Очистка сточных вод гальванического производства

Разделы - Гальваника

ООО «КАПСТРОЙПРОЕКТ»  оказывает комплексные услуги по проектирование гальванических производств. Работы производятся так же при необходимости технического перевооружения и капитального ремонта гальванических производств.

Выполним расчет материального баланса, определим вынос компонентов растворов электролитов, методы очистки сточных вод, составим техническое задание.Разработаем проект очистных сооружений, мероприятия по рекуперации и регенерации отработанных растворов электролитов.

Очистка сточных вод гальванического производства (проектирование).

Гальваническое производство является одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды, главным образом поверхностных и подземных водоемов, ввиду образования значительного объёма сточных вод, содержащих вредные примеси тяжелых металлов, высокотоксичных соединений, неорганических кислот, щелочей, поверхностно-активных веществ и других а также большого количества твердых отходов, содержащих тяжелые металлы в малорастворимой форме. В гальваническом производстве вода используется на хозяйственно-бытовые, противопожарные и технологические нужды. Технологические нужды включают в себя: приготовление технологических растворов, промывка деталей, охлаждение оборудования (выпрямители) и растворов (ванны), прочие нужды (промывка фильтров, профилактика оборудования). Расход воды на приготовление технологических растворов определяется объемом ванн и составом растворов.  Расход воды на охлаждение выпрямителей определяется их типом и мощностью и указывается в технической документации (паспорте). До 90-95% воды в гальваническом производстве используется на промывочные операции, причем удельный расход воды зависит от применяемого оборудования и колеблется в широком диапазоне от 0,2 до 2,3 м3 на 1 м2 обрабатываемой поверхности. Соединения металлов, выносимые сточными водами гальванического производства,  оказывают вредное воздействие на экосистему. Например, соединения меди и кадмия даже в малых концентрациях оказывают резко выраженное токсическое действие на рыб и другие водные организмы. Операции обработки поверхности и нанесения покрытий разделяются друг от друга операциями промывки, вследствие чего гальваническое производство неразрывно связано со сбросом отработанных промывных вод. Объем, количественный и качественный состав стоков зависит от расхода воды на промывку и применяемой схемы промывки, а также от составов технологических растворов и степени сложности профиля деталей. Таким образом, рационализация водопотребления через выбор применяемого оборудования и схем промывки, определяют объем, количественный и качественный состав промывных и сточных вод и состав очистного оборудования, эффективность его работы. Разнообразный ассортимент применяемых гальванических покрытий обуславливает многообразие загрязнений, находящихся в сточных водах. Исходя из фазового состояния вещества в растворе, все загрязнения можно подразделить на четыре группы:

• взвеси в виде тонкодисперсных суспензий и эмульсий;

• коллоиды и высокомолекулярные соединения;

• органические вещества, растворенные в воде;

• соли, кислоты, основания, растворенные в воде.

Для каждой из групп загрязнений существуют свои методы очистки. Так, для очистки воды от веществ первой группы загрязнений наиболее эффективны методы, основанные на использовании сил гравитации, флотации, адгезии. Для второй группы – коагуляционный метод. Загрязнения третьей группы наиболее эффективно извлекаются из воды в процессе адсорбционной очистки, а загрязнения четвертой группы, представляющие собой электролиты, удаляют из воды переводом ионов в малорастворимые соединения, используя для этого реагентный метод или методы обессоливания. При проектировании систем водоснабжения современных гальванических производств чаще всего возникает необходимость резкого сокращения промышленных сточных вод, поступающих в водные объекты. В зависимости от состава исходных сточных вод, региональных нормативов приема промышленных сточных вод в городские канализационные сети, решаются вопросы применения комплексных методов очистки воды. Для реализации вышеуказанных задач, целью которых является значительное снижение или полное исключение сброса в водные объекты загрязняющих веществ с промышленными сточными водами, внедряются автоматизированные очистные сооружения на базе новых технологий очистки воды производственных предприятий. Наиболее прогрессивным представляется сегодня создание производств с замкнутым циклом водоснабжения, внедрение мембранных, ионообменных и электрофлотационных технологий очистки сточных вод, регенерация отработанных растворов электролитов, в том числе кислот, щелочей и солевых концентратов с использованием извлекаемых продуктов в качестве вторичного сырья. Гальванические производства имеют, два вида сточных вод:

1. концентрированные отработанные растворы гальванических ванн и ванн химической обработки;

1. промывные воды ванн горячей и холодной промывки.

Методы очистки можно разбить на семь групп: 1) механические; 2) химические; 3) коагуляционно-флотационные; 4) электрохимические; 5) сорбционные; 6) мембранны; 7) биологические. Однако ни один из указанных методов самостоятельно не обеспечивает в полной мере выполнение современных требований:

• очистка до норм ПДК, особенно по ионам тяжелых металлов;

• возврат 90-95% воды в оборотный цикл; невысокая себестоимость очистки;

• малогабаритность установок, утилизация ценных компонентов (кислот, щелочей, металлов).

При больших объемах производства на локальных установках очистки целесообразно использовать электрохимические и мембранные методы (электролиз, электродиализ, электрофлотация), а централизованные очистные сооружения основывать на сочетании нескольких методов: реагентный, электрофлотация и ионообмен. При небольшом объеме производства предпочтение следует отдать электрохимическим и мембранным методам. Электрохимические методы очистки имеют ряд преимуществ перед химическими способами: упрощенная технологическая схема и автоматизация при эксплуатации производственных установок; меньшие производственные площади, необходимые для размещения очистных сооружений; возможность обработки сточных вод без их предварительного разбавления; уменьшение количества осадков после обработки сточных вод. Реагентная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов осуществляется путем перевода ионов тяжелых металлов в малорастворимые соединения (гидроксиды или основные карбонаты) при нейтрализации сточных вод с помощью различных щелочных реагентов (гидроксидов кальция, натрия, магния, оксидов кальция, карбонатов натрия, кальция, магния). При нейтрализации кислых сточных вод известковым молоком, содержащим значительное количество известняка, а также растворами соды некоторые ионы тяжелых металлов (цинк, медь и др.) осаждаются в виде соответствующих основных карбонатов, которые менее растворимы в воде, чем соответствующие гидроксиды. При образовании основных карбонатов происходит более полный переход ионов тяжелых металлов в малорастворимую форму. Кроме того, основные карбонаты большинства металлов начинают осаждаться при более низких значениях рН, чем соответствующие гидроксиды. Обезвреживание циансодержащих сточных вод Технологические сточные воды в гальванических процессах цинкования, кадмирования, меднения и серебрения содержат высокотоксичные простые и комплексные соединения циана (цианиды): NaCN, KCN, CuCN, Fe(CN)2, - простые цианиды; [CU(CN)2]-, [CU(CN)3]2-, [CU(CN)4]3-, [Zn(CN)4]2-, [Cd(CN)4]2-,[Fe(CN)6]3-, [Fe(CN)6]4-, [Ag(CN)2]- - комплексные цианиды. Количество цианидов в сточных водах гальванических цехов варьируется в широких пределах: при наличии ванн улавливания - 2-30 мг/л, без ванн улавливания - до 150-300 мг/л. Для обезвреживания циансодержащих сточных вод используются различные модификации реагентного метода, основанные на химическом превращении высокотоксичных цианидов в нетоксичные, легко удаляемые продукты: окисление цианидов в щелочной среде до цианатов с последующим их гидролизом до карбонатов и аммония. Реагентная очистка сточных вод от шестиваленгного хрома Соединения шестивалентного хрома – хромовая кислота и ее соли применяются при нанесении хромовых покрытий, при химической обработке (травление, пассивирование), при электрохимической обработке (анодирование), при электрополировке стальных изделий. Сточные воды обрабатываются в две стадии:

• восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного;

• осаждение трехвалентного хрома в виде гидроксида.

В качестве реагентов-восстановителей наибольшее применение получили натриевые соли сернистой кислоты – сульфит (Na2SO3), бисульфит (NaHSO3), пиросульфит ((Na2S2O5). Восстановление Сг6+ до Сг3+ происходит по реакциям: восстановление сульфитом натрия Сг2О72- + 3S032- + 8Н+ ––> 2Cr3+ + 3S042- + 4Н2O восстановление бисульфитом натрия Сг2О72- + 3HSO3– + 5Н+ ––> 2Сг3+ + 3S042– + 4Н2O восстановление пиросульфитом натрия 2 Сг2О72- + 3S2052– + 10Н+  ––> 4Cr3+ + 6S042– + 5Н2О Электрофлотация Основным техническим узлом системы очистки является электрофлотатор, включающий в себя блок нерастворимых электродов, систему сбора шлама, источник постоянного тока и вытяжной зонт. Работа аппарата основана на электрохимических процессах выделения водорода и кислорода за счет электролиза воды и эффекта флотации. Установка работает, как в непрерывном, так и в периодическом режимах и обеспечивает извлечение взвешенных веществ, нефтепродуктов, ПАВ, ионов тяжелых металлов Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Cr3+, Al3+, Pb2+, Fe2+, Fe3+ Ca2+, Mg2+ и др. в виде гидроксидов и фосфатов. Безреагентный электрохимический модуль предназначен для очистки сточных вод от ионов тяжелых цветных металлов. Модуль состоит из электрокорректора рН, двухсекционного электрофлотатора, вспомогательных емкостей для промывной и очищенной воды, дозиоующих насосов. Работа модуля основана на процессах образования дисперсной фазы нерастворимых гидроксидов тяжелых металлов и их электрофлотации. Промывная вода, содержащая ионы Cu2+, Ni2+, Zn2+, Сг3+, Fe3+, Cd2+ индивидуально или в смеси, подается в катодную камеру электрокорректора рН, где за счет электролиза воды выделяется водород и происходит подщелачивание среды до рН гидратообразоваиия тяжелых металлов. В анодной камере, отделенной от катодной мембраной, происходит накапливание анионов SO42-, С1- и других, за счет чего происходит обессоливание воды. В электрофлотационной камере происходит электрофлотация гидроксидов металлов в виде флотошлама. Очистка от ионов Сг6+ производится после восстановления до Сг3+. Очистка циансодержащих стоков осуществляется после окисления циана. Установка работает в непрерывном режиме и обеспечивает извлечение ионов металла в виде гидроксида, доведение рН до оптимальных значений, получение анолита для переработки флотошлама. Флотошлам удаляется из электрофлотатора пеносборным устройством. При локальной очистке сточных вод возможно повторное использование извлеченного гидроксида металла на корректировку и приготовление электролита основной ванны или для переработки электролизом на металл.

Технологическая схема очистки сточных вод: Е1, Е2, Е3 –накопительная ёмкость; Н1, Н2 – насос; Д1, Д2, –ёмкость приготовления раствора реагента; НД1, НД2, НД3 – дозирующий насос; Р1 – реактор смешения; ЭФ – Электрофлотационный модуль; ИПТ – источник питания электрофлотационного модуля; ФП – фильтр пресс; КФ – кварцевый фильтр; ИФ – ионообменный фильтр.