. Встановлено, що для кожного окремого гідроксиду металу характерні свої діапазони утворення та розчинності. Однак при одночасній присутності у стічних водах гідроксидів декількох важких металів, вони впливають один на одного. Тому при виборі необхідного значення рН розчину, при якому всі важкі метали, що перебувають у розчині, будуть переходити в гідроксиди та не перейдуть межу розчинності, варто враховувати присутність всіх важких металів у розчині й виходити із середнього рН середовища для ефективного утворення гідроксидів.

При видаленні іонів важких металів, а також відновленні іонів Cr⁶⁺, присутніх у гальванічних стічних водах, завдяки їх многокомпонентності відбувається взаємний вплив присутніх металів один на одного. Тому при видаленні металів основний акцент робиться на переведення токсичного Cr⁶⁺ у менш токсичний Cr³⁺ у лужному середовищі при рН?9,0-10,0 за допомогою розчину вапна і залізного купоросу.

Внаслідок такої обробки утворюються нерозчинні гідроксиди хрому і гідроксиди заліза. При цьому гідроксиди заліза утворюються не тільки із залізного купоросу, що вводиться, але й із іонів заліза, присутніх в розчині. При великому вмісті іонів заліза в розчині стічних вод витрата залізного купоросу значно зменшується, тому що присутні іони заліза, вступаючи в реакцію з іонами Cr⁶⁺ у лужному середовищі, відновлюють його до Cr³⁺ й утворюють нерозчинні гідроксиди, які разом з гідроксидами важких металів, присутніми в розчині, випадають в осад.

Осад, що утворюється в результаті очистки гальванічних стічних вод за прийнятою методикою, являє собою сукупність гідроксидів важких металів, карбонатів, а також завислих речовин, присутніх у розчині.

Також розглянуті особливості формування пластівців гідроксидів важких металів. Показано, що за рахунок сил електростатичної взаємодії між позитивно зарядженою поверхнею іонів важких металів і негативно зарядженими міцелами гідроксидів важких металів, які надходять у реакційну зону з рециркулюючим осадом (містить сполуки кальцію, які виступають в ролі адсорбенту), відбувається швидке перезарядження іонів, присутніх у розчині, й злипання з гідроксидами осаду. До того ж, при рециркуляції осаду, неповний вступ в реакцію гідроксидів кальцію, які подаються для нейтралізації стічних вод, зводиться до мінімуму, а вилучення розчинених металів шляхом утворення гідроксидів посилюється, тому що відбувається їхнє повернення у зону реакції для подальшої взаємодії. Рециркулюючий осад, маючи водневий показник рН=8,5-9,0, та гідроксиди кальцію, що не вступили в реакцію, зменшують кількість розчину вапна, який вводять у зону реакції.

Повернення осаду в реакційну зону дозволяє відмовитися від використання хімічних флокулянтів для інтенсифікації очистки гальванічних стічних вод та одержувати міцели гідроксидів важких металів, здатні до подальшого укрупнення в агрегати.

Введення осаду в реакційну зону здійснює оксидний каталітичний вплив на іони важких металів, що перебувають у стічній воді, завдяки чому останні з більшою швидкістю переходять у гідроксиди, в порівнянні зі звичайною вапняною обробкою. Введений осад сорбує на своїй розвинутій пластівчастій поверхні завислі дрібнодисперсні й колоїдні частки. Відбувається процес гетерокоагуляції, тобто взаємодія колоїдних і дрібнодисперсних часток з агрегатами осаду.

Для одержання необхідного ефекту очистки при введенні в реакційну зону осаду, його кількість у першій реакційній зоні повинна бути не менше 35 г./дм³, для того, щоб забезпечити на виході з реакційних зон вміст завислих речовин 35-45 г./дм³. Така концентрація завислих речовин дозволяє створити у камері пластівцеутворення та в зоні розподілу потоків на границі з камерою тонкошарового відстоювання - завислий шар, у якому відбувається фільтрування гідроксидів важких металів, що утворилися, та інших завислих речовин, що вміщуються в стічній воді.

За рахунок утворення завислого шару при рециркуляції осаду зменшується навантаження на полки камери тонкошарового відстійника, які служать для відстоювання завислих речовин, що не затрималися у завислому шарі осаду.

У третьому розділі приведені результати лабораторних досліджень впливу рециркуляції осаду на очистку стічних вод гальванічних виробництв від іонів шестивалентного хрому, які були виконані в лабораторії локальних очисних споруд Харківського державного авіаційного виробничого підприємства на суміші кислотно-лужних та хроммістних стічних вод, що надходять від виробничих цехів в усереднювач для подальшої реагентної очистки.

В результаті проведення лабораторних досліджень отримано експериментальні дані, які показують, що при відновленні Cr⁶⁺ до Cr³⁺ у лужному середовищі солями заліза, з поверненням осаду, який утворився, знов на очистку нової порції стічних вод, що досліджуються, значно покращується ступінь очистки та знижуються остаточні концентрації Cr⁶⁺ до нормативних показників скиду у міську каналізацію і водні об'єкти.

З отриманих кривих видно, що зі збільшенням співвідношення FeSO₄/Cr⁶⁺ залишкова концентрація хрому знижується, й після досягнення співвідношення FeSO₄/Cr⁶⁺ = 2,33 становить 0,1 мг/дм³. При додаванні осаду, що випав раніше, до стічної води перед підлуженням і введенням сірчанокислого заліза до співвідношення FeSO₄/Cr⁶⁺ = 0,7, крива (1) практично співпадає із кривою (2), а при збільшенні співвідношення FeSO₄/Cr⁶⁺ введення осаду значно впливає на залишкову концентрацію Cr⁶⁺. Залишкова концентрація Cr⁶⁺ = 0,1 мг/дм³, яка без рециркуляції осаду досягається при співвідношенні FeSO₄/Cr⁶⁺ = 2,33, при введенні осаду, що утворився раніше, досягається при співвідношенні FeSO₄/Cr⁶⁺ = 1,2, тобто доза сірчанокислого заліза зменшується більш ніж в 1,5 рази, а необхідний ефект очистки досягається при співвідношенні FeSO₄/Cr⁶⁺ = 1,33. Крім того, при співвідношенні FeSO₄/Cr⁶⁺ = 2 відбувається стабілізація залишкової концентрації Cr⁶⁺, однак при рециркуляції осаду така стабілізація відбувається на рівні залишкових концентрацій <0,004-0,0015 мг/дм³, а без додавання осаду, що випав раніше, на рівні 0,1-0,05 мг/дм³, тобто повернення осаду у реакційну зону дозволяє знизити залишкову концентрацію Cr⁶⁺ в 50 раз.

На основі експериментальних досліджень було отримано емпіричні залежності, які дозволяють розрахувати значення залишкової концентрації хрому C(Cr⁶⁺) залежно від кількості циклів n і співвідношення FeSO₄/Cr⁶⁺. Згідно з рис. 1 залежність C(Cr⁶⁺) = f (FeSO₄/Cr⁶⁺) зручно апроксимувати у вигляді:

, (1)

де: C(Cr⁶⁺)_поч - початкова концентрація хрому, мг/л;

а₁, а₂, а₃ - емпіричні коефіцієнти, що залежать від кількості циклів n, a = f(n).

Залежність a = f(n) можна представити у вигляді лінійної функції:

а = b₁n + b₂, (2)

де: b₁, b₂ - емпіричні коефіцієнти, значення яких визначалися за допомогою методу найменших квадратів, табл. 1.

Таблиця 1. Значення емпіричних коефіцієнтів b₁ та b₂

Значення коефіцієнтів	b1	b2
а1	40,0	24,4
а2	-51,6	-40,7
а3	0,654	3,67

Емпірична залежність (1) застосовується у наступних межах: кількість циклів n=08, співвідношення FeSO₄/Cr⁶⁺ = 0,332,0.

На рис. 2 представлені експериментальні та розраховані по залежностям (1) і (2) дані.

Для виміру помилки дослідів використали дисперсію - середнє значення квадратів відхилень величини від її середнього значення.

Таким чином, у результаті проведених лабораторних досліджень було встановлено, що рециркуляція осаду, який випав, приносить максимальний ефект очистки гальванічних стічних вод від іонів Cr⁶⁺ при мінімальному використанні реагентів, починаючи з 6 циклу рециркуляції осаду, й тим самим підвищує ефективність очистки гальванічних стічних вод.

У четвертому розділі наведено опис та розрахунок експериментально-виробничої установки очистки стічних вод гальванічних виробництв з комплектом ємностей та обладнання, яка розрахована на очистку 150 дм³/год. Схема компоновки експериментально-виробничої установки й додаткового устаткування в гальванічному цеху Державного підприємства «Харківський електромеханічний завод».

Очистка кислотно-лужних та хроммістних стічних вод гальванічної ділянки проходили за наступною схемою.

Кислотно-лужні та хроммістні стічні води, що містять іони важких металів, з резервуара усереднювача стічних вод закачуються насосом (1) у ємність I (2), звідки самопливом по трубопроводу - К1- з регулюючим вентилем надходять на очистку в установку (7), у камеру реакції №1. У ній стічна вода при безперервному перемішуванні мішалкою (5) змішується з рециркулюючим осадом, що забирається насосом (8) з відстійної частини тонкошарового відстійника в камеру реакції №1 по трубопроводу - К2Н-, і розчином вапна, що надходить із ємності II (3) по трубопроводу - Ф1 - для корегування рН. Після 6 хвилин перебування в камері реакції №1 стічна вода, підлужена вапном до рН=9,5-10, через напівзаглиблену перегородку надходить у камеру реакції №2.

З ємності III (4) по трубопроводу - Ф2 - подається залізний купорос для переведення Cr⁶⁺ в Cr³⁺. За допомогою мішалки (6) виконується перемішування стічної води із залізним купоросом.

За 20 хвилин перебування в камері реакції №2 залізний купорос відновлює Cr⁶⁺, який міститься в стічній воді, до Cr³⁺. Оброблена стічна вода далі надходить у зону заспокоєння потоку (камеру пластівцеутворення), де відбувається заспокоєння руху рідини й утворення флокул. Потім стічна вода переходить у зону розподілу потоку відстійника (зону завислого шару осаду), для рівномірного розподілу потоку по тонкошарових каналах. Зона пластівцеутворення й зона розподілу потоку є важливими вузлами установки очистки стічних вод гальванічних виробництв при поверненні циркулюючого осаду в камеру реакції, тому, що в цих зонах, за рахунок збільшення завислих речовин, утворюється завислий шар осаду, через який відбувається фільтрування основної маси гідроксидів важких металів, що утворилися.

Зважений шар осаду підтримується завдяки хаотичному руху пластівчастих зважених часток і швидкості потоку руху рідини, що трохи вище швидкості осадження основної маси зважених часток, які перебувають у зваженому шарі осаду. Коагулюючись, зважені частки з більшою масою випадають в осад, а дрібнодисперсні частки сорбуються на поверхні більших часток. Завдяки таким перетворенням частки постійно перебувають у русі й створюють завислий шар.

Після завислого шару дрібнодисперсні завислі речовини, що не затрималися та не випали в осад, надходять у камеру тонкошарового відстоювання, де відбувається остаточне осадження флокул гідроксидів важких металів, що утворилися. По полицях камери тонкошарового відстоювання осад сповзає у завислий шар і далі в бункер збору осаду, звідки насосом осаду (8) подається знову в камеру реакції №1.

Очищена вода після камери тонкошарового відстоювання переливається через зубчатий водозлив у збірний лоток і далі по трубопроводу - В - відводиться у заводську систему каналізації. Надлишковий осад періодично виводиться з осадової частини відстійника по трубопроводу - Ос -.

В рамках наведеної технології розроблена вдосконалена конструкція тонкошарового відстійника з рециркуляцією осаду та визначені його робочі параметри для здійснення процесу очистки стічних вод гальванічних виробництв.

В табл. 2 наведено результати виробничих досліджень впливу рециркуляції осаду на очистку стічних вод гальванічних виробництв від іонів важких металів, у тому числі іонів шестивалентного хрому, на суміші кислотно-лужних та хроммістних стічних вод гальванічних цехів Державного підприємства «Харківський електромеханічний завод» та дано їх порівняння з діючими нормативними документами.

Таблиця 2. Середні остаточні концентрації забруднюючих речовин при реагентній очистці стічних вод з застосуванням рециркуляції осаду в виробничих умовах

Показники	Одиниці виміру	До очистки	Після очистки	ДВП концентрації забрудн. речовин при скиді у міську каналізацію	ГДК на скид стічних вод у водойми рибогосподарського призначення	Вода для промивки у гальванічних виробництвах
Цинк Zn2+	мг/дм3	2,2-5,1	<0,002	0,075	0,01	1,5
Кадмій Cd2+	мг/дм3	0,2-2,2	0,002	0,026	0,005	-
Залізо Feзаг	мг/дм3	2,8-7,2	0,003	0,7	0,1	0,1
Нікель Ni2+	мг/дм3	0,3-5,1	0,003	0,038	0,01	1,0
Мідь Cu2+	мг/дм3	0,3-4,3	0,002	0,09	0,005	0,3
Хром Cr6+	мг/дм3	1,1-4,5	<0,001	0,004	0,001	0,5
рН		5,3-6,7	8,8	6,5-9,0	-	6,0-9,0

За результатами експериментальних досліджень виявлено, що застосування рециркуляції осаду для очистки стічних вод гальванічних виробництв забезпечує необхідну ступінь очистки стічних вод від іонів важких металів при скиді у міську каналізацію і водні об'єкти, та дає можливість їх використання в виробничому водопостачанні.

Встановлено, що рециркуляція осаду дозволяє зменшити витрату реагентів: вапна на 50%, сірчанокислого заліза - на 30%. Виявлено також збільшення щільності осаду і зменшення його вологості.

У п'ятому розділі виконано комплексне дослідження дисперсного, фазового складу і фізико-хімічних властивостей осадів, що утворюються при реагентній очистці стічних вод гальванічних виробництв, як з рециркуляцією осаду, так і без неї, за допомогою сучасних методів та апаратури.

Мікроструктура осадів, які були досліджені, наведена на рис. 4 та 5, показує, що при застосуванні рециркуляції осаду утворюється осад з більш щільною структурою в якому присутнє менше кристалів кальциту та міститься більше гідроксидів металів. Це сприяє інтенсифікації процесу ущільнення та зневоднення осадів.

Виконані диференційний термічний та рентгенофазовий аналізи і седиментаційні дослідження також показали, що осад, який утворюється при реагентній очистці стічних вод з застосуванням рециркуляції осаду має кращу водовіддачу й седиментаційні властивості.

Отримані дані про якість і властивості осадів, що утворюються при реагентній очистці стічних вод як з рециркуляцією осаду, так і без неї, покладено в основу метода покращення якості властивостей гальванічних осадів та підвищення ефективності очистки стічних вод гальванічних виробництв.

У шостому розділі наведено технічні рішення по вдосконаленню технології очистки стічних вод гальванічних виробництв за допомогою рециркуляції осаду. Запропоновано технологічні схеми реконструкції існуючих локальних очисних споруд машинобудівних підприємств та при проектуванні і будівництві нових. На рис. 6 наведена принципова технологічна схема замкненого циклу очистки стічних вод гальванічних виробництв реагентним методом з застосуванням рециркуляції осаду.

Економічний ефект від впровадження розробленої технології очистки гальванічних стічних вод на Державному підприємстві «Харківський електромеханічний завод» складає 103,9 тис. грн.. на рік.

Загальні висновки

1. Виконаний аналіз існуючих методів очистки стічних вод гальванічних виробництв від іонів важких металів, у тому числі іонів шестивалентного хрому, показав, що, незважаючи на наявність великої кількості хімічних, фізичних й електрохімічних методів очистки, найпоширенішим методом залишається реагентный, що має як переваги, так і недоліки, але для ефективного застосування потребує вдосконалення.

2. У результаті проведеного аналізу основних напрямків вдосконалення реагентної очистки стічних вод гальванічних виробництв виявилося доцільним для підвищення ступеня очистки стічних вод гальванічних виробництв використовувати рециркуляцію осаду.

3. Показано позитивний вплив рециркуляції осаду на процес утворення зваженого шару осаду, який сприяє інтенсифікації наступного процесу освітлення в тонкому шарі й підвищенню ступеня очистки стічних вод від іонів важких металів.

4. Визначено ефективне співвідношення залізного купоросу до вмісту шестивалентного хрому у вихідній стічній воді, яке для досягнення необхідного ступеня очистки стічних вод при рециркуляції осаду складає 1,33.

5. В результаті математичної обробки експериментальних даних отримані емпіричні залежності, які дозволяють визначати залишкові концентрації шестивалентного хрому залежно від кількості циклів рециркуляції осаду, а також співвідношення залізного купоросу до початкової концентрації шестивалентного хрому.

6. Розроблена вдосконалена конструкція тонкошарового відстійника з рециркуляцією осаду та визначені його робочі параметри для здійснення процесу очистки стічних вод гальванічних виробництв.

7. Встановлено, що при роботі установки з рециркуляцією осаду значно зменшуються залишкові концентрації важких металів в очищених стічних водах. З підвищенням ступеня повернення осаду підвищується ступінь очистки стічних вод від важких металів, у тому числі іонів шестивалентного хрому. У виробничих умовах найкращі результати були отримані при рециркуляції осаду з витратою 30% від витрати стічних вод, які подаються на очистку.

8. Встановлено, що рециркуляція осаду дозволяє зменшити витрату реагентів: вапна на 50%, сірчанокислого заліза - на 30%.

9. Розроблено вдосконалену технологію реагентної очистки стічних вод гальванічних виробництв від іонів важких металів, у тому числі іонів шестивалентного хрому, що дозволяє досягати ступеня очистки стічних вод до нормативних вимог скиду у міську каналізацію та водні об'єкти.

10. Виконано комплексні дослідження фізичних і фізико-хімічних властивостей осадів, що утворюються при реагентній очистці стічних вод гальванічних виробництв, як з рециркуляцією осаду, так і без неї, які покладено в основу методу поліпшення властивостей гальванічних осадів і підвищення ефективності очистки стічних вод гальванічних виробництв.

11. Розроблено технологічні схеми очистки стічних вод гальванічних виробництв із застосуванням рециркуляції осаду, які дозволяють:

- реконструювати існуючі локальні очисні споруди для підвищення ефективності їх роботи, забезпечення якості очистки і безперешкодного скиду очищених стічних вод у міську каналізацію та водні об'єкти;

- запроектувати та побудувати нові локальні очисні споруди, що задовольняють вимогам скиду очищених стічних вод до нормативних показників;

- запроектувати та побудувати нові локальні очисні споруди, що дозволяють здійснити повторне використання очищених стічних вод у виробництві, тобто створити замкнений цикл водопостачання.

12. Результати роботи впроваджені на Державному підприємстві «Харківський електромеханічний завод» і використані в розробках інститутів ТОВ ПІ «Енергокомунпроект» та Українського науково-дослідного інституту екологічних проблем (УкрНДІЕП). Економічний ефект від впровадження розробленої технології очистки гальванічних стічних вод на ДП «Харківський електромеханічний завод» складає 103,9 тис. грн на рік.

Список опублікованих праць

1. Пантелят Г.С., Ефремов А.Б. Очистка сточных вод гальванических и травильных отделений металлургических и машиностроительных заводов // Науковий вісник будівництва - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2006. - Вип. 35. - С. 209-212.

Особистий внесок автора: виконано аналіз методів і технологій процесу очистки стічних вод гальванічних виробництв.

2. Пантелят Г.С., Ефремов А.Б., Эпоян С.М. Интенсификация очистки сточных вод гальванического отделения машиностроительного завода // Науковий вісник будівництва - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2006. - Вип. 36. - С. 118-122.

Особистий внесок автора: виконані лабораторні дослідження та встановлені кінетичні залежності очистки стічних вод від рециркуляції осаду.

3. Пантелят Г.С., Сыроватский А.А., Лукашенко С.В., Ефремов А.Б. Усовершенствованная установка для нейтрализации и очистки кислых железосодержащих сточных вод завода // Науковий вісник будівництва - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2006. - Вип. 36. - С. 122-126.

Особистий внесок автора: розроблена принципова схема відстійника-згущувача та показана його ефективність.

4. Эпоян С.М., Сыроватский А.А., Лукашенко С.В., Ефремов А.Б. Интенсификация процесса очистки сточных вод гальванических и травильных отделений с применением рециркуляции осадка / Матер. Міжнар. наук. практ. семін. «Методи підвищення ресурсу міських інженерних інфраструктур» // Науковий вісник будівництва - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2006. - Вип. 38. - С. 122-125.

Особистий внесок автора: виконані лабораторні дослідження по доцільності застосування рециркуляції осаду для підвищення ефективності очистки стічних вод гальванічних відділень.

5. Эпоян С.М., Сыроватский А.А., Лукашенко С.В., Ефремов А.Б. Очистка сточных вод гальванических и травильных отделений методом тонкослойного отстаивания // Науковий вісник будівництва - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2007. - Вип. 40. - С. 151-154.

Особистий внесок автора: виконано аналіз та показано вплив тонкошарових відстійників на процес осадження завислих речовин.

6. Эпоян С.М., Сыроватский А.А., Лукашенко С.В., Сорокина В.Е., Ефремов А.Б. Исследование метода термического умягчения для промывных вод сернокислотного травления стали / Матер. Міжнар. наук. конф. «Ресурс і безпека експлуатації конструкцій, будівель і споруд» // Науковий вісник будівництва - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2007. - Вип. 43. - С. 163-167.

Особистий внесок автора: виконані лабораторні дослідження та обробка експериментальних даних.

7. Эпоян С.М., Ефремов А.Б. Исследование влияния рециркуляции осадка при очистке хромсодержащих сточных вод железным купоросом. // Наук. техн. зб. «Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки» - К.: КНУБА, 2008, Вип. 10. - С. 68-72.

Особистий внесок автора: виконані експериментальні дослідження та встановлені емпіричні залежності співвідношення реагентів до вилучення зі стічних вод іонів шестивалентного хрому від кількості циклів рециркуляції осаду.

8. Ефремов. А.Б., Эпоян С.М. Повышение эффективности реагентной очистки сточных вод гальванических производств с помощью рециркуляции осадка // Збірн. тез. доп. Міжнар. наук. практ. конфер. молодих вчених і студентів. «Підвищення ефективності використання водних, теплових та енергетичних ресурсів та охорона навколишнього середовища». - К.: КНУБА, 2008. - С. 38-40.

Особистий внесок автора: виконано аналіз стічних вод, що утворюються на гальванічних виробництвах та показано ефективність реагентної очистки стічних вод від іонів важких металів, у тому числі іонів шестивалентного хрому, за допомогою рециркуляції осаду.

9. Эпоян С.М., Ефремов А.Б. Очистка сточных вод гальванических производств на машиностроительных предприятиях и методы ее интенсификации / Тез. докл. ХХХIV научн. техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХНАГХ // Строительство, архитектура, экология - Харьков: ХНАГХ, 2008. - Ч. 1, - С. 227-229.

Особистий внесок автора: виконано аналіз гальванічних стічних вод, що утворюються на машинобудівних підприємствах та експериментальні дослідження.

10. Эпоян С.М., Сыроватский А.А., Лукашенко С.В., Ефремов А.Б. Исследование процесса термического умягчения нейтрализованных известью промывных вод травильных отделений // Материалы 8-го Международного конгресса «Вода: экология и технология» ЭКВАТЭК-2008 [электронный ресурс]. - М.: ЗАО «Фирма СИБИКО Интернэшнл», 2008, «Водоснабжение».

Особистий внесок автора: виконані лабораторні дослідження та показано вплив температури на термічне пом'якшення.

11. Ефремов А.Б. Производственные исследования по очистке гальванических сточных вод с применением рециркуляции осадка // Науковий вісник будівництва - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2008 - Вип. 48 - С. 209-214.

12. Эпоян С.М., Ефремов А.Б., Айрапетян Т.С. Исследование физических и физико-химических свойств осадков гальванических сточных вод / Збірн. матер. Міжнар. наук. семін. «Методи підвищення ресурсу міських інженерних інфраструктур» // Науковий вісник будівництва - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2008 - Вип. 49 - С. 305-310.

Размещено на Allbest.ru

...