СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ОЧИСТКИ
1.1. Реагентные методы.
1.2. Биохимические методы.
1.3. Электрохимические методы.
1.4. Мембранные методы.
1.5. Сорбционные методы.
1.6. Комбинированные методы.
1.7. Выводы.
2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ
2.1. Общие сведения о предприятии.
2.2. Станция нейтрализации площадки «А».
2.3. Утилизация промышленных отходов
2.4. Оценка эффективности работы очистных сооружений.
3. ПРЕДЛАГАЕМАЯ СХЕМА ОЧИСТКИ ХРОМСОДЕРЖАЩИХ
СТОЧНЫХ ВОД
3.1. Описание технологической схемы.
3.2. Расчет основного оборудования.
3.3. Контроль за технологическим процессом.
3.4. Выводы.
4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
4.1. Организационная часть.
4.2. Экономическая часть.
4.3. Выводы.
5. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.
8. ПРИЛОЖЕНИЯ.
В данном дипломном проекте разработана схема комбинированной очистки сточных вод ООО «Завод «Автоприбор», содержащих ионы тяжелых металлов (Cr6+, Cr3+, Cu2+, Ni2+, Zn2+, Fe2+).
Предлагаемая схема очистки дает возможность не только вернуть очищенную воду в водооборот предприятия, но и утилизировать ценные вещества с целью их продажи или возврата в основное производство.
Библ. 80, Табл. 8, Рис. 5.
This graduation work includes a development of ionic-exchange purification layout designed for clarification of enterprise OOO “Avtopribor” industrial waste waters, containing cations of heavy metals.
The proposed purification system allows not only recovery of pure water to the enterprise’s water turnover, but also to utilize valuable substanses for their recycling in main process or for their realization.
Ref. 80, Tab. 8, Pict. 5
ВВЕДЕНИЕ
Гальванотехника – одно из производств, серьезно влияющих на загрязнение окружающей среды, в частности ионами тяжелых металлов, наиболее опасных для биосферы. Главным поставщиком токсикантов в гальванике (в то же время и основным потребителем воды и главным источником сточных вод) являются промывные воды. Объем сточных вод очень велик из-за несовершенного способа промывки деталей, который требует большого расхода воды (до 2 м3 и более на 1 м2 поверхности деталей).
На очистных сооружениях наиболее распространенным методом обезвреживания гальваностоков является реагентный метод, в частности, осаждение металлов гидроксидом кальция, не обеспечивающий доведение содержания ионов тяжелых металлов в стоках до современных ПДК. Основным недостатком этого метода является большое количество шламов, содержащих токсичные соединения тяжелых металлов. Утилизация и переработка образующихся шламов – очень сложное и дорогостоящее производство, а в некоторых случаях шламы не поддаются переработке. В таких случаях возврат химреактивов и металлов в цикл производства практически исключен. Основным методом обезвреживания таких отходов является захоронение их на специальных площадках, если таковые предусматриваются. Однако чаще всего эти шламы либо складируются на территории предприятия, либо неконтролируемо сбрасываются в овраги, водоемы, леса, а в лучшем случае на городские свалки. Лишь часть гальваношламов находит применение в строительстве при производстве строительных материалов.
Аналогичная проблема присуща и производству завода ООО «Автоприбор». Это предприятие предпринимает определенные меры по изменению технологии гальванопокрытий (сокращение цианистых загрязнений; внедрение катафореза, предусматривающего сокращение хромовых стоков на 70%). Однако внедрение задерживается на неопределенное время в связи с необходимостью больших капитальных вложений. Поэтому проблема очистки сточных вод остается актуальной для данного предприятия. В настоящей работе решаются вопросы очистки хромсодержащих сточных вод и извлечения ценных компонентов, так как операции хромирования предполагается осуществлять и при внедрении перспективных технологий.
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ОЧИСТКИ
ХРОМСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНОПРОИЗВОДСТВА
Известно большое количество методов извлечения цветных металлов из сточных вод гальванопроизводства. Наиболее используемые методы подразделяются на:
-реагентные,
-биохимические,
-электрохимические,
-мембранные,
-сорбционные,
-комбинированные [5].
1.1. РЕАГЕНТНЫЙ МЕТОД
Наиболее распространенный метод, заключающийся в переводе растворимых веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим отделением их в виде осадков.
В качестве реагентов используют гидроксиды кальция и
натрия, сульфиды натрия, феррохромовый шлак, сульфат железа(II), пирит [2, 6 - 9]. Наиболее широко для осаждения металлов используется гидроксид кальция, который осаждает ионы металла в виде гидроксидов:
Me n+ + nOH - = Me(OH)n
Наиболее эффективным для извлечения цветных металлов
является сульфид натрия, т.к. растворимость сульфидов тяжелых металлов значительно ниже растворимости других труднорастворимых соединений - гидроксидов и карбонатов. Процесс извлечения металлов сульфидом натрия выглядит так:
Me 2+ + S 2- = MeS ;
Me 3+ + S 2- = Me2S3 .
Сульфиды тяжелых металлов образуют устойчивые коллоидные системы, и поэтому для ускорения процесса их осаждения вводят коагулянты и флокулянты.Так как коллоидные частицы сульфидов имеют отрицательный заряд, то в качестве коагулянтов используют электролиты с многозарядными катионами - обычно сульфаты алюминия или трехвалентного железа, также их смеси. Соли железа имеют ряд преимуществ перед солями алюминия:
а) лучшее действие при низких температурах;
б) более широкая область оптимальных значений рН среды;
в) большая прочность и гидравлическая крупность хлопьев;
г) возможность использовать для вод с более широким диапазоном солевого состава.
При использовании смесей Al2(SO4)3 и FeCI3 в соотношениях от 1:1 до 1:2 достигается лучший результат коагулирования, чем при раздельном применении реагентов. Кроме вышеназванных коагулянтов, могут быть использованы различные глины, алюминийсодержащие отходы производства, травильные растворы, пасты, смеси и шлаки, содержащие диоксид кремния.
Для ускорения процесса коагуляции используют
флокулянты, в основном полиакриламид. Добавка его в количестве 0.01% от массы сухого вещества увеличивает скорость выпадения осадков гидроксидов металлов в 2 - 3 раза [6].
Метод реализован на большинстве предприятий в виде
станций нейтрализации.
Достоинства метода
1) Широкий интервал начальных концентраций ИТМ.
2) Универсальность.
3) Простота эксплуатации.
4) Отсутствует необходимость в разделении промывных вод
и концентратов.
Недостатки метода
1) Не обеспечивается ПДК для рыбохозяйственных водоемов.
2) Громоздкость оборудования.
3) Значительный расход реагентов.
4) Дополнительное загрязнение сточных вод.
5) Невозможность возврата в оборотный цикл очищенной
воды из-за повышенного солесодержания.
6) Затрудненность извлечения из шлама тяжелых металлов
для утилизации.
7) Потребность в значительных площадях для шламоотвалов
[28 - 31].
В США предложен способ получения неопасных осадков сточных вод, содержащих тяжелые металлы. Способ заключается в осаждении тяжелых металлов фосфорной кислотой или ее солью. Преимущество этого способа заключается в том, что фосфаты значительно менее растворимы, чем гидроксиды и сульфаты тех же металлов. Кроме того, фосфаты не амфотерны. Процесс осаждения металлов включает следующие стадии:
1) добавление фосфорной кислоты или ее кислой соли к
водному раствору из расчета моль фосфата на моль тяжелого металла;
2) понижение рН до 3 добавлением серной кислоты;
3) добавление коагулянта FeCl3 в концентрации 0.75-1.5
г/л;
4) увеличение рН раствора до 8.5 добавлением гидроксида
кальция и получение осадка, включающего скоагулированные фосфаты металлов;
5) обезвоживание осадка.
Полученный осадок мало выщелачивается. Если водный раствор содержит цианид-ионы, то их окисляют до ступени 1 добавлением гипохлорита натрия и гидроксида натрия. Cr (VI) в сточных водах восстанавливают в Cr (III) метабисульфитом натрия между 2-й и 4-й ступенью. В качестве флокулянта используют ионный полимер [32].
Также в США предложен способ удаления ионов тяжелых металлов из промышленных сточных вод добавлением 1-2 %-ной водной суспензии FeS2 .В результате обменной реакции в осадок выделяются тяжелые металлы в форме сульфидов [33]. Еще один способ удаления ионов тяжелых металлов из сточных вод, также разработанный в США, предполагает осаждать их в виде сульфида тритиокарбонатом щелочного или щелочноземельного металла (Na2CS). Предпочтение отдается тритиокарбонатам Na, K, Ca; рН раствора устанавливают в интервале 6 – 9. Для полноты осаждения тритиокарбонат добавлют в небольшом избытке по отношению к содержанию тяжелых металлов в сточных водах. Часто требуется предварительная обработка сточных вод окислителем или восстановителем, например, восстановление хрома (VI) в хром (III) гидразином или метабисульфитом натрия. Осажденные сульфиды тяжелых металлов легко отделяются от воды. Из полученных осадков известными способами получают металлы, которые повторно используют в производстве [34].
В ФРГ для удаления тяжелых металлов из сточных вод предлагается метод осаждения с гипсом при рН 7-9 ксантогенатов этих металлов, являющихся центрами кристаллизации. Очищенная сточная вода поступает на биологические очистные сооружения, остаточная концентрация ксантогенатов безопасна в гигиеническом и токсикологическом отношении [35].
Способ, предложенный в Уфимском институте (Россия), включает обработку сточных вод железным купоросом и серусодержащим реагентом с последующим отделением образующегося осадка. С целью повышения скорости процесса при сохранении высокой степени очистки, в качестве серусодержащего реагента используют отработанный сульфидированный едкий натр – отход сероочистки нефтепродуктов и сжиженных газов едким натром – реагент ОСЕН [36].