Очистка сточных вод гальванического производства

СОДЕРЖАНИЕ:

1. ЗАГРЯЗНЕНИЕПРИРОДНЫХВОД.2

2. ХАРАКТЕРИСТИКАПРОИЗВОДСТВЕННОГОПРОЦЕССА ВЦЕХЕ5

3. ИСТОЧНИКИИ ВИДЫ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙОКРУЖАЮЩЕЙСРЕДЫ, ХАРАКТЕРНЫЕДЛЯ ДАННОГОПРОИЗВОДСТВА7

4. ХАРАКТЕРИСТИКАВОЗМОЖНЫХВАРИАНТОВСИСТЕМ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯИ ВОДООТВЕДЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ9

5. СРАВНИТЕЛЬНАЯХАРАКТЕРИСТИКАИ ВЫБОР МЕТОДОВОЧИСТКИ СТОЧНЫХВОД И СИСТЕМЫВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ.ОПИСАНИЕ ВЫБРАННОГОКОМПЛЕКСАМЕРОПРИЯТИЙ12

5.1. Химическиеметоды очисткисточных вод12

5.2. Ионообменныйметод14

5.3. Другие методыочистки16

СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ17

1.ЗАГРЯЗНЕНИЕПРИРОДНЫХ ВОД.

Средизагрязненияразличных видовокружающейсреды, химическое загрязнениеприродных водимеет особоезначение. Всякийводоем иливодный источниксвязан с окружающей его внешнейсредой. На негооказываютвлияние условияформированияповерхностногоили подземного водного стока, разнообразныеприродные явления, индустрия, промышленное и коммунальноестроительство,транспорт,хозяйственнаяи бытоваядеятельностьчеловека. Последствием этих влияний является привнесениев водную средуновых, несвойственныхей веществ -загрязнителей,ухудшающих качество воды.

Загрязнения, поступающиев водную среду, классифицируютпо-разному, взависимостиот подходов,критериев изадач. Так, обычновыделяют химическое,физическоеи биологическиезагрязнения.

Химическоезагрязнениепредставляет собой изменениеестественныххимическихсвойств водыза счет увеличениясодержанияв ней вредныхпримесей как неорганической(минеральныесоли, кислоты,щелочи, глинистыечастицы), таки органическойприроды (нефтьи нефтепродукты,органическиеостатки,поверхностно-активныевещества, пестициды).

Основныминеорганическими (минеральными) загрязнителямипресных и морскихвод являютсяразнообразныехимическиесоединения, токсичные дляобитателейводной среды. Это соединениямышьяка, свинца,кадмия, ртути,хрома, меди,фтора, а такжецианидныесоединения.Большинство из них попадаетв воду в результатечеловеческойдеятельности.Тяжелые металлыпоглощаютсяфитопланктоном,а затем передаются по пищевойцепи болеевысокоорганизованныморганизмам. Токсическийэффект некоторых наиболее распространенныхзагрязнителейгидросферыпредставленна рисунке 1:

Рисунок1. Степень токсичностинекоторыхвеществ

Степеньтоксичности:

0 - отсутствует;

1 - оченьслабая;

2 - слабая;

3 - сильная;

4 - очень сильная.

Кромеперечисленныхв таблице веществ, к опаснымзаразителямводной средыможно отнестинеорганическиекислоты и основания,обуславливающиеширокий диапазонрН промышленныхстоков (1,0 - 11,0) испособныхизменять рНводной средыдо значений5,0 или выше 8,0, тогдакак рыба в преснойи морской водеможет существоватьтолько в интервалерН 5,0 - 8,5.

Ежегоднов сточных водахгальваническихцехов теряетсяболее 0,46 тысячтонн меди, 3,3 тысячтонн цинка,десятки тысячтонн кислоти щелочей. Помимоуказанныхпотерь соединениямеди и цинка,выносимыесточными водамииз очистныхсооруженийгальваническогопроизводства,оказываютвесьма вредноевлияние наэкосистему.

Отходы,содержащиертуть, свинец, медь локализованыв отдельныхрайонах у берегов,однако некотораяих часть выноситсядалеко за пределытерриториальныхвод.

Установлено,что соединениямеди и цинкадаже при малыхконцентрациях(0,001 г/л) тормозятразвитие, а прибольших (более0,004 г/л) вызываюттоксическоевоздействиена водную фауну.

2.ХАРАКТЕРИСТИКАПРОИЗВОДСТВЕННОГОПРОЦЕССА В ЦЕХЕ

Заоснову длярасчета и внедренияразличныхприродоохранных мероприятий взят гальваническийцех, в которомнаносят гальваническиепокрытия на металлы с применением цианистыхэлектролитов.В этом цехепрежде всегонаносят следующиегальваническиепокрытия: медныеи никелевые.

Никелевыепокрытия широко применяютсядля защитыизделий изчерных металловот коррозиив различныхклиматическихзонах и в атмосфере, загрязненнойпромышленнымигазами, длязащиты отнепосредственноговлияния преснойводы и от коррозионноговоздействия керосина, бензина и других нефтяныхпродуктов имасел.

Медныепокрытия чащевсего применяютдля экономииникеля какподслой приникелированиии хромировании.Вследствиепромежуточногопокрытия стали и чугуна медьюдостигаетсялучшее сцеплениемежду основнымметаллом иметаллом покрытияи уменьшаетсявредное влияниеводорода. Медныепокрытия широкоприменяютсятакже для местнойзащиты прицементациии в гальванопластике.Медные покрытияхорошо полируются, что имеет значениепри декоративно-защитныхпокрытиях.Хорошо оснащенные гальванические цехи имеютсяпочти на всехмашиностроительныхи металлообрабатывающихзаводах России.

Каждыйтехнологический процесс гальваническогонанесенияметаллическихпокрытий состоитиз ряда отдельныхопераций, которыеможно разделитьна 3 группы:

1.Подготовительныеработы. Их цель - подготовкаметалла (егоповерхности)для нанесения покрытия гальваническимпутем. На этойстадии технологическогопроцесса проводитсяшлифование, обезжириваниеи травление.

2.Основнойпроцесс, целькоторого заключаетсяв образованиисоответствующегометаллического покрытия с помощью гальваническогометода.

3.Отделочныеоперации. Ониприменяютсядля облагораживанияи защиты гальваническихпокрытий. Наиболеечасто для этихцелей применяютпассивирование,окраску, лакированиеи полирование.

В обычныхусловиях для меднения применяется электролиттакого состава(в Г/л):

Хлоридмеди 30-40

Солянаякислота 400-550

Уксуснаякислота 5-10

Приработе с повышенной плотностью тока применяетсяэлектролиттакого состава(в Г/л):

Фторборатмеди 400

Борфтористоводороднаякислота 30

Борнаякислота 15-20

Д
ля никелированияже в стационарныхи колокольныхваннах широкоприменяютэлектролитследующегосостава (в Г/л):

Сульфатникеля 240-340

Хлоридникеля 80-85

Борнаякислота 30-40

С
остав электролитадля блестящегоникелирования(в Г/л):

Сульфатникеля 250-300

Хлориднатрия 10-15

Борнаякислота 30-40

Формальдегид 0,01-0,05

ХлораминБ 20-2,5

Моющеесредство «Прогресс» 2-5

3. ИСТОЧНИКИ ИВИДЫ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙОКРУЖАЮЩЕЙСРЕДЫ, ХАРАКТЕРНЫЕДЛЯ ДАННОГОПРОИЗВОДСТВА

Длянужд технологииочистки сточныхвод гальванотехнологическиеоперации чащевсего классифицируют,исходя из реакцийи химическогосостава электролитов, служащих источникомобразованиясточных вод.Гальваническиеоперации делятсяна 4 группы всоответствиис 4 видами сточныхвод:

1.Операции,при которыхобразуютсярастворы илипромывные воды,содержащиецианистыесоединения: к ним относятсяосновные процессыэлектрохимическоговыделенияметалла из их цианистых, атакже операциипромывки послеэтих растворов.

2.Операции,при которых растворы илипромывные водысодержат хромистыесоединения:к ним относятсяпроцессыхромирования,хромистой пассивации и операции промывки послеэтих растворов.

3.Операции,при которыхрастворы ипромывные водыне содержатупомянутыхсоединений: к ним относятсянекоторыевспомогательныеработы (обезжиривание, травление), основные процессыи отделочныеработы.

4.Операции,при которыхобразуютсярастворы илипромывные воды,содержащиеионы тяжелыхметаллов (вчастности, ионыникеля и меди): к ним относятсяосновные процессыэлектрохимическоговыделенияметалла, а такжеоперации промывкипосле этихрастворов.

Исходяиз приведенной классификации наши сточныеводы, анализируяих состав, можноотнести к сточнымводам, содержащимИТМ. Чтобы определитьисточникизагрязнениясточных водразделим всесточные водына концентрированные и разбавленные.Под концентрированнымисточными водамибудем пониматьотработанныетехнологическиерастворы ванн или промывные воды отдельнойтехнологической операции свысокой концентрациейзагрязнителей.Эти воды образуютсяпериодически, при смене отработанныхтехнологическихрастворов насвежие. Подразбавленнымисточными водамибудем пониматьводы, которыеобразуютсяпри межоперационнойпромывке, проводимойс целью сохраненияхимическогосостава и чистотыэлектролитическихрастворов, применяемыхв отдельныхоперациях.

4.ХАРАКТЕРИСТИКАВОЗМОЖНЫХВАРИАНТОВСИСТЕМ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯИ ВОДООТВЕДЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ

Можно выделить2 основных системыводообеспеченияпромышленныхпредприятий: прямоточная и последовательнаясистема. Припрямоточнойсистеме (рис.2) вся забираемаяиз водоема водаQист после участия в технологическом процессе (в виде отработавшей– Qсбр) возвращается в водоем, заисключениемтого количестваводы, котороебезвозвратно расходуется в производстве(Qпот).

Q_пот

- водачистая ненагретая

- cточнаявода нагретая

- тоже, ненагретаяи загрязненная

- тоже, очищенная

Рис. 2.Прямоточнаясистема водообеспчения

Количествоотводимых вводоем сточныхвод составляет:

Qсбр= Qист - Qпот.

Следуетотметить, чтосточные водыв зависимостиот вида загрязненийи других условийперед сбросомв водоем могутпроходить через очистные сооружения.В этом случае количествосбрасываемыхв водоем сточныхвод уменьшается,поскольку частьводы отводитсясо шламом (Qшл).По схеме водообеспеченияс последовательным использованием воды (рис. 3), которое может бытьдвух - трехкратным,количествосбрасываемыхсточных водуменьшаетсяв соответствии с потерями навсех производствахи на очистныхсооружениях:

Qсбр= Qист - ( Qпот1 + Qпот2 + Qпот3 ) .

Q_пот1 Q_пот2

ПП -1 ПП - 2

ОС Qшл

Q_ист

Q_сбр

Рис. 3.Последовательнаясистема водообеспечения

Повторноеиспользованиесточных водпосле соответствующейих очисткиполучило внастоящее времяширокое распространение.В ряде отраслейпромышленности90-95% сточных водиспользуетсяв системахоборотноговодоснабженияи лишь 5-10 % - сбрасываютсяв водоем.

Рис. 4. Рис. 5. Рис. 6.

Q_пот Q_пот Q_пот

П

П ПП ПП

ОС Q_шл

Q_об Q_об Q_об

ОУ Q_ун ОС Q_шл ОУ

Q_истQ_сбрQ_истQ_сбрQ_истQ_сбр

- сточнаявода загрязненная

- оборотнаявода

ОУ - охладительнаяустановка

Q_{об- оборотнаявода}

Q_{ун- вода, теряемаяпри испарениии уносе из охладит.установки}

Еслив системе оборотного водоснабжения промышленногопредприятия вода являетсятеплоносителеми процессеиспользованиялишь нагревается, то перед повторным применением ее предварительноохлаждают впруду, брызгальномбассейне, градирне(рис. 4). Если вода служит средой, поглощающей и транспортирующей механическиеи растворенныепримеси и впроцессе производствазагрязняетсяими, то передповторнымприменениемвода проходит очистку на очистных сооружениях(рис. 5); при комплексномиспользованиисточной водыперед повторнымприменением сточные водыподвергаютсяочистке и охлаждению(рис. 6).

Притаких системахоборотноговодоснабжениядля компенсациибезвозвратныхпотерь водыв производстве,на охладительныхустановках(испарение споверхности,унос ветром,разбрызгивание),на очистныхсооружениях,а также потерьводы, сбрасываемойв канализацию, осуществляетсяподпитка изводоемов идругих источниковводоснабжения.Количествоподпиточнойводы определяетсяпо формуле:

Qист = Qпот +Qун + Qшл + Qсбр .

Подпиткасистем оборотного водоснабженияможет осуществлятьсяпостоянно ипериодически.Общее количестводобавляемойводы составляет5-10% общего количестваводы, циркулирующейв системе.

5.СРАВНИТЕЛЬНАЯХАРАКТЕРИСТИКАИ ВЫБОР МЕТОДОВОЧИСТКИ СТОЧНЫХВОД И СИСТЕМЫВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ.ОПИСАНИЕ ВЫБРАННОГОКОМПЛЕКСАМЕРОПРИЯТИЙ

5.1. Химическиеметоды очисткисточных вод

Химическиеметоды очисткисточных водгальваническихотделенийоснованы наприменениихимическихреакций, в результатекоторых загрязнения,содержащиесяв сточных водах, превращаютсяв соединения,безопасныедля потребителя,или легко выделяютсяв виде осадков.Очистка сточныхвод гальваническогопроизводстваот ИТМ происходитв 2 стадии:

1. Образованиетруднорастворимыхсоединений.

2. Выделениеэтих соединенийв осадок.

Нейтрализацияионов тяжелыхметалловосуществляетсяпри добавлениив сточные водырастворимыхв воде щелочныхреагентов. ИТМпри нейтрализациипревращаютсяв труднорастворимыегидроксиды,которые выпадаютв осадок.

П
роцесс идетв соответствиис реакцией:

Cu²⁺+ 2OH^-= Cu(OH)₂; (a)

Ni²⁺+ 2OH^-= Ni(OH)₂. (б)

Д

лялучшей и болееполной и быстройкоагуляциигидроксидовиспользуютфлокулянт(полиакриламид).

Сточные воды

вода

1. Нейтрализатор

2. Флокулянт

3. Отстойник

4. Шламонакопитель

5. Обезвоживание

Сточные водыподпадают внейтрализатор1, для образованиянерастворимыхгидроксидов.После нейтрализациистоки направляютсяв отстойник3, куда подаетсяфлокулянт. Изотстойникашлам попадаетв шламонакопитель4, откуда подаетсяна обезвоживание5. Обезвоживаниепроводитсяв вакуум-фильтрах,фильтр-прессахи центрифугах.

Вышеописанныйметод (реагентный)в настоящеевремя получилнаибольшеераспространениев отечественнойпрактикеобезвреживаниясточных водгальваническихцехов. Основноеего достоинство- крайне низкаячувствительностьк исходномусодержаниюзагрязнений,а основнойнедостаток- высокое остаточноесолесодержаниеочищенной воды. Это вызывает необходимость в доочистке.

5.2. Ионообменныйметод

Гетерогенныйионный обменили ионообменнаясорбция - этопроцесс обменамежду ионами, находящимисяв растворе, иионами, присутствующими на поверхности твердой фазы - ионита. Очисткасточных водметодом ионногообмена позволяетизвлекать иутилизироватьценные примеси (для нашего случая этомедь и никель),очищать водудо ПДК с последующимее использованиемв технологическихпроцессах илив системахоборотноговодоснабжения.

Принципиальнаясхема установкидля очисткисточных вод гальваническогопроизводствапоказана нарис. 7.

2 3 4 5 6

1

8

7 7 7

1 – емкостьусреднениясостава

2 – гравийныйфильтр

3 – аппаратс активированнымуглем

4 - катионообменник

5,6 - анионообменники

7 - сборникчистой водыдля промывкиколонн

8 - усреднитель

Рис. 7 Схемаионообменнойустановки дляочистки цианистыхсточных вод

Стоки иземкости 1 дляусреднениясостава и частичногоотделениямеханическихпримесей направляютсяв усреднитель8.

Из аппарата8 стоки насосомподаются впесчано - гравийныйфильтр 2 дляочистки отмеханических примесей. Скоростьдвижения жидкости, отнесенная к поперечномусечению фильтра,5-7 м/ч. Следующаяступень - очисткаактивированнымуглем в аппарате3 от маслопродуктов,ПАВ, биологическихпримесей и т.д.

Отфильтрованнаявода направляетсяв катионообменник4, заполненныйсмолой КУ-1.Линейная скоростьдвижения жидкостив этом аппарате достигает 10-20 м/ч. По достижении на выходеконцентрациисорбируемыхионов 0,02-0,03 мг.экв/лкатионит подвергается регенерации.

Освобожденнаяот катионоввода поступаетв анионообменники5 и 6, заполненныесмолами АВ-17-8,АН-221 и др. Присодержаниисорбируемыханионов навыходе из аппарата0,05-0,1 мг/л анионитрегенерируют.

Сточные водынаправляютсяна производство(в систему оборотноговодоснабжения),а промывные- в сборникиконцентратовдля химическогообезвреживанияи, в нашем случаи, для извлечениямеди и никеля.

Главныйнедостатоктехнологииионного обмена состоит в том,что для выделенияиз воды элементовили солей необходимырегенерирующиекислоты илищелочи, которые впоследствиив виде солейпоступают вокружающуюсреду, вызываявторичноезагрязнениепоследней.

5.3. Другиеметоды очистки

К числу такихметодов можноотнести следующие2 метода – сорбционныйметод и мембранная технология.

Сорбционныйметод используетсякак для обезвреживаниясточных вод,так и для очисткиэлектролитовв гальваническихваннах оторганическихвеществ.

При фильтрациисточных водчерез сорбент(активированныйуголь, циолит)на его поверхностисорбируютсяИТМ. Сорбентпосле определенноговремени использованиянеобходиморегенерировать.Очистка сточныхвод производитсяна гранулированныхадсорберахс полотым,взрыхленноми псевдосжиженнымслоем. Такжеприменяютсяаппараты напылевидныхсорбентах либос перемешиваниемвоздуха, либонамывные фильтры.

Преимуществомданного методаявляется отсутствиевторичныхзагрязнений,возможностьрекуперациисобранныхвеществ и высокая,до 95%, степеньочистки, анедостатком– значительнаястоимостьсорбентов инеобходимостьузла регенерации.

Мембраннаяже технологияоснована наприменении мембран, которыеспособны задерживать практически все многовалентныекатионы. Дляудаления ионовникеля и медиможет применятьсягиперфильтрация(обратный осмос).Процесс гиперфильтрациисостоит в отделенииводы от ИТМчерез полупроницаемуюмембрану. Диаметрпор такой мембранысоставляет0,001 мкм. Вода подаетсяпод давлением60 – 100 атм. Гиперфильтрзадерживает50-70 % примесей.Поэтому применениемембран дляочистки промывных сточных вод и регенерации электролитовпредставляетсянаиболееперспективным.

СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ

1. ВолоцковФ.П. Очистка ииспользованиесточных водгальваническихпроизводств.М.: Химия,1983.

2. Бучило Э.Очистка сточныхвод травильныхи гальваническихотделений. М.:Энергия, 1977.

3. Костюк В.Н.Очистка сточныхвод машиностроительныхпредприятий.Л.: Химия, 1990.

4. АлфероваЛ.А. Замкнутыесистемы водногохозяйствапромышленныхпредприятий,комплексови районов. М.:Стройиздат,1984.

5. Яковлев С.В.Очистка производственныхсточных вод.М.: Стройиздат,1979.

6. КогановскийА.М. Очистка ииспользованиесточных водв промышленномводоснабжении.М.: Химия, 1983.

7. Очисткапромышленныхсточных вод.Под ред. КравецаВ.И. Киев: Технiка,1974.

8. ЗеркалинковаИ.М. КНИИРС. М.:2002.

МОСКОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙИНСТИТУТ

КАФЕДРА«КОРРОЗИИ,ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВИ ЭКОЛОГИИ»

КУРСОВАЯРАБОТА

ПОКУРСУ «ОЧИСТКАСТОЧНЫХ ВОД»

ТЕМА:

«ОЧИСТКАСТОЧНЫХ ВОДПОСЛЕ НАНЕСЕНИЯПОКРЫТИЯ СПЛАВАОЛОВО-СВИНЕЦИЗ БЕЗЦИАНИДНЫХЭЛЕКТРОЛИТОВ».

ВЫПОЛНИЛ:РОСЦИУСО.В.

ГРУППА:МТК-97

ПРИНЯЛ:КУРЯКОВЮ.Н.

ДАТАЗАЩИТЫ:

МОСКВА2002.