Очистка сточных вод гальванического производства - Экология - Скачать бесплатно
СОДЕРЖАНИЕ:
1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД. 1
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА В ЦЕХЕ 4
3. ИСТОЧНИКИ И ВИДЫ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ
ДАННОГО ПРОИЗВОДСТВА 6
4. ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ СИСТЕМ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ И
ВОДООТВЕДЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ 8
5. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ВЫБОР МЕТОДОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И
СИСТЕМЫ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ.ОПИСАНИЕ ВЫБРАННОГО КОМПЛЕКСА МЕРОПРИЯТИЙ 11
5.1 . Химические методы очистки сточных вод 11
5.2 . Ионообменный метод 13
5.3 . Другие методы очистки 15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 16
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД.
Среди загрязнения различных видов окружающей среды, химическое
загрязнение природных вод имеет особое значение. Всякий водоем или водный
источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние
условия формирования поверхностного или подземного водного стока,
разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и
коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность
человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду
новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество
воды.
Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по-разному,
в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют
химическое, физическое и биологические загрязнения.
Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных
химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных
примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые
частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические
остатки, поверхностно-активные вещества, пестициды).
Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и
морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для
обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути,
хрома, меди, фтора, а также цианидные соединения. Большинство из них
попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы
поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более
высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее
распространенных загрязнителей гидросферы представлен на рисунке 1:
[pic]
Рисунок 1. Степень токсичности некоторых веществ
Степень токсичности:
0 - отсутствует;
1 - очень слабая;
2 - слабая;
3 - сильная;
4 - очень сильная.
Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным заразителям водной
среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие
широкий диапазон рН промышленных стоков (1,0 - 11,0) и способных изменять
рН водной среды до значений 5,0 или выше 8,0, тогда как рыба в пресной и
морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5.
Ежегодно в сточных водах гальванических цехов теряется более 0,46
тысяч тонн меди, 3,3 тысяч тонн цинка, десятки тысяч тонн кислот и щелочей.
Помимо указанных потерь соединения меди и цинка, выносимые сточными водами
из очистных сооружений гальванического производства, оказывают весьма
вредное влияние на экосистему.
Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных
районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы
территориальных вод.
Установлено, что соединения меди и цинка даже при малых концентрациях
(0,001 г/л) тормозят развитие, а при больших (более 0,004 г/л) вызывают
токсическое воздействие на водную фауну.
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА В ЦЕХЕ
За основу для расчета и внедрения различных природоохранных
мероприятий взят гальванический цех, в котором наносят гальванические
покрытия на металлы с применением цианистых электролитов. В этом цехе
прежде всего наносят следующие гальванические покрытия: медные и никелевые.
Никелевые покрытия широко применяются для защиты изделий из черных
металлов от коррозии в различных климатических зонах и в атмосфере,
загрязненной промышленными газами, для защиты от непосредственного влияния
пресной воды и от коррозионного воздействия керосина, бензина и других
нефтяных продуктов и масел.
Медные покрытия чаще всего применяют для экономии никеля как подслой
при никелировании и хромировании. Вследствие промежуточного покрытия стали
и чугуна медью достигается лучшее сцепление между основным металлом и
металлом покрытия и уменьшается вредное влияние водорода. Медные покрытия
широко применяются также для местной защиты при цементации и в
гальванопластике. Медные покрытия хорошо полируются, что имеет значение
при декоративно-защитных покрытиях. Хорошо оснащенные гальванические цехи
имеются почти на всех машиностроительных и металлообрабатывающих заводах
России.
Каждый технологический процесс гальванического нанесения
металлических покрытий состоит из ряда отдельных операций, которые можно
разделить на 3 группы:
1.Подготовительные работы. Их цель - подготовка металла (его
поверхности) для нанесения покрытия гальваническим путем. На этой стадии
технологического процесса проводится шлифование, обезжиривание и
травление.
2.Основной процесс, цель которого заключается в образовании
соответствующего металлического покрытия с помощью гальванического
метода.
3.Отделочные операции. Они применяются для облагораживания и
защиты гальванических покрытий. Наиболее часто для этих целей применяют
пассивирование, окраску, лакирование и полирование.
В обычных условиях для меднения применяется электролит такого
состава (в Г/л):
Хлорид меди 30-40
Соляная кислота 400-550
Уксусная кислота 5-10
При работе с повышенной плотностью тока применяется электролит
такого состава (в Г/л):
Фторборат меди 400
Борфтористоводородная кислота 30
Борная кислота 15-20
Для никелирования же в стационарных и колокольных ваннах широко
применяют электролит следующего состава (в Г/л):
Сульфат никеля 240-340
Хлорид никеля 80-85
Борная кислота 30-40
Состав электролита для блестящего никелирования (в Г/л):
Сульфат никеля 250-300
Хлорид натрия 10-15
Борная кислота 30-40
Формальдегид 0,01-0,05
Хлорамин Б 20-2,5
Моющее средство «Прогресс» 2-5
ИСТОЧНИКИ И ВИДЫ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ
ДАННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Для нужд технологии очистки сточных вод гальвано технологические
операции чаще всего классифицируют, исходя из реакций и химического состава
электролитов, служащих источником образования сточных вод. Гальванические
операции делятся на 4 группы в соответствии с 4 видами 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, а также операции
промывки после этих растворов.
2.Операции, при которых растворы или промывные воды содержат
хромистые соединения: к ним относятся процессы хромирования, хромистой
пассивации и операции промывки после этих растворов.
3.Операции, при которых растворы и промывные воды не содержат
упомянутых соединений: к ним относятся некоторые вспомогательные работы
(обезжиривание, травление), основные процессы и отделочные работы.
4.Операции, при которых образуются растворы или промывные воды,
содержащие ионы тяжелых металлов (в частности, ионы никеля и меди): к ним
относятся основные процессы электрохимического выделения металла, а также
операции промывки после этих растворов.
Исходя из приведенной классификации наши сточные воды, анализируя
их состав, можно отнести к сточным водам, содержащим ИТМ. Чтобы определить
источники загрязнения сточных вод разделим все сточные воды на
концентрированные и разбавленные. Под концентрированными сточными водами
будем понимать отработанные технологические растворы ванн или промывные
воды отдельной технологической операции с высокой концентрацией
загрязнителей. Эти воды образуются периодически, при смене отработанных
технологических растворов на свежие. Под разбавленными сточными водами
будем понимать воды, которые образуются при межоперационной промывке,
проводимой с целью сохранения химического состава и чистоты
электролитических растворов, применяемых в отдельных операциях.
ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ СИСТЕМ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ И
ВОДООТВЕДЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ
Можно выделить 2 основных системы водообеспечения промышленных
предприятий: прямоточная и последовательная система. При прямоточной
системе (рис. 2) вся забираемая из водоема вода Qист после участия в
технологическом процессе (в виде отработавшей – Qсбр) возвращается
в водоем, за исключением того количества воды, которое безвозвратно
расходуется в производстве (Qпот).
Qпот
- вода чистая ненагретая
- cточная вода нагретая
- то же, ненагретая и загрязненная
- то же, очищенная
Рис. 2. Прямоточная система водообеспчения
Количество отводимых в водоем сточных вод составляет:
Qсбр = Qист - Qпот.
Следует отметить, что сточные воды в зависимости от вида загрязнений
и других условий перед сбросом в водоем могут проходить через очистные
сооружения. В этом случае количество сбрасываемых в водоем сточных вод
уменьшается, поскольку часть воды отводится со шламом (Qшл). По схеме
водообеспечения с последовательным использованием воды (рис. 3), которое
может быть двух - трехкратным, количество сбрасываемых сточных вод
уменьшается в соответствии с потерями на всех производствах и на очистных
сооружениях:
Qсбр = Qист - ( Qпот1 + Qпот2 + Qпот3 ) .
Qпот1
Qпот2
ПП - 1 ПП - 2
ОС Qшл
Qист
Qсбр
Рис. 3. Последовательная система водообеспечения
Повторное использование сточных вод после соответствующей их очистки
получило в настоящее время широкое распространение. В ряде отраслей
промышленности 90-95% сточных вод используется в системах оборотного
водоснабжения и лишь 5-10 % - сбрасываются в водоем.
Рис. 4. Рис. 5.
Рис. 6.
Qпот Qпот
Qпот
ПП ПП
ПП
ОС Qшл
Qоб Qоб
Qоб
ОУ Qун ОС Qшл
ОУ
Qист Qсбр Qист
Qсбр Qист Qсбр
- сточная вода загрязненная
- оборотная вода
ОУ - охладительная установка
Qоб - оборотная вода
Qун - вода, теряемая при испарении и уносе из охладит. установки
Если в системе оборотного водоснабжения промышленного
предприятия вода является теплоносителем и процессе использования лишь
нагревается, то перед повторным применением ее предварительно
охлаждают в пруду, брызгальном бассейне, градирне (рис. 4). Если вода
служит средой, поглощающей и транспортирующей механические и
растворенные примеси и в процессе производства загрязняется ими, то перед
повторным применением вода проходит очистку на очистных сооружениях
(рис. 5); при комплексном использовании сточной воды перед повторным
применением сточные воды подвергаются очистке и охлаждению (рис. 6).
При таких системах оборотного водоснабжения для компенсации
безвозвратных потерь воды в производстве, на охладительных установках
(испарение с поверхности, унос ветром, разбрызгивание), на очистных
сооружениях, а также потерь воды, сбрасываемой в канализацию,
осуществляется подпитка из водоемов и других источников водоснабжения.
Количество подпиточной воды определяется по формуле:
Qист = Qпот + Qун + Qшл + Qсбр .
Подпитка систем оборотного водоснабжения может осуществляться
постоянно и периодически. Общее количество добавляемой воды составляет 5-
10% общего количества воды, циркулирующей в системе.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ВЫБОР МЕТОДОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И
СИСТЕМЫ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ.ОПИСАНИЕ ВЫБРАННОГО КОМПЛЕКСА МЕРОПРИЯТИЙ
1 . Химические методы очистки сточных вод
Химические методы очистки сточных вод гальванических отделений
основаны на применении химических реакций, в результате которых
загрязнения, содержащиеся в сточных водах, превращаются в соединения,
безопасные для потребителя, или легко выделяются в виде осадков. Очистка
сточных вод гальванического производства от ИТМ происходит в 2 стадии:
1. Образование труднорастворимых соединений.
2. Выделение этих соединений в осадок.
Нейтрализация ионов тяжелых металлов осуществляется при добавлении в
сточные воды растворимых в воде щелочных реагентов. ИТМ при нейтрализации
превращаются в труднорастворимые гидроксиды, которые выпадают в осадок.
Процесс идет в соответствии с реакцией:
Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2; (a)
Ni2+ + 2OH- = Ni(OH)2. (б)
Для лучшей и более полной и быстрой коагуляции гидроксидов используют
флокулянт (полиакриламид).
Сточные воды
вода
1. Нейтрализатор
2. Флокулянт
3. Отстойник
4. Шламонакопитель
5. Обезвоживание
Сточные воды подпадают в нейтрализатор 1, для образования
нерастворимых гидроксидов. После нейтрализации стоки направляются в
отстойник 3, куда подается флокулянт. Из отстойника шлам попадает в
шламонакопитель 4, откуда подается на обезвоживание 5. Обезвоживание
проводится в вакуум-фильтрах, фильтр-прессах и центрифугах.
Вышеописанный метод (реагентный) в настоящее время получил наибольшее
распространение в отечественной практике обезвреживания сточных вод
гальванических цехов. Основное его достоинство - крайне низкая
чувствительность к исходному содержанию загрязнений, а основной недостаток
- высокое остаточное солесодержание очищенной воды. Это вызывает
необходимость в доочистке.
2 . Ионообменный метод
Гетерогенный ионный обмен или ионообменная сорбция - это процесс
обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими
на поверхности твердой фазы - ионита. Очистка сточных вод методом
ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси (для
нашего случая это медь и никель), очищать воду до ПДК с последующим ее
использованием в технологических процессах или в системах оборотного
водоснабжения.
Принципиальная схема установки для очистки сточных вод
гальванического производства показана на рис. 7.
2 3 4 5 6
1
8
7 7 7
1 – емкость усреднения состава
2 – гравийный фильтр
3 – аппарат с активированным углем
4 - катионообменник
5,6 - анионообменники
7 - сборник чистой воды для промывки колонн
|
