Проект участка очистки сточных вод гальванического производства (стр. 3 из 8)
При малом объеме производства предпочтение рекомендуется отдать локальным системам очистки на базе сорбционных, ионообменных и мембранных технологий.
Электрохимические методы очистки сточных вод гальванического производства обладают рядом преимуществ: простая технологическая схема при эксплуатации оборудования, удобство автоматизации его работы, сокращение производственных площадей под размещение очистных сооружений, возможность очистки сточных вод без предварительного разбавления, снижение солесодержания и уменьшение объема осадка, образующегося в процессе очистки.
Электрофлотация это процесс очистки сточных вод, в при котором электролитически полученные газовые пузырьки, всплывая в объеме жидкости, взаимодействуют с частицами загрязнений, в результате чего происходит их взаимное слипание, обусловленное уменьшением поверхностной энергии флотируемой частицы и пузырька газа на границе раздела фаз «жидкость-газ». Плотность образующегося в электрофлотаторе пенного продукта (флотошлама) ниже плотности воды, что обеспечивает его всплытие и накопление на поверхности очищаемой воды. Флотошлам периодически удаляется из электрофлотатора автоматическим устройством сбора шлама.
Электрокоагуляция(гальванокоагуляция) – устаревшие технологически методы, которые до настоящего времени используются на машиностроительных и металлообрабатывающих предприятиях для очистки сточных вод гальванического производства (в основном для очистки хромсодержащих сточных вод от ионов хрома Cr6+). В данных методах по электрохимическому механизму растворяют железо, и образовавшиеся ионы Fe2+восстанавливают шестивалентный хром Cr6+ до трёхвалентного Cr3+ с последующим образованием гидроксида хрома. Различие электрокоагуляции и гальванокоагуляции заключается в способе растворения железа. В электрокоагуляционном методе железо растворяется электрохимически при наложении на стальные аноды потенциала от внешнего источника питания. В гальванокоагуляционном методе железо растворяется гальванохимически за счет разности потенциалов, возникающей при контакте железа с медью или коксом. Следовательно, оба метода различаются движущей силой процесса растворения металлического железа, что и определяет их технологические различия.
Электрокоагуляция и гальванокоагуляция имеют огромное количество недостатков, основными среди которых являются следующие:
· трудность в обслуживании электрокоагуляторов за счет засорения межэлектродного пространства, которое необходимо постоянно прочищать скребками;
· трудность в обслуживании гальванокоагуляторов определяется необходимостью поддержания соотношения стальной стружки и кокса или стальной и медной стружки, неудобством засыпки загрузки, необходимостью тщательной фильтрации от мелкодисперсной фазы, состоящей из частиц кокса и оксидов железа.
· Оба метода требуют огромного количества химических реагентов (На восстановление одного хромат иона расходуется три иона двухвалентного железа и четыре молекулы серной или восемь молекул соляной кислоты. Чтобы восстановление шестивалентного хрома шло с достаточной эффективностью, расходующиеся реагенты должны присутствовать в обрабатываемых сточных водах в большом избытке. Это приводит к тому, что норму расхода и кислоты и железа приходится увеличивать еще в 1,5–2 раза)
· Оба метода создают огромное количество практически не утилизируемых твердых отходов – смесей гидроксидов железа и хрома: в пересчете на сухой вес около 10 кг на 1 кг хрома Cr3+, содержащегося в исходном стоке.
Рисунок 1. Электрокоагуляторы на очистных сооружениях металлообрабатывающего предприятия – общий вид
Ежегодно, посещая в ходе работы предприятия, которые внедрили очистные сооружения на базе электрокоагуляторов (и / или гальванокоагуляторов) и общаясь с инженерами и аппаратчиками ОС, нашими специалистами было сделано заключение, что соблюдение всех технологических режимов процесса для качественной и эффективной очистки гальванических сточных вод – задача достаточно сложная для действующих (как правило устаревших) электрохимических производств. Также большие сомнения вызывает использование очищенной воды для создания систем оборотного водоснабжения предприятий, требующих воду категорий 2 и 3 по ГОСТ 9.314–90 для получения качественных гальванических покрытий.
Рисунок 2. Электродные блоки электрокоагулятора
Перечисленные проблемы были успешно решены специалистами благодаря внедрению на очистных сооружениях промышленных предприятий электрофлотационных модулей.
Электрофлотация – метод очистки сточных и промывных вод, технологических растворов гальванического производства и производства печатных плат от загрязнений в виде взвешенных веществ, фосфатов и гидроксидов металлов, суспензий, смолистых веществ, эмульгированных веществ, нефтепродуктов, индустриальных масел, жиров и поверхностно-активных веществ. Для интенсификации процесса электрофлотации и повышения эффективности очистки, обычно, существует предшествующая стадия нейтрализации кислых или щелочных компонентов, перевод ионов металлов в труднорастворимые соединения, т.е. образование твёрдой фазы, флокуляция и (или) коагуляция.
Рисунок 3. Электрофлотатор на очистных сооружениях металлообрабатывающего предприятия – общий вид
Электрофлотатор оборудование для очистных сооружений сточных вод гальванических производств. Очищенная вода после электрофлотатора подается на мембранную установку гиперфильтрации для создания оборотного водоснабжения или сбрасывается в систему канализации. Электрофлотатор работает на основе процесса выделения микропузырьков электролитических газов и флотационного эффекта. Электрофлотатор МУОВ-М4 с блоком нерастворимых электродов входит в состав электрофлотационного модуля, который укомплектован системой сбора шлама, источником постоянного тока, вспомогательными емкостями из полипропилена для загрязненной и очищенной воды, насосами Grundfos и дозирующим оборудованием Etatron. Очистка сточных вод от тяжелых металлов: меди, хрома, цинка, никеля, железа, алюминия, кадмия, свинца, нефтепродуктов, спав и взвешенных веществ производится в непрерывном режиме.
| № п./п | Параметр | Электрокоагуляция | Электрофлотация |
| 1 | Энергозатраты, кВт ч/м3 | 1 – 1,5 | 0,1 – 0,5 |
| 2 | Степень очистки, % | 80 – 95 | 95 – 99,9 |
| 3 | Вторичное загрязнения воды | Fe 1 мг/лAl 0,5–1 мг/л | Отсутствует |
| 4 | Вторичное загрязнение твердых отходов (ионы тяжелых металлов) | 30% (Cu, Ni, Zn, Cr) | Отсутствует |
| 5 | Режим эксплуатации | Периодический | Непрерывный |
| 6 | Расход материалов и реагентов | Fe и / или Al – анод (5–10 дней) | Ti – анод (5–10 лет) |
| 7 | Производительность, м3/ч | до 5 | от 1 до 50 |
| 8 | Осадок гальванического шлама | Пульпа 99% влажности | Пенный продукт 94–96% влажности |
Преимущества использования электрофлотационных модулей очевидны:
· высокая эффективность извлечения дисперсных веществ (гидроксидов и фосфатов тяжелых металлов и кальция, нефтепродуктов, поверхностно-активных и взвешенных веществ);
· высокая производительность (1 м2 оборудования – 4 м3/ч очищаемой воды);
· отсутствие вторичного загрязнения воды благодаря примению нерастворимых электродов ОРТА;
Рисунок 4. Нерастворимые электроды электрофлотатора
· низкие затраты электроэнергии от 0,5 до 1 кВт·ч/м3;
· отсутствие заменяемых материалов (электродов, фильтров, сорбентов и пр.);
· простота эксплуатации, автоматический режим работы не требуют ежегодного ремонта и остановок;
· шлам менее влажный (94–96%), в 3–5 раз легче обезвоживается и может быть использован при изготовлении строительных материалов и / или пигментов для красителей.
Мембранные методы очистки:
1) Обратный осмос
Обратный осмос – мембранный процесс очистки воды, для осуществления которого применяются мембраны с минимальным размером пор, соизмеримым с размером одиночных ионов, благодаря чему из воды удаляются все растворенные ионы и молекулы. Рабочее давление процесса в зависимости от солесодержания раствора составляет от 10 до 70 бар. Наиболее эффективно использование обратного осмоса для очистки воды.
Принцип обратного осмоса
2) Нанофильтрация
Нанофильтрация (НФ) совмещает в себе черты как ультрафильтрации, так и обратного осмоса. В процессе НФ используются заряженные мембраны по размерам пор близкие к ультрафильтрационным, что вызывает разделение как по сферическому (ситовому) механизму, так и по Доннановскому и электростатическому механизмам. В зависимости от типа задерживаемых загрязнений преобладают те или иные эффекты. В частности, для катионов тяжелых металлов, имеющих сильный положительный заряд, отрицательно заряженные мембраны и слой положительно заряженных противоионов вносят решающий вклад в селективность. С помощью НФ удается достигнуть селективности 90–98%, что ниже характерных для обратного осмоса 97–99,5%, однако в ряде случаев такие высокие селективности не являются необходимостью и поэтому выгоднее использовать менее энергоемкий процесс нанофильтрации (рабочее давление в 1,5–2 раза ниже). Нанофильтрация может быть использована для концентрирования растворов, содержащих поливалентные соли благодаря различным плотностям заряда и размерам гидратных оболочек ионов. Влияние заряда важно для выделения соли с помощью нанофильтрации, для которой процесс растворения-диффузии – главные механизмы. Доннановские силы имеют особенно важное значение для разбавленных растворов солей.