Разработка сорбционного метода очистки сточных вод гальванического производства

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Одними из главных звеньев производственных цепочек на предприятиях машиностроения, приборостроения, автомобильной и авиационной индустрии являются гальванические цехи и участки.

Гальванотехника - приобретение на поверхности изделия слоев металла из растворов солей под действием неизменного электрического тока. Гальванические покрытия применяются фактически во всех отраслях промышленности. Технологическое предназначение специальных покрытий заключается в увеличении прочности и долговечности изделий, их коррозионной стойкости и механической прочности, обеспечении высочайшей точности допусков и посадок, передового товарного вида продукции. В Российской Федерации, по оценке экспертов, сейчас существует около 7 тыс. гальванических цехов.

Однако обладая несомненными преимуществами в повышении качества и обеспечении необходимых характеристик выпускаемого продукта, электрохимические производства считаются крупнейшими и одними из наиболее опасных источников химического загрязнения окружающей среды (воды, почвы и атмосферного воздуха) ионами тяжелых металлов: кадмия, хрома, цинка, никеля, меди, железа и т.д. Наибольшую угрозу представляет загрязнение водных объектов cточными водами. Широко применяющиеся в производственном цикле гальванические процессы характеризуются значительным потреблением воды (не менее 650 млн м3 в год) и, поэтому, образованием огромного количества стоков, содержащих неорганические соединения высокой токсичности, вызываемой ионами тяжелых металлов. Содержание загрязняющих вещеcтв в стоках гальванического производства в сравнении с установленными для них ПДК в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования приведено в табл. 1.

Таблица. 1. Содержание загрязняющих веществ в стоках гальванического производства

Поступающие в водные объекты совместно с производственными стоками тяжелые металлы при движении по пищевым цепям экологических систем способны к аккумуляции, что представляет серьёзную угрозу для живых организмов, находящихся на вершине этих пищевых цепочек - в том числе и для людей. В табл. 2 приведено воздействие некоторых тяжелых металлов на организм человека.

Таблица 2. Влияние тяжелых металлов на организм человека

Предотвращение загрязнения водных объектов производственными сточными водами тесно связано с разработками мероприятий по снижению потребления чистой воды на технологические нужды производства и снижению количества сбрасываемых стоков. Один из наиболее оптимальных путей для достижения этих целей - создание на предприятиях локальных систем очистки с извлечением ценных компонентов и использованием очищенных сточных вод в оборотном цикле [3].

Для каждого загрязняющего вещества есть свой комплекс методов очистки сточных вод. Наиболее распространенными и часто применяющимися считаются следующие группы методов [3]:

- механические (отстаивание, фильтрование);

- химические (окисление, восстановление, нейтрализация, реагентный метод);

- физико-химические (ректификация, обратный осмос, флотация, адсорбция, ионный обмен, электродиализ, коагуляция, экстракция);

- биохимические (аэробный, анаэробный);

- механическое обезвоживание осадков.

Задачами моей выпускной квалификационной работы являлись:

- исследование характеристик сточных вод гальванических производств и способов их очистки от тяжелых металлов;

- анализ существующей технологической схемы очистки промывных вод, возникающих на линии кадмирования гальванического участка машиностроительного завода;

- разработка применительно к линии кадмирования машиностроительного завода проекта технологической схемы очистки образующихся сточных вод от ионов кадмия, основанной на применении адсорбента АТМ-1, предполагающей регенерацию промывных вод и их внедрение в оборотном цикле.

Гальванические процессы характеризуются значительным потреблением воды и, соответственно, образованием огромного количества стоков. В гальваническом производстве вода используется для хозяйственно-бытовых, противопожарных и технологических нужд. Сточные воды гальванических производств делятся на следующие основные категории [8]:

I - чистые, от охлаждения технологического оборудования (50 - 80 % от общего объема);

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

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

IV - отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) или эмульсии;

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

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

Соединения тяжелых металлов могут находиться в сточных водах практически всех категорий, однако большее их количество наблюдается в водах III и IV категорий. Тяжелые металлы могут поступать в сточные воды из технологических растворов как продукты деструкции обрабатываемых деталей и инструментов, при промывке оборудования и изделий.

Методы очистки сточных вод гальванических производств

Очистка сточных вод гальванических производств может осуществляться разными группами методов:

- механическими (отстаивание, фильтрование);

- химическими (нейтрализация, окисление, восстановление, реагентный метод);

- физико-химическими (экстракция, ректификация, обратный осмос, флотация, адсорбция, ионный обмен, электродиализ, коагуляция);

- биохимическими (аэробный, анаэробный).

Механическая очистка сточных вод

Механическая очистка используется для выделения из сточных вод нерастворимых минеральных и органических примесей. Обычно механическая очистка предшествует иным способам очистки.

Химические методы очистки

Химическая очистка сточных вод состоит в выделении загрязнений посредством химических реакций между отдельными загрязняющими веществами и реагентами. В результате реакций окисления восстановления эти вещества переходят в новые соединения, выпадающие в осадок или выделяющиеся как газы.

Физико-химические способы очистки

Физико-химические способы очистки играют немаловажную роль при обработке производственных сточных вод. Данные способы используют для удаления из сточных вод растворимых примесей (солей тяжёлых металлов, цианидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвешенных частиц. Большинство способов физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточных вод взвешенных частиц.

Электрохимические методы очистки сточных вод применяют для выделения из них различных растворимых и диспергированных примесей как органического, так и неорганического происхождения.

Биологические методы очищения сточных вод используют для очищения производственных и бытовых сточных вод от органических и неорганических загрязнителей. Этот процесс базируется на возможности неких микроорганизмов применять для жизнедеятельности растворённые и коллоидные органические вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы и т. п.).

Сорбционный метод очистки

Главное превосходство сорбционного метода очистки содержится в том, что он практически не вносит в очищаемый раствор новых инородных ионов и веществ. Это позволяет применять его для восстановления ряда технологических растворов (к примеру, в гальванике), для переработки сточных вод, а еще для очищения загрязнённых природных вод для последующего применения в коммунальном хозяйстве.

Почти все из имеющихся в настоящее время методов и способов очистки сточных вод прекращают соответствовать современным требованиям. Поэтому актуальной проблемой считается исследование усовершенствованных способов очищения сточных вод. Одним из многообещающих способов считается сорбционный метод.

Сегодня разработано большое число сорбентов, эффективных для очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов. Все большее применение находят сорбенты, разработанные на основе природных материалов и отходов производства вследствие их низкой стоимости и в то же время сравнительно высокой емкости.

Проведен патентный поиск современных адсорбентов тяжелых металлов.

Патентный поиск - представляет собой процесс отбора соответствующих запросу имеющихся в патентных базах документов.

Адсорбент АТМ-1: основные характеристики

Адсорбент АТМ-1 разработан компанией «Мировые Экологические Стандарты» (МЭС) совместно с Богдановичским АО «Огнеупоры» для очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов и сопутствующих загрязнений. Представляет собой сухие сферические гранулы бежевого цвета с размером 0,5…1,5 мм. Внешний вид адсорбента представлен на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид адсорбента АТМ-1

Вывод

1. Рассмотрены характеристики вод, возникающих в процессе гальванического производства.

2. Выполнен анализ имеющихся методов очистки сточных вод гальванических производств.

3. Продемонстрирована перспективность применения сорбционного метода очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.

4. Проведен патентный поиск современных сорбентов, получаемых на основе природных материалов и отходов производства, для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Разобраны достоинства и недостатки сорбентов.

Исследованы основные характеристики нового адсорбента АТМ-1, позволяющие рекомендовать его к использованию для очистки от тяжелых металлов сточных вод гальванического производства.

Материальный технологический расчет для разработки бессточной операции кадмирования

Беря во внимание нерезультативность используемой в настоящее время на линии кадмирования машиностроительного завода схемы промывки деталей, изучим возможность организации альтернативной схемы, обеспечивающей необходимое качество промывки деталей на линии кадмирования предприятия без сброса промывных вод в централизованную систему водоотведения.

Так как производственные площади гальванического цеха ограничены, то в разрабатываемой схеме помимо технологической ванны для промывки деталей должны быть использованы только три ванны.

Исходные данные, нужные для подготовки схемы промывки, приведены в табл. 3

Таблица 3. Технические характеристики установки регенерации промывных вод УРПВ гальванического процесса кадмирования

Для реализации бессточной промывки деталей после кадмирования предлагается применить периодически непроточный режим промывки в нескольких ваннах, принцип которого заключается в том, что в начальный период промывка деталей происходит в промывных ваннах без слива воды. И только спустя какое-то время t, в течение которого в последней (по ходу движения деталей) ванне промывки концентрация отмываемого составляющего достигнет допустимого значения Спр , воду из последней ванны переливают в предпоследнюю, из предпоследней - в идущую перед ней и т.д., а свежую воду наливают лишь в последнюю ванну. Продолжительность t непроточного периода рассчитывается по формулам [9]:

в 1-ой ванне

; (1)

во 2-ой ванне

; (2)

в 3-ей ванне

; (3)

в n-й ванне

, (4)

где С1, С2, С3, Cn - концентрация отмываемого компонента в соответствующей ванне промывки, г/л;

С0 - концентрация отмываемого компонента в технологической ванне, г/л;

q - удельный вынос раствора с поверхностью деталей, л/м2;

F - производительность линии, м2/ч;

V - объем ванны промывки, л;

t - длительность работы ванны промывки с учетом того, что в начальный момент времени она была заполнена чистой водой, ч;

n - число ванн промывки.

По утверждению Виноградова С.С., расчеты, произведенный по формулам (1) - (4), «будут достаточно точными при соответствии следующим условиям:

- загрузки поступают ритмично;

- удельный вынос раствора с поверхности деталей постоянен;

- расход воды на промывку деталей постоянен».

По сути за один цикл вода сливается только из одной, первой ванны (ванны улавливания). Из-за этого расход воды Q на промывку находится как частное от деления объема ванны V на продолжительность периода (цикла) непроточного режима промывки t:

(5)

Так как в формулах (1) - (4) зависимость t от параметров процесса выражена в неявном виде, длительность периода непроточной промывки деталей необходимо определять методом подбора значений t, при которых Спр = 0,012 г/л при заданных значениях других характеристик процесса - q, F, V, C0.

Нужные расчеты выполнены в Excel для различного числа ванн промывки, итоги расчета приведены в табл. 4 и на рис. 2.

Таблица 4. Расчетные характеристики цикла промывки деталей от кадмия

Расчетным путем установлены зависимости изменения часового расхода промывной воды и продолжительности цикла непроточной промывки воды от количества ванн улавливания на линии кадмирования.

Рис. 2. Зависимость часового расхода воды Q и длительности цикла бессточной промывки t от числа ванн улавливания

Литература

сточный гальванический кадмий

1. Айнетдинов, Р.М. Опыт внедрения разработанных технологий очистки сточных вод гальванических производств на предприятиях нижегородского региона / Р.М. Айнетдинов, А.Л. Васильев // Приволжский научный журнал. - 2016. - №4 (40) - С. 39-44.

2. Кнунянц, И.Л. Химическая энциклопедия / под ред. И.Л. Кнуянца. - М.: Советская энциклопедия, 1988. т. 1. - 623 с.

3. Курицына, О.А. Гальванические производства: экологические проблемы и современные способы их решения / О.А. Курицына, Е.В. Ермолаева [Электронный ресурс]. URL: http://www.scienceforum.ru/2015/pdf/12729.pdf (дата обращения 02.11.17).

4. Костюкевич, Г.В. Технология очистки промывных стоков гальванического производства / Г.В. Костюкевич, И.И. Бразовский, Т.И. Евсеенко // Экология и промышленность России. - 2011. - № 1 . - С. 16-17.

5. ГН. 2.1.5.1315-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования: утв. Постановлением главного санитарного врача РФ от 30.04.2003 № 78 (ред. от 13.07.2017).

6. Синякова, М.А. Пути сокращения загрязнения природных вод тяжелыми металлами гальванических производств / М.А. Синякова, И.В. Вольф // Вода: химия и экология. - 2010. - № 3. - С. 6-9.

7. Загурский, А.В. Варианты технологических решений очистки сточных вод.

8. Панфилов, В.А. Новое поколение адсорбентов / В.А.Панфилов // Экология производства. - 2015. - №10. С.72 - 73.

Размещено на Allbest.ru