--PAGE_BREAK--(ЭК), который определяется как отношение конечной концентрации компонента раствора в сбрасываемой (очищенной) воде (Скон) к его ПДК в воде рыбохозяйственных водоемов и прямо пропорционально зависит от концентрации компонента в технологическом растворе (С0), кратности разбавления промывными водами выносимого из ванны раствора (q/Q) и обратно пропорционально зависит от степени очистки сточных вод (a):
Чем больше экологический критерий, тем большую экологическую опасность представляет тот или иной технологический раствор, гальванический цех; суммарно по всему гальваническому цеху с учетом работы очистных сооружений экологический критерий не должен превышать единицы: ЭК£1 [4, c. 145].
Представленная зависимость показывает, что снижение отрицательного воздействия гальванического производства на окружающую среду достигается снижением экологической опасности применяемых растворов и электролитов (С0/ПДК), рационализацией водопотребления (q/Q) и повышением эффективности очистки сточных вод (a).
Таким образом, при проведении работ по снижению экологической опасности гальванопроизводства в первую очередь необходимо проанализировать номенклатуру применяемых растворов и электролитов и по возможности произвести замену токсичных растворов на менее токсичные либо снизить концентрацию токсичных компонентов в применяемых растворах [4, c. 150].
При замене растворов и электролитов необходимо учитывать эффективность очистных сооружений по очистке образующихся при этом стоков. Так, например, при замене цианистого электролита цинкования на сернокислый при одинаковой концентрации ионов цинка и неизменных системах промывки деталей и очистки кисло-щелочных стоков экологический критерий технологии цинкования ухудшается в сотни раз из-за практически полной очистки стоков от цианидов (до ПДК) и незначительной степени очистки сточных вод от сульфатов (до 30%).
Поэтому в случае надежной системы обезвреживания цианистых стоков проблема замены цианистых электролитов определяется не столько степенью воздействия на окружающую природу, сколько санитарно-гигиеническими условиями труда при приготовлении и эксплуатации этих электролитов, а также необходимостью организации отдельных систем обезвреживания циансодержащих сточных вод и другими технико-экономическими моментами. Если же заменять цианистые электролиты на аммиакатные, то это может вызвать дополнительные трудности при очистке сточных вод, содержащих медь [4, c. 162].
2. Анализ эффективности очистки гальванических стоков на Санкт-Петербургском заводе гальванических изделий
2.1 Динамика основных показателей очистки гальванических стоков
Сточные воды, поступающие на централизованную заводскую станцию очистки, содержат комплекс неорганических и органических соединений с различными физико-химическими свойствами. Анализ состава сточных вод производства, дает следующие усредненные концентрации вредных ингредиентов в этих сточных водах (мг/л): общая минерализация — до 2000; взвешенные вещества — до 400; азот аммонийный — до 30; сульфаты — до 500; хлориды — до 1000; жиры и масла — до 25; железо — до 50; медь — до 35; никель — до 40; цинк — до 25; хром+3 — до 130; хром+6 — до 120; кадмий — до 2; фтор — до 2; цианиды — до 100. Такое разнообразие веществ и диапазонов их концентраций требует применения совокупности различных способов очистки сточных вод.
Однако до сих пор для нейтрализации стоков гальванических производств используется традиционный способ с применением растворов извести, при котором образуется большое количество солей кальция в осадке, что обусловливает трудности в переработке последнего [9].
Анализ организации промывки деталей в гальваническом производстве показывает, что проточная схема нерациональна по следующим причинам:
— вода подается в ванну промывки деталей независимо от процесса нанесения гальванических покрытий. На очистные сооружения сбрасывается вода независимо от концентрации солей тяжелых металлов в ней. Затраты воды в таком технологическом процессе неоправданно большие;
— практически отсутствует замкнутый цикл водооборота на производствах. Финансовые средства затрачиваются как на организацию процесса очистки, так и на водопользование.
Более целесообразной представляется организация локальной очистки воды для каждой ванны промывки деталей по схеме замкнутого оборота воды. При этом отсутствуют:
— потери электролита, уносимого деталями на своих поверхностях;
— практически отсутствуют сбросы воды на заводские очистные
сооружения и др. [9].
Выбор схемы и параметров установки очистки зависит от динамики поступления солей тяжелых металлов в ванну для промывки деталей. Данные по динамике поступлений солей тяжелых металлов в воду при наличии оборудования очистки в замкнутой схеме водооборота практически отсутствуют.
Были проведены исследования динамики изменения концентрации солей тяжелых металлов в такой схеме. Характерные изменения концентрации солей тяжелых металлов в ванне для промывки деталей в течение периода наблюдений на примере никеля приведен на рис. 1.
Рис. 1. Динамика изменения концентрации солей никеля в ванне для промывки деталей после гальванического процесса нанесения защитного покрытия
Для других солей тяжелых металлов (Cr, Cu, и др.) характер изменения концентраций практически не отличается. Изменяется только абсолютное значение концентрации солей тяжелых металлов, которое зависит от интенсивности и технологических особенностей процессов нанесения гальванических покрытий [7].
Анализ данных рис. 1 показывает, что при объеме ванны до 0,7 м3 и расходе воды на установку очистки до 20 л/ч концентрация никеля в ванне не превышала 7 мг/л.
В результате обобщения экспериментальных данных по динамике изменения концентрации солей тяжелых металлов в ваннах для промывки деталей после нанесения гальванических покрытий в замкнутой схеме водооборота, включающей установку очистки воды, получена номограмма (рис. 2) для определения кратности циркуляции воды в системе " ванна для промывки деталей — установка очистки".
Зная среднюю периодичность промывки деталей в ванне, эффективность очистки воды от солей тяжелых металлов в установке очистки, объем воды в ванне (V) для заданного значения снижения концентрации солей тяжелых металлов в ванне в период между двумя промывками детали(Соi/Со), помощью номограммы (см. рис.2) достаточно просто определить необходимый расход воды через установку очистки (v) [4, c. 161].
Эти данные индивидуальны для каждого технологического процесса. Поэтому до разработки технического решения по очистке промывной воды на гальванических участках необходимо предварительно определить динамику изменения концентрации солей тяжелых металлов в ванне для промывки деталей.
На основе вышеприведенной оценки системы «ванна для промывки деталей — установка очистки воды» были отработаны технологические режимы для локальной системы замкнутого водооборота ванны промывки деталей после хромирования. Концентрация Cr+6 в воде колебалась в пределах от 10 до 120 мг/л. Потери Cr+6 с оставшейся водой на поверхности детали были минимальны не более 0,1 мг/м2 поверхности детали [7].
Показатели по использованию воды и сбросу загрязняющих веществ в водные объекты за 5 лет представлены в таблице 2. 1
Таблица 2.1
2.2 Эффективность существующих технологий очистки гальванических стоков на Санкт — Петербургском заводе гальванических изделий
Гальваническое производство не может функционировать без очистных сооружений, так как является одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды. Поэтому в себестоимость продукции гальванического производства обязательно должны включаться затраты на отведение жидких отходов, обезвреживание стоков и размещение твёрдых отходов, среди которых наибольшими являются затраты на обезвреживание стоков и в частности очистку сточных вод. Эти затраты определяются стоимостью очистного оборудования и его обслуживания, а также стоимостью расходных материалов. То есть способ очистки стоков, и тип очистного оборудования в значительной степени влияют на себестоимость продукции.
В связи с этим имеет большое значение выбор очистного оборудования, удовлетворительного как по производительности и эффективности очистки, так и по капитальным и эксплуатационным затратам [4, c. 147].
Объём и состав сточных вод могут меняться в широких интервалах только вслед за изменениями в таких же интервалах расхода воды на промывку. В свою очередь расход воды гибко изменяться может только с помощью мероприятий сокращения водопотребления, которые применимы к действующему оборудованию без его реконструкции. К таким мероприятиям относятся изменение последовательности операций промывки, многократное использование промывной воды и использование ванн улавливания [9].
Изменение последовательности промывочных операций позволяет сократить расход воды на промывку после отдельных технологических операций на 30-3900 л/м2; многократное использование промывной воды в линии нанесения покрытий – на 300-2000 л/м2, а в линии обработки алюминия – на 1000-1700 л/м2; использование ванн улавливания позволяет в 2 раза снизить загрязнённость сточных вод и получать высококонцентрированные промывные воды небольших объёмов. В целом по гальваническому цеху без его реконструкции расход воды может быть изменён в несколько раз.
Помимо сокращения расхода воды и, следовательно, объёмов и количественного состава сточных вод в действующем гальваническом цехе возможны ряд мероприятий по изменению технологий гальванопроизводства. К таким мероприятиям относятся замена токсичных компонентов и электролитов на менее токсичные (цианистых электролитов на бесцианистые, соединений шестивалентного хрома на соединения трёхвалентного хрома, биологически жёстких ПАВ на биологически мягкие и т.п.), а также замена компонентов, мешающих очистке и (или) трудно поддающихся очистке (аммиакаты, пирофосфаты, цитраты, ацетаты, трилонаты, тартраты и др.). Эти мероприятия позволяют не только изменить качественный состав сточных вод, но и даже ликвидировать образование отдельных видов стоков (цианистых, хромсодержащих), что в свою очередь резко меняет требования к очистному оборудованию и существенно расширяет его выбор.
Вместо существующей станции нейтрализации было предложено 24 схемы очистки сточных вод рассмотренного цеха, наилучшие из которых позволяют до 74 % промывной воды заключить в водооборот и организовать замкнутый оборот ионов Zn2+, Ni2+, Sn2+ и Cr6+ [7].
Достичь соблюдение требований ПДК к очищенной воде можно не только за счёт изменения водопотребления и совершенствования технологий гальванопроизводства, но и изменяя водоотведение. Это можно проиллюстрировать на конкретном примере гальванического цеха, в котором проводятся 5 технологических процессов различной производительности (F, м2/ч) и с различными схемами промывок: в линии Niмат – Cuбл –Niбл –Сr после ванн, содержащих электролиты с ионами тяжёлых металлов, установлены ванны улавливания (У) и каскадные ванны промывки (2КП); в линиях цинкования и анодирования алюминия – каскадные ванны промывки (2КП); в линии химического оксидирования стали после основной ванны установлены две одинарные ванны промывки [4, c. 158].
В этом цехе формируются хромсодержащие стоки объёмом 1,5 м3/ч и кисло-щелочные стоки 20 м3/ч, содержащие ионы меди, никеля и цинка. Они общим потоком направляются на очистные сооружения, где обезвреживаются реагентным методом (рис. 3). В результате этого образуются недостаточно очищенные сточные воды, которые нельзя сбрасывать в природные водоёмы – превышение остаточной концентрации ионов тяжёлых металлов над ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения (ПДК рыб.) составляет десятки раз [4, c. 156].
Рис. 3. Организация очистки общих стоков реагентным методом
Но если выделить промывные воды, содержащие ионы Cu2+, Ni2+ и Zn2+, и с помощью того же реагентного метода очистить эти воды по отдельности, тогда после смешения их с остальными кисло-щелочными стоками в нейтрализаторе можно получить очищенную сточную воду, удовлетворяющую самым жёстким требованиям ПДК рыб. (рис. 4).
Рис.4. Организация очистки локальных стоков реагентным методом
Таким образом, изменяя водопотребление и водоотведение гальванического производства можно изменить условия очистки стоков, что позволяет адаптировать действующие технологии гальванического цеха к наилучшим технологиям очистки или даже с помощью неудовлетворительной очистки добиться выполнения жёстких требований к очищенной воде [8, c. 151].
3.Совершенствование технологий эффективности очистки гальванических стоков на Санкт-петербургском заводе гальванических покрытий
3.1 Направления совершенствования
Загрязнение тяжелыми металлами активных илов очистных сооружений связано с тем, что на гальванических производствах предприятия города проблема очистки гальванических стоков не решена.
В настоящее время до 30% солей тяжелых металлов полезно расходуются в технологических процессах, большая часть солей тяжелых металлов поступает через систему городской канализации на очистные сооружения или сбрасывается в открытые водоемы. К 2005 году более 70% цехов предприятия требовали совершенствования технологии гальванических производств от создания новых производств на основе безотходных и малоотходных технологий, до реконструкции действующих производств [10].
Совершенствование технологии гальванических производств включает следующие направления:
1. Замена токсичных рецептур электролитов на менее токсичные или внедрение новых рецептур электролитов с пониженным содержанием солей тяжелых металлов. Так замена цианистых электролитов на бесцианистые, применение солей трехвалентного хрома для пассивации цинковых покрытий значительно снизили сбросы вредных веществ в окружающую среду от гальванических производств предприятия города, где эти технологии были внедрены.
2. Снижение водопотребления на 50-70% путем реконструкции промывочных устройств и более рационального использования воды. Возможность снижения водопотребления подтверждена в ряде проектов реконструкции гальванических производств. При этом предусматривается возврат токсичных компонентов из промывочных вод в производство за счет организации бессточной технологии.
3. Замена морально устаревшего оборудования обезжиривания поверхностей перед нанесением на них покрытий. Эксплуатация устаревшего оборудования обезжиривания поверхностей приводит к переносу на поверхность обрабатываемых деталей органических загрязнений, которые сокращают срок службы растворов в основных ваннах в 1.3-1.4 раза. Отечественные пути решения этой проблемы позволяют сократить расход химикатов в 1.2-1.7 раза, воды в 10-15 раз, электроэнергии в 1.3-1.4 раза.
4. Внедрение прогрессивных технологий, включая оборудование регенерации или обезвреживания отходов. Для реализации этих направлений в 1995 году была разработана «Программа природных мероприятий на гальванохимических производствах предприятий Санкт-Петербурга в 1995-2000 гг. для оздоровления бассейна Балтийского моря». Программа и положения данной программы могут быть использованы при подготовке проектных решений предприятиями в Санкт-Петербурге [6].
Уже около десяти лет решается в регионе проблема переработки токсичных промышленных отходов. Распоряжением Правительства Ленинградской области от 14 июля 1995 года N 713-р был утвержден акт выбора площадки под проектно-изыскательские работы для строительства предприятия по переработке промышленных токсичных отходов в районе поселка Красный Бор Тосненского района общей площадью 20,4 гектара, в том числе 13,25 гектара с северной стороны существующего полигона под строительство предприятия и 7,15 гектара с западной стороны для захоронения переработанных отходов с последующей прирезкой территории по мере ее использования [10].
В 1995 году на государственную экологическую экспертизу поступило ТЭО создания производства по переработке и захоронению промышленных отходов Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Комплексная технология по переработке промышленных токсичных отходов органического и неорганического характера и утилизации образующихся вторичных отходов разработана РНЦ «Прикладная Химия» с учетом собственного и зарубежного опыта. В основу предлагаемой технологии переработки 100 тыс.тонн отходов в год заложены принципы минимизации отходов и перевода их в менее токсичные формы, что достигается:
для 70 тыс.тонн органических отходов — методом термического обезвреживания с последующей очисткой дымовых газов;
для 30 тыс.тонн неорганических отходов — методом физико-химической обработки различными реагентами и последующей концентрацией [10].
продолжение
--PAGE_BREAK--