Оценка эффективности технологий очистки гальванических стоков на Санкт-Петербургском заводе гальванических покрытий

Министерствообразования и науки Российской Федерации
Федеральноеагентство по образованию
Уральскийгосударственный экономический университет
КУРСОВАЯРАБОТА
на тему: Оценкаэффективности технологий очистки гальванических
стоков наСанкт-Петербургском заводе гальванических покрытий
 
Факультет Менеджмент и право
Специальность Национальнаяэкономика
 
Исполнитель: ФёдороваА.М.
Группа ЭКО-06
Научный руководитель:
Яндыганов Я.Я.
Екатеринбург
2010

Содержание
 
Введение
1. Теоретические основы оценкиэффективности технологий очистки гальванических стоков
1.1 Сущность и особенностигальванических стоков
1.2 Воздействие очистки гальваническихстоков на окружающую среду и здоровье человека
1.3 Способы очистки гальваническихстоков
1.4 Методологические подходы коценке эффективности очистки гальванических стоков
2. Анализ эффективности очисткигальванических стоков на Санкт-Петербургском заводе гальванических изделий
2.1 Динамика основных показателейочистки гальванических стоков
2.2 Эффективность существующихтехнологий очистки гальванических стоков на Санкт — Петербургском заводегальванических покрытий
3.Совершенствование технологий эффективности очистки гальванических стоков на Санкт-петербургском заводегальванических покрытий
3.1 Направления совершенствования
3.2 Оценка эффективности развитиятехнологий очистки гальванических стоков
Заключение
Список использованных источников

Введение
очисткагальванический сток окружающая среда
Применение защитных,защитно-декоративных и специальных покрытий позволяет решать многие задачи,среди которых важное место занимает защита металлов от коррозии. Коррозияметаллов, то есть разрушение их вследствие электрохимического или химическоговоздействия среды причиняют народному хозяйству огромный ущерб. Ежегодно вследствиекоррозии выходит из употребления до 10-15% годового выпуска металла в видеценных деталей и конструкций, сложных приборов и машин. В отдельных случаяхкоррозия приводит к авариям.
Гальванические покрытияявляются одним из эффективных методов защиты от коррозии, они также широкоприменяются для придания поверхности деталей ряда ценных специальных свойств:повышенной твердости и износостойкости, высокой отражательной способности,поверхностной электропроводности, облегчение паяемости и улучшения внешнеговида изделий. Но гальваническое производство является одним из наиболее опасныхисточников загрязнения окружающей среды. Главным образом поверхностных иподземных водоёмов, ввиду образования большого объёма сточных вод, содержащихвредные примеси тяжёлых металлов, неорганических кислот и щелочей,поверхностно-активных веществ и других высокотоксичных соединений, а такжебольшого количества твёрдых отходов, особенно от реагентного способаобезвреживания сточных вод, содержащих тяжёлые металлы в малорастворимой форме.
Актуальность выбраннойтемы в том, что соединения тяжёлых металлов, выносимые сточными водамигальванопроизводства, весьма вредно влияют на экосистему. Многие химическиевещества, поступающие в окружающую среду, в том числе и в водоёмы, а черезпитьевую воду в организм человека, помимо токсического действия обладают,мутагенным  и тератогенным действием. Токсикологическое действие тяжёлыхметаллов — сердечнососудистые расстройства, рак, наследственные болезни,паралич, эпилепсия. Канцерогенное действие на теплокровных животных припоступлении в организм с питьевой водой оказывают мышьяк, селен и палладий, апри поступлении в организм другими путями — хром, бериллий, свинец, ртуть, кобальт,никель, серебро, платина. Многие неорганические соединения даже в очень малыхконцентрациях оказывают вредное воздействие на рыб и их кормовые ресурсы.Большинство водных организмов более чувствительно к действию токсичных веществ,чем человек и теплокровные животные. Разные виды организмов неодинаково переносятдействие неорганических соединений. Кумуляция вредных неорганических соединенийтканями рыб создает угрозу отравления людей, употребляющих такую пищу.
В работе ставятсяследующие задачи:
1.Обозначитьактуальность такой проблемы, как оценка эффективности технологий очисткигальванических стоков.
2.Рассмотреть проблемуоценки эффективности очистки гальванических стоков на примере конкретногопредприятия.
3.Обозначить путисовершенствования оценки эффективности технологий очистки гальванических стоков
Основными методами принаписании работы были аналитический и статистический. Кроме того, использовалсямногофакторный подход, который включает в себя следующие подходы: целевой,проблемный, системный, исторический, экологический, региональный. Основнымиисточниками были: научная и учебная литература, различные документы и Интернетсайты.

1. Теоретические основыоценки эффективности технологий очистки гальванических стоков
 
1.1Сущность иособенности гальванических стоков
Гальваническоепроизводство является одним из наиболее опасных источников загрязненияокружающей среды, главным образом поверхностных и подземных водоемов, ввидуобразования большого объёма сточных вод, а также большого количества твердыхотходов, особенно от реагентного способа обезвреживания сточных вод.
Сточные воды травильныхи гальванических отделений характеризуются тем, что содержащиеся в нихзагрязнения невозможно удалить с помощью фильтрования и других методов, обычноприменяемых для очистки коммунальных сточных вод.
Такие загрязнения являютсясильными ядами, способными уничтожить, в определенных условиях, всякую жизнь вестественных водоёмах или сооружениях биологической очистки коммунальныхсточных вод.
Наиболее частовстречающиеся загрязнители следующие: неорганические кислоты и их соли, щелочи,поверхностно активные вещества и неорганические соли тяжелых металлов [1, c.9].
Постоянный прогресс втехнологии химической и электрохимической обработки металлов влияет наизменение структуры сточных вод в связи с применением в технологическихпроцессах различных органических и металлоорганических ингибиторов, а такжесоединений для очистки и окраски. Так как во многих случаях даже неизвестныметоды удаления этих загрязнений из сточных вод, то их отправляют с очищеннымисточными водами в хранилища (накопители). Несмотря на небольшую концентрациюэтих загрязнений в очищенных сточных водах, они всё же представляют большуюсанитарную проблему при снабжении населения водой из водохранилищ, кудапопадает большое количество промышленных сточных вод.
Соединения металлов,выносимые сточными водами гальванического производства, весьма вредно влияют наэкосистему водоем–почва–растение–животный мир–человек. Они обладаюттоксическим, канцерогенным,  мутагенным, тератогенным и аллергенным  действием.Кроме того, некоторые неорганические соединения оказывают губительное действиена микроорганизмы очистных сооружений, прекращают или замедляют процессыбиологической очистки сточных вод и сбраживание осадков в метантенках.Токсичные металлы в водоемах губительно действуют на флору и фауну и тормозятпроцессы самоочищения водоемов[1, c.10].
При использовании водызагрязненных водоёмов для орошения цветные металлы выносятся на поля иконцентрируются в верхнем наиболее плодородном гумусосодержащем слое почвы,снижая азотфиксирующую способность почвы и урожайность сельскохозяйственныхкультур, и вызывают накопление металлов выше допустимых концентраций в кормах идругих продуктах.
При одновременномприсутствии в сточных водах гальвано производства нескольких вредныхкомпонентов проявляется их совместное, комбинированное действие на организмчеловека, теплокровных животных, флору и фауну водоемов, на микрофлору очистныхсооружений канализации, выражающееся в синергизме (эффект действия большепростого суммирования); антагонизме (действие нескольких ядов меньшесуммированного) и в аддитивности (простое суммирование) [1, c.9].
По концентрациисодержащихся в них растворенных веществ, все сточные воды гальваническихпроизводств можно разделить на две основные группы: мало-концентрированные,образующиеся в различных промывочных операциях; высококонцентрированные,представляющие собой отработанные, растворы и электролиты. По химическомусоставу их подразделяют на три основные группы: содержащие цианистые соединения(цианиды); содержащие соединения шестивалентного хрома (хроматы); содержащиесвободные минер, кислоты или щелочи, а также соли тяжелых металлов. Сточныеводы каждой из этих групп должны отводиться отдельно.
Для очистки сточных водгальванических производств применяют реагентные, электрохимические,ионообменные и некоторые другие физико-химические способы, преимущественнореагентные, осуществляемые на установках непрерывного и периодического действияи основанные на химическом окислении, восстановлении и осаждении растворенныхвеществ, а также на нейтрализации свободных  кислот и щелочей. Дляобезвреживания циансодержащих сточных вод применяют в основномреагенты-окислители, содержащие активный хлор (хлорная известь, хлорная вода).Необходимое время контакта сточных вод с реагентами при интенсивном перемешиванииреакционной смеси составляет 3—5 мин [1, c.11].
С точки зренияинтересов здравоохранения общества, наиболее целесообразно запрещение отводасточных вод промышленных предприятий в водохранилища и создание замкнутыхсистем технологической воды. Сейчас проводят интенсивные исследования иизучения возможности такого решения.
1.2 Воздействие очисткигальванических стоков на окружающую среду и здоровье человека
 
В ходе нанесениягальванических покрытий применяются хорошо растворимые в воде соли тяжелыхметаллов: железа, меди, никеля, цинка, кадмия, хрома и других металлов. В ходепромывки готовых изделий соли попадают в воду, а затем могут попасть и вканализацию. Так начинается процесс миграции их в биосфере. В двадцатом векеразрабатывались многочисленные способы очистки гальванических стоков отметаллов [2, c. 148].
При этом большую частьпримесей удается очистить методами реагентной очистки восстановителями иизвестью или электрокоагуляцией. Они получили широкое распространение. Нообнаружились три недостатка.
Первый — применяемыедля восстановления хрома-6 сульфиты, бисульфиты, тиосульфаты обладают не тольковосстанавливающими, но и комплексообразующими свойствами. Взаимодействуя сметаллами, они образуют комплексы, не способные выпадать в осадок с осадителем(известью) и взаимодействовать  с ионообменными смолами. Металлы, «замаскированные»в комплексах, проходят все системы очистки, поступают в окружающую среду илегко проникают в клетки растений, начиная свою разрушительную для биосферыработу [3, c. 135].
Второй недостаток — длясоздания соответствующего окислительно-восстановительного потенциалавосстановитель вынуждены вводить в реакцию в избытке и чем ниже концентрациягальваностока, тем избыток больше (до семикратного). Тем самым проблема ещебольше обостряется. Дешевый, но крайне неэффективный осадитель в видегидроокиси кальция (извести) довершает дело. В его присутствии вода становитсяжесткой и не может применяться в водообороте. В силу своей неэффективности,известь применяют в десятикратном избытке. После осаждения получаются большиеобъемы токсичного, но экономически не интересного гальванического шлама. Всеэти проблемы попытались решить методом очистки электрокоагуляцией нарастворимых железных или алюминиевых электродах. Восстановитель и осадительубрали.
Возникли новые проблемы- железо и алюминий тоже являются загрязнителями, обладают токсичностью, акроме того, способны к образованию коллоидных растворов, которые не могутудержать ионообменные фильтры.
Проблемы эти настолькоосложнили ситуацию в экологии крупных городов, что все вздохнули с облегчениемпосле краха машиностроительной отрасли в России во время экономических реформ.Но актуальности задача очистки стоков от тяжелых металлов не потеряла, так какдаже меньшие объемы стоков все равно приводят к биоаккумуляции токсичныхметаллов в растениях, животных и отравлению человека [3, c.140].
Тяжелые металлыспособны образовывать сложные комплексе соединения с органическими веществамипочвы, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны дляпоглощения. Избыток влаги в почве способствует переходу тяжелых металлов внизшие степени окисления и в растворимые формы. Анаэробные условия повышаютдоступность тяжелых металлов растениям. Поэтому дренажные системы, регулирующиеводный режим, способствуют преобладанию окисленных форм тяжелых металлов и темсамым снижению их миграционных характеристик. Растения могут поглотать из почвымикроэлементы, в том числе тяжелые металлы, аккумулируя их в тканях или наповерхности листьев, являясь, таким образом, промежуточным звеном в цепи «почва— растение — животное — человек» [3, c.138].
Различные растениясосредоточивают в себе разное число микроэлементов: в большинстве случаев —избирательно. Так, медь усваивают растения семейства гвоздичных, кобальт —перцы. Высокий коэффициент биологического поглощения цинка характерен дляберезы карликовой и лишайников, никеля и меди — для вероники и лишайников.Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которыхвозрастает по мере увеличения атомной массы. Их токсичность проявляетсяпо-разному. Многие металлы при токсичных уровнях концентраций ингибируютдеятельность ферментов (медь, ртуть). Некоторые из них образуют хелатоподобныекомплексы с обычными метаболитами, нарушая нормальный обмен веществ (железо).Такие металлы, как кадмий, медь, железо, взаимодействуют с клеточнымимембранами, изменяя их проницаемость.
Особый интереспредставляет изучение животных, являющихся чувствительным индикатором начальныхстадий загрязнения тяжелыми металлами. Они аккумулируют элементы в доступныхбиологически активных формах и отражают фактический уровень загрязненияэкосистем. Почвенные животные, особенно сапрофитные группы, благодаря теснойсвязи с почвенными условиями и ограниченной территорией обитания могут бытьхорошими индикаторами химического загрязнения биосферы. Среди животных такимииндикаторами могут быть европейский крот, бурый медведь, лось, рыжая полевка.Располагая сведениями о содержании тяжелых металлов у млекопитающих, можнопрогнозировать их влияние на организм человека.
Соединения металлов,выносимые сточными водами гальванического производства, весьма вредно влияют наэкосистему водоем–почва–растение–животный мир–человек [3, c.147].
Они обладаюттоксическим, канцерогенным (вызывают злокачественные новообразования — As, Se,Zn, Pd, Cr, Be, Pb, Hg, Co, Ni, Ag, Pt.), мутагенным (могут вызвать изменениянаследственности — ZnS), тератогенным (способны вызвать уродства у рождающихсядетей — Cd, Pb, As, Co, Al и Li) и аллергенным действием (соединения Cr6+).
1.3 Способы очисткигальванических стоков
Гальваническиестоки могут быть очищены различными способами. Классификация способов очисткигальванических стоков зависит от выбранного критерия.
Общепринятойсчитается классификация по способу очистки гальванических стоков:
— Механическийспособ.
 Сущность механическогоспособа состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрацииудаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы, в зависимости отразмеров, улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками др.
Механическаяочистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимыхпримесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси,используются в производстве.
— Реагентныйспособ.
Является, однимиз основных методов очистки сточных вод, или химический способ. В его основележат химические реакции, которые переводят вредные загрязнители в воде израствора в нерастворимый осадок с последующим извлечением осадка из стока.
Для проведенияхимических реакций необходимы соответствующие условия. Например, в гальванотехникевыделяется несколько типов стоков: циансодержащие; хромсодержащие; содержащиесоли тяжелых металлов; кислотно-щелочные.
Для примененияреагентного метода очистки этих стоков на предварительной стадии необходимопровести коррекцию pH среды. Затем проводятся химические реакции, которыепереводят металлы в нерастворимую форму.
— Электрохимический способ.
Этот способочистки сточных вод гальванического производства обладают рядом преимуществ:простая технологическая схема при эксплуатации оборудования, удобствоавтоматизации его работы, сокращение производственных площадей под размещениеочистных сооружений, возможность очистки сточных вод без предварительногоразбавления, снижение солесодержания и уменьшение объема осадка, образующегосяв процессе очистки [10].
Электрофлотацияэто процесс очистки сточных вод, в при котором электролитически полученныегазовые пузырьки, всплывая в объеме жидкости, взаимодействуют с частицамизагрязнений, в результате чего происходит их взаимное слипание, обусловленноеуменьшением поверхностной энергии флотируемой частицы и пузырька газа награнице раздела фаз «жидкость-газ». Плотность образующегося вэлектрофлотаторе пенного продукта ниже плотности воды, что обеспечивает еговсплытие и накопление на поверхности очищаемой воды. Флотошлам периодическиудаляется из электрофлотатора автоматическим устройством сбора шлама.
— Ионообменныйспособ.
Единственнымпрактически осуществимым методом возвращения промывных вод является ионныйобмен, с помощью которого возвращается обессоленная вода, а сорбированныезагрязнения извлекаются из ионообменных смол при регенерации. Целесообразностьиспользования ионного обмена как технологии очистки и возвращения 85-95% водыограничивается приростом содержания солей от 50 до 250 мг/л. Что необходимоучитывать при определении или разработке режима водопотребления вгальваническом производстве. При многоступенчатой каскадной промывке внескольких ваннах, в связи с высокой концентрированностью промывных вод,применение технологии ионного обмена является нецелесообразным, апредпочтителен метод обратного осмоса.
-Мембранныйспособ (обратного осмоса) [11].
Установкиобратного осмоса обеспечивают возможность очистки воды одновременно отрастворимых неорганических (ионных) и органических загрязняющих примесей,высокомолекулярных соединений, взвешенных веществ, вирусов, бактерий и другихвредных примесей. Поскольку поток фильтрата прямо пропорционален площадиповерхности мембраны и обратно пропорционален ее толщине, при проектированииобратноосмотических установок следует подбирать мембраны с максимальновозможной площадью и минимально возможной толщиной на единицу объема аппарата.
Надежностьустановок обратного осмоса повышают благодаря установке резервногооборудования, с возможностью его многофункциональное применения, оптимизацииколичества мембранных элементов в каждой секции аппарата, а также повышаянадежность фильтрующих элементов и оснащая компьютерной системой поискаотказавшего мембранного элемента и модуля [10].
Гальваническиестоки, как правило, содержат не только механические, но и химическиезагрязнения. Поэтому механическая очистка гальванических стоков без какой-либохимической (или иной) очистки практически не используется. Каждый из известныхспособов очистки гальванических стоков имеет свои преимущества и своинедостатки. Гальванические стоки имеют в своем составе различные компоненты,удаление которых вызывает необходимость сочетать различные способы очистки.
Очисткагальванических стоков от ионов шестивалентного хрома и тяжелых металловпроизводится обычно реагентным или электрохимическим методами. Эти методы непозволяют очищать воду до необходимых требований по содержанию вредныхкомпонентов, поэтому в сочетании с ними применяются другие методы [11].
Для сокращенияколичества гальванических стоков, подлежащих очистке на очистных сооружениях,используются системы локальной очистки гальванических стоков. Для локальнойочистки используются ионообменные и мембранные методы. Гальванические стоки,прошедшие локальную очистку, используются повторно для промывки деталей.
Для локальнойочистки гальванических стоков непосредственно около гальванических ванн и линийвыпускаются установки ОВ-100 и ОВ-300.
Установкиочистки гальванических стоков ОВ-100 и ОВ-300 предназначены для извлечения изпромывных вод катионов металлов и анионов, обессоливания водопроводной воды.
1.4Методологические подходы к оценке эффективности очистки гальванических стоков
Для основных элементовочистки на основе анализа расчетных формул СНиП были определены параметры, откоторых зависит эффективность очистки, а затем проведена статистическаяобработка данных части предприятий, которые представили ее в полном объеме.
Фактическаяэффективность очистки определялась по формуле:
              Свх — Свых
 Эфакт = — ;
              С вх
Где,
Свх — концентрациязагрязняющих веществ в сточной воде,
Свых — то же, на выходеиз элемента.
Расчетная эффективностьЭстат определялась с помощью методов регрессионного анализа [5, c.27].
Выведенныефункциональные зависимости отражают средний уровень эффективности работыэлементов систем очистки по отношению к сложившемуся в практике диапазонуизменения параметров элементов. При этом предприятия можно распределить на тригруппы:
— Эстат
— Эстат > Эфакт(эффективность ниже среднего уровня)
— Эстат  ≈ Эфакт
К первой группеотносятся предприятия, где, возможно, лучше налажена эксплуатация, либопроведена модернизация, реконструкция элемента, улучшающая работу элементаочистки.
Ко второй группеотносятся предприятия, где используется устаревшая технология очистки илиплохая эксплуатация, либо состав сточных вод не соответствует проектному [5, c.25].
Могут быть и другиепричины, влияющие на эффективность. Применение регрессионных уравненийпозволяет значительно сузить круг элементов для более подробного иобстоятельного изучение с целью определения наилучших из имеющихся в практикеэлементов очистки с одной стороны, а с другой — для определения первоочередныхобъектов, требующих капитальных вложений на модернизацию.
Выведенныерегрессионные зависимости между эффективностью очистки и параметрами элементовочистных сооружений позволяют оценить уровень эффективности существующих илипроектируемых элементов очистки.
Проведенныеисследования могут быть использованы при дальнейшей разработке нормативныхдокументов, которые будут определять процесс оценки эффективности действующихочистных сооружений [5, c.30].
В экологическомзаконодательстве отсутствуют правовым образом, установленные общие экологическиеограничения на природопользование с учетом принципов и требований обеспеченияустойчивого развития территорий и экологической безопасности. Установлениеэкологических ограничений на использование водно-ресурсного потенциаласогласуется с положением о необходимости достижения баланса экологических иэкономических интересов общества [5, c.32].
Для оценкиэкологической опасности гальванического производства служит экологическийкритерий(ЭК), который определяется как отношение конечной концентрациикомпонента раствора в сбрасываемой (очищенной) воде (Скон) к его ПДКв воде рыбохозяйственных водоемов и прямо пропорционально зависит от концентрациикомпонента в технологическом растворе (С0), кратности разбавления промывнымиводами выносимого из ванны раствора (q/Q) и обратно пропорционально зависит отстепени очистки сточных вод (a):
/>                                         
Чем большеэкологический критерий, тем большую экологическую опасность представляет тотили иной технологический раствор, гальванический цех; суммарно по всемугальваническому цеху с учетом работы очистных сооружений экологический критерийне должен превышать единицы: ЭК£1 [4, c.145].
Представленнаязависимость показывает, что снижение отрицательного воздействия гальваническогопроизводства на окружающую среду достигается снижением экологической опасностиприменяемых растворов и электролитов (С0/ПДК), рационализациейводопотребления (q/Q) и повышением эффективности очистки сточных вод (a).
Таким образом,при проведении работ по снижению экологической опасности гальванопроизводства впервую очередь необходимо проанализировать номенклатуру применяемых растворов иэлектролитов и по возможности произвести замену токсичных растворов на менеетоксичные либо снизить концентрацию токсичных компонентов в применяемыхрастворах [4, c. 150].
При заменерастворов и электролитов необходимо учитывать эффективность очистных сооруженийпо очистке образующихся при этом стоков. Так, например, при замене цианистогоэлектролита цинкования на сернокислый при одинаковой концентрации ионов цинка инеизменных системах промывки деталей и очистки кисло-щелочных стоковэкологический критерий технологии цинкования ухудшается в сотни раз  из-запрактически полной очистки стоков от цианидов (до ПДК) и незначительной степениочистки сточных вод от сульфатов (до 30%).
Поэтому в случаенадежной системы обезвреживания цианистых стоков проблема замены цианистыхэлектролитов определяется не столько степенью воздействия на окружающуюприроду, сколько санитарно-гигиеническими условиями труда при приготовлении иэксплуатации этих электролитов, а также необходимостью организации отдельныхсистем обезвреживания циансодержащих сточных вод и другимитехнико-экономическими моментами. Если же заменять цианистые электролиты нааммиакатные, то это может вызвать дополнительные трудности при очистке сточныхвод, содержащих медь [4, c.162].

2. Анализ эффективностиочистки гальванических стоков на Санкт-Петербургском заводе гальваническихизделий
 
2.1 Динамика основныхпоказателей очистки гальванических стоков
 
Сточные воды,поступающие на централизованную заводскую станцию очистки, содержат комплекснеорганических и органических соединений с различными физико-химическимисвойствами. Анализ состава сточных вод производства, дает следующие усредненныеконцентрации вредных ингредиентов в этих сточных водах (мг/л): общаяминерализация — 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 идиапазонов их концентраций требует применения совокупности различных способовочистки сточных вод.
Однако до сих пор длянейтрализации стоков гальванических производств используется традиционныйспособ с применением растворов извести, при котором образуется большоеколичество солей кальция в осадке, что обусловливает трудности в переработкепоследнего [9].
Анализ организациипромывки деталей в гальваническом производстве показывает, что проточная схеманерациональна по следующим причинам:
— вода подается в ваннупромывки деталей независимо от процесса нанесения гальванических покрытий. Наочистные сооружения сбрасывается вода независимо от концентрации солей тяжелыхметаллов в ней. Затраты воды в таком технологическом процессе неоправданнобольшие;
— практическиотсутствует замкнутый цикл водооборота на производствах. Финансовые средствазатрачиваются как на организацию процесса очистки, так и на водопользование.
Более целесообразнойпредставляется организация локальной очистки воды для каждой ванны промывкидеталей по схеме замкнутого оборота воды. При этом отсутствуют:
— потери электролита,уносимого деталями на своих поверхностях;
— практическиотсутствуют сбросы воды на заводские очистные
сооружения и др. [9].
Выбор схемы ипараметров установки очистки зависит от динамики поступления солей тяжелыхметаллов в ванну для промывки деталей. Данные по динамике поступлений солейтяжелых металлов в воду при наличии оборудования очистки в замкнутой схемеводооборота практически отсутствуют.
Были проведеныисследования динамики изменения концентрации солей тяжелых металлов в такойсхеме. Характерные изменения концентрации солей тяжелых металлов в ванне дляпромывки деталей в течение периода наблюдений на примере никеля приведен на рис.1.
/>
Рис. 1. Динамикаизменения концентрации солей никеля в ванне для промывки деталей послегальванического процесса нанесения защитного покрытия
Для других солейтяжелых металлов (Cr, Cu, и др.) характер изменения концентраций практически неотличается. Изменяется только абсолютное значение концентрации солей тяжелыхметаллов, которое зависит от интенсивности и технологических особенностейпроцессов нанесения гальванических покрытий [7].
Анализ данных рис. 1показывает, что при объеме ванны до 0,7 м3 и расходе воды на установку очисткидо 20 л/ч концентрация никеля в ванне не превышала 7 мг/л.
В результате обобщенияэкспериментальных данных по динамике изменения концентрации солей тяжелыхметаллов в ваннах для промывки деталей после нанесения гальванических покрытийв замкнутой схеме водооборота, включающей установку очистки воды, полученаномограмма (рис. 2) для определения кратности циркуляции воды в системе "ванна для промывки деталей — установка очистки".
/>
Зная среднююпериодичность промывки деталей в ванне, эффективность очистки воды от солейтяжелых металлов в установке очистки, объем воды в ванне (V) для заданногозначения снижения концентрации солей тяжелых металлов в ванне в период междудвумя промывками детали(Соi/Со), помощью номограммы (см. рис.2) достаточнопросто определить необходимый расход воды через установку очистки (v) [4, c.161].
Эти данныеиндивидуальны для каждого технологического процесса. Поэтому до разработкитехнического решения по очистке промывной воды на гальванических участкахнеобходимо предварительно определить динамику изменения концентрации солейтяжелых металлов в ванне для промывки деталей.
На основевышеприведенной оценки системы «ванна для промывки деталей — установкаочистки воды» были отработаны технологические режимы для локальной системызамкнутого водооборота ванны промывки деталей после хромирования. КонцентрацияCr+6 в воде колебалась в пределах от 10 до 120 мг/л. Потери Cr+6 с оставшейсяводой на поверхности детали были минимальны не более 0,1 мг/м2 поверхностидетали [7].
Показатели поиспользованию воды и сбросу загрязняющих веществ в водные объекты за 5 летпредставлены в таблице 2. 1
Таблица 2.1Показатели
Единицы
измерения 2006г 2007г 2008г 2009г 2010г Железо тонн 1,7          1,6          2,8          2,1          2,7 Цинк тонн 4,6          3,4          2,8          1,34        1,70 Медь тонн 1,4          2,25        9,2          4,72        3,89 Никель тонн 5,3          9,75        8,7          7,1          1,66 Хром тонн 3,8          3,9          3,8          2,4          2,5
Азот
аммонийный тонн 2,1          2,6          1,6          1,6          2,0 Сульфаты тонн 2,8          2,5          5,6          7,3          1,1 Жиры и масла тонн 3,6          3,9          2,8          3,4          3,7 Хлориды тонн 2,06        2,33        3,47        1,80        3,27 Кадмий тонн 7,7          2,08        0,01        0,241     0,01
Взвешенные
вещества тонн 3,4          0,34        0             2,7          0,71

2.2 Эффективностьсуществующих технологий очистки гальванических стоков на Санкт — Петербургскомзаводе гальванических изделий
 
Гальваническоепроизводство не может функционировать без очистных сооружений, так как являетсяодним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды. Поэтому всебестоимость продукции гальванического производства обязательно должнывключаться затраты на отведение жидких отходов, обезвреживание стоков иразмещение твёрдых отходов, среди которых наибольшими являются затраты наобезвреживание стоков и в частности очистку сточных вод. Эти затратыопределяются стоимостью очистного оборудования и его обслуживания, а такжестоимостью расходных материалов. То есть способ очистки стоков, и тип очистногооборудования в значительной степени влияют на себестоимость продукции.
В связи с этим имеетбольшое значение выбор очистного оборудования, удовлетворительного как попроизводительности и эффективности очистки, так и по капитальным иэксплуатационным затратам [4, c.147].
Объём и состав сточныхвод могут меняться в широких интервалах только вслед за изменениями в таких жеинтервалах расхода воды на промывку. В свою очередь расход воды гибкоизменяться может только с помощью мероприятий сокращения водопотребления,которые применимы к действующему оборудованию без его реконструкции. К такиммероприятиям относятся изменение последовательности операций промывки,многократное использование промывной воды и использование ванн улавливания [9].
Изменениепоследовательности промывочных операций позволяет сократить расход воды напромывку после отдельных технологических операций на 30-3900 л/м2; многократноеиспользование промывной воды в линии нанесения покрытий – на 300-2000 л/м2, а влинии обработки алюминия – на 1000-1700 л/м2; использование ванн улавливания позволяет в 2 раза снизить загрязнённость сточных вод и получатьвысококонцентрированные промывные воды небольших объёмов. В целом погальваническому цеху без его реконструкции расход воды может быть изменён в несколькораз.
Помимо сокращениярасхода воды и, следовательно, объёмов и количественного состава сточных вод вдействующем гальваническом цехе возможны ряд мероприятий по изменениютехнологий гальванопроизводства. К таким мероприятиям относятся заменатоксичных компонентов и электролитов на менее токсичные (цианистых электролитовна бесцианистые, соединений шестивалентного хрома на соединения трёхвалентногохрома, биологически жёстких ПАВ на биологически мягкие и т.п.), а также заменакомпонентов, мешающих очистке и (или) трудно поддающихся очистке (аммиакаты,пирофосфаты, цитраты, ацетаты, трилонаты, тартраты и др.). Эти мероприятияпозволяют не только изменить качественный состав сточных вод, но и дажеликвидировать образование отдельных видов стоков (цианистых, хромсодержащих),что в свою очередь резко меняет требования к очистному оборудованию исущественно расширяет его выбор.
Вместо существующейстанции нейтрализации было предложено 24 схемы очистки сточных водрассмотренного цеха, наилучшие из которых позволяют до 74 % промывной водызаключить в водооборот и организовать замкнутый оборот ионов Zn2+, Ni2+, Sn2+ иCr6+ [7].
Достичь соблюдениетребований ПДК к очищенной воде можно не только за счёт измененияводопотребления и совершенствования технологий гальванопроизводства, но иизменяя водоотведение. Это можно проиллюстрировать на конкретном примерегальванического цеха, в котором проводятся 5 технологических процессовразличной производительности (F, м2/ч) и с различными схемами промывок: в линииNiмат – Cuбл –Niбл –Сr после ванн, содержащих электролиты с ионами тяжёлыхметаллов, установлены ванны улавливания (У) и каскадные ванны промывки (2КП); влиниях цинкования и анодирования алюминия – каскадные ванны промывки (2КП); в линиихимического оксидирования стали после основной ванны установлены две одинарныеванны промывки [4, c. 158].
В этом цехе формируютсяхромсодержащие стоки объёмом 1,5 м3/ч и кисло-щелочные стоки 20 м3/ч,содержащие ионы меди, никеля и цинка. Они общим потоком направляются наочистные сооружения, где обезвреживаются реагентным методом (рис. 3). Врезультате этого образуются недостаточно очищенные сточные воды, которые нельзясбрасывать в природные водоёмы – превышение остаточной концентрации ионовтяжёлых металлов над ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения (ПДК рыб.)составляет десятки раз [4, c.156].
/>
Рис. 3. Организацияочистки общих стоков реагентным методом
Но если выделитьпромывные воды, содержащие ионы Cu2+, Ni2+ и Zn2+, и с помощью того жереагентного метода очистить эти воды по отдельности, тогда после смешения их состальными кисло-щелочными стоками в нейтрализаторе можно получить очищеннуюсточную воду, удовлетворяющую самым жёстким требованиям ПДК рыб. (рис. 4).
/>
Рис.4. Организацияочистки локальных стоков реагентным методом
Таким образом, изменяяводопотребление и водоотведение гальванического производства можно изменитьусловия очистки стоков, что позволяет адаптировать действующие технологиигальванического цеха к наилучшим технологиям очистки или даже с помощьюнеудовлетворительной очистки добиться выполнения жёстких требований к очищеннойводе [8, c. 151].

3.Совершенствованиетехнологий эффективности очистки гальванических стоков на Санкт-петербургскомзаводе гальванических покрытий
 
3.1 Направлениясовершенствования
Загрязнение тяжелымиметаллами активных илов очистных сооружений связано с тем, что нагальванических производствах предприятия города проблема очистки гальваническихстоков не решена.
В настоящее время до30% солей тяжелых металлов полезно расходуются в технологических процессах,большая часть солей тяжелых металлов поступает через систему городскойканализации на очистные сооружения или сбрасывается в открытые водоемы. К 2005году более 70% цехов предприятия требовали совершенствования технологиигальванических производств от создания новых производств на основе безотходныхи малоотходных технологий, до реконструкции действующих производств [10].
Совершенствованиетехнологии гальванических производств включает следующие направления:
1. Замена токсичныхрецептур электролитов на менее токсичные или внедрение новых рецептурэлектролитов с пониженным содержанием солей тяжелых металлов. Так заменацианистых электролитов на бесцианистые, применение солей трехвалентного хромадля пассивации цинковых покрытий значительно снизили сбросы вредных веществ вокружающую среду от гальванических производств предприятия города, где этитехнологии были внедрены.
2. Снижениеводопотребления на 50-70% путем реконструкции промывочных устройств и болеерационального использования воды. Возможность снижения водопотребленияподтверждена в ряде проектов реконструкции гальванических производств. При этомпредусматривается возврат токсичных компонентов из промывочных вод впроизводство за счет организации бессточной технологии.
3. Замена моральноустаревшего оборудования обезжиривания поверхностей перед нанесением на нихпокрытий. Эксплуатация устаревшего оборудования обезжиривания поверхностейприводит к переносу на поверхность обрабатываемых деталей органическихзагрязнений, которые сокращают срок службы растворов в основных ваннах в1.3-1.4 раза. Отечественные пути решения этой проблемы позволяют сократитьрасход химикатов в 1.2-1.7 раза, воды в 10-15 раз, электроэнергии в 1.3-1.4раза.
4. Внедрениепрогрессивных технологий, включая оборудование регенерации или обезвреживанияотходов. Для реализации этих направлений в 1995 году была разработана«Программа природных мероприятий на гальванохимических производствахпредприятий Санкт-Петербурга в 1995-2000 гг. для оздоровления бассейнаБалтийского моря». Программа и  положения данной программы могут быть использованыпри подготовке проектных решений предприятиями в Санкт-Петербурге [6].
Уже около десяти летрешается в регионе проблема переработки токсичных промышленных отходов.Распоряжением Правительства Ленинградской области от 14 июля 1995 года N 713-рбыл утвержден акт выбора площадки под проектно-изыскательские работы длястроительства предприятия по переработке промышленных токсичных отходов врайоне поселка Красный Бор Тосненского района общей площадью 20,4 гектара, втом числе 13,25 гектара с северной стороны существующего полигона подстроительство предприятия и 7,15 гектара с западной стороны для захороненияпереработанных отходов с последующей прирезкой территории по мере ееиспользования [10].
В 1995 году нагосударственную экологическую экспертизу поступило ТЭО создания производства попереработке и захоронению промышленных отходов Санкт-Петербурга и Ленинградскойобласти. Комплексная технология по переработке промышленных токсичных отходоворганического и неорганического характера и утилизации образующихся вторичныхотходов разработана РНЦ «Прикладная Химия» с учетом собственного изарубежного опыта. В основу предлагаемой технологии переработки 100 тыс.тоннотходов в год заложены принципы минимизации отходов и перевода их в менеетоксичные формы, что достигается:
для 70 тыс.тоннорганических отходов — методом термического обезвреживания с последующейочисткой дымовых газов;
для 30 тыс.тонннеорганических отходов — методом физико-химической обработки различнымиреагентами и последующей концентрацией [10].
 
3.2 Оценкаэффективности развития технологий очистки гальванических стоков
 
Организациягальванических производств, отвечающих требованиям экологической безопасности,и современных очистных сооружений с обязательным использованием средствавтоматизации и компьютеризации основных производственных процессов позволитрешить экологические проблемы с минимальными затратами.
Важным фактором в решенииэтой проблемы является совместная работа технологов основного производства иэкологов уже на начальной стадии выбора технологических решений. Необходимо,чтобы главным принципом организации производств было максимальноепредотвращение попадания загрязнений на очистные сооружения, так какэкономически выгоднее предотвратить загрязнение воды, чем потом очищатьзагрязненную воду [ 3, c.140].
Важным моментомявляется использование схем, позволяющих исключить или максимально снизитьсброс таких компонентов, как кадмий, никель, медь, цинк, хром. Исключение илиснижение содержания тяжелых металлов в осадке позволяет классифицировать их какосадки 3 – 4 класса опасности для окружающей среды, что снижает плату за ихзахоронение. При ужесточении требований к накоплению и хранению таких осадков,данный фактор существенно повышает экономическую эффективность реализациитехнических решений при несомненном высоком экологическом эффекте.
Примером эффективныхрешений является использование локальных систем очистки сточных вод. Установкалокальных систем очистки (выпарные установки небольшой мощности, модулиС.С.Кругликова) позволяет вернуть не только воду на повторное использование, нодорогостоящие компоненты технологических растворов. Но основное природоохранноезначение определяется исключением сброса в окружающую среду опасных тяжелыхметаллов [10].
На предприятииг.С-Петербурга использование выпарной установки производительностью 25л/чпозволяет исключить сброс на очистные сооружения и вернуть в технологические ванны1300кг/год хромового ангидрида. Упаривание промывной воды после никелированияобеспечивает возврат в технологические ванны 890кг/год сернокислого никеля и160кг/год хлористого никеля. Для снижения энергозатрат используются выпарныеустановки с тепловым насосом, упаривание осуществляется при температуре 35-45°С.Перед подачей на упаривание промывная вода очищается на ионообменных смолах,что исключает накопление примесей в концентрате.
Использование локальныхоборотных систем позволило снизить количество осадка, образующегося приобезвреживании стоков на очистных сооружениях, с ~23,5т/год до ~16,5т/год, ичто особенно важно снизить сброс тяжелых металлов.
Организацияциркуляционных систем также позволяет снизить или исключить попадание тяжелыхметаллов в гальваностоки.
Однако, необоснованноезавышение производительности оборотных систем или неправильный выбор габаритови типа оборудования для подготовки воды оборотных систем даже при наличиизначительного экологического эффекта (снижение сброса загрязняющих компонентов)может привести к отрицательному экономическому эффекту за счет увеличениярасходов на систему подготовки воды.
Использование линий,отвечающих требованиям экологической безопасности, в которых удельный расход водына промывные операции 10-20л/кв. м позволяет резко сократить требуемые площадипод очистные сооружения. В некоторых случаях очистные сооружения располагаютсявдоль линии, как на данном предприятии г.С-Петербург (производственнаяпрограмма увеличена до 400мыс.кв./год, расход воды 1 куб.м/ч, циркуляционнаясистема 1,5 куб.м/ч) [10].
Эффективностьпредварительного просчета конечных результатов для выбора оптимальныхэкологических и экономических технических решений комплекса гальваническоепроизводство – очистные сооружения, лишний раз подчеркивает необходимостьсовместной работы технологов и экологов.
Обоснованныетехнологические решения позволяют проводить реконструкцию гальваническихпроизводств, обеспечивая максимальную этологическую эффективность без увеличениясебестоимости покрытий.

Заключение
Гальваническоепроизводство характеризуется широкой распространенностью, значительнымразнообразием технологических процессов, составов растворов и электролитов,образованием достаточно токсичных отходов самого разнообразного состава.Основной набор электролитов и технологических растворов можно считатьсложившимся и в ближайшее время вряд ли следует ожидать радикальных изменений вобласти создания электролитов, которые вызвали бы резкий скачок в развитиигальванотехники. С другой стороны, развитие технологии и оборудования по переработкеотходов гальванического производства в настоящее время осуществляется быстрымитемпами.
Однако до сих пор несоздано универсального очистного оборудования, способного обезвредить всю гамму(по составу и объёму) гальванических отходов. Поэтому стараются применятьочистное оборудование со значительным запасом как по производительности, так ипо универсальности, что вступает в противоречие с экономическими возможностямизаводов. В сегодняшних условиях рыночной экономики (когда на первый планвыходят не монотонность и ритмичность, а гибкость производства, не производстволюбой ценой, а получение прибыли или просто выживаемость) требование повышенияуниверсальности и производительности очистного оборудования ещё в большейстепени усиливается.
Раздельное, а порой инезависимое друг от друга развитие прикладной гальванотехники и охраныокружающей среды очень часто приводит к производственным конфликтам междуспециалистами этих видов технологий, что ещё больше усугубляет неблагоприятнуюэкологическую обстановку. Главными задачами гальваников являются повышениепроизводительности процессов, снижение себестоимости и достижение требуемогокачества продукции. В подавляющем числе случаев решение только этих задачприводит к перегрузке и снижению эффективности работы очистных сооружений, кросту платы за загрязнение окружающей среды и в конечном итоге к повышениюсебестоимости продукции.
В подавляющем числеслучаев решение только технических задач (повышение производительностипроцессов, снижение себестоимости и достижение требуемого качества продукции)приводит к перегрузке и снижению эффективности работы очистных сооружений.
Достижение устойчивогоразвития возможно лишь путём переориентации промышленных процессов производстватоваров и услуг на новые модели, которые будут способствовать снижению нагрузкина окружающую среду и повышению эффективности промышленного производства.Необходимо внедрение экологически чистых технологий, обеспечивающих созданиебезопасных для окружающей среды производств, предотвращающих загрязнениеприроды и обеспечивающих более эффективное использование сырья.
Для сниженияэкологической опасности гальванического производства необходимо заменитьнаиболее токсичные электролиты. Наиболее остро стоит проблема заменыэлектролитов хромирования на основе соединений шестивалентного хрома. Еёнерешённость потребовала разработки электролитов хромирования на основе соединенийтрёхвалентного хрома, которые позволили бы хотя бы в некоторых случаях заменитьэлектролиты на основе соединений шестивалентного хрома.
Бессистемность инерегулярность смены технологических растворов, а также их высокаяэкологическая опасность потребовала усовершенствования и упрощения методикочистки электролитов от загрязнений, определения срока службы технологическихрастворов и разработки путей рекуперации отработанных растворов, содержащиходнотипные компоненты.
Поставленные задачинаходятся в разной степени готовности, направлены на разрешение независимыхдруг от друга проблем, требуют для своего решения применения разнообразныхподходов. Но, несмотря на разнородность поставленных задач, их решениенаправлено на достижение единой цели — разработку технологии созданияэкологически безопасного гальванического производства.
Экологически безопасноепроизводство при минимальном объёме отходов и предотвращении загрязнения — единственный путь к преодолению  противоречий между такими процессами, какэкономическое развитие и защита окружающей среды.

Список использованныхисточников
1. Бучило Э. Очистка сточных водтравильных и гальванических отделений. –М.: Металлургия, 1974. с. 9-11.
2. Вансовская К.М. Гальваническиепокрытия. –Л.: Машиностроение, 1984.
с. 148
3. Виноградов С.С. Экологическибезопасное гальваническое производство. /Под редакцией проф. В.Н. Кудрявцева.–Изд. 2-е, перераб. и доп.; Глобус. М., – 2002. – с.135 -148.
4. Виноградов С.С. Организациягальванического производства. Оборудование, расчет производства, нормирование./ Под редакцией проф. В.Н. Кудрявцева.; Глобус. М. – 2002. – с.145-165.
5. Каднер Л.И. Справочник погальваностегии. – Киев.: Техника, 1976. с. 25-32.
6. Лекция на 5 сессии Международнойшколы повышения квалификации 11-16 октября 1999 года в НИФХИ им. Л.Я. Карпова
7.  Окулов В.В. Экологические,технологические и экономические аспекты замены шестивалентных растворовхроматирования (пассивирования). /http://www.galvanotehnika.info/pr_m.php?page=1
8. Плеханов И.Ф. Расчет иконструирование устройств для нанесения гальванических покрытий. – М.:Машиностроение, 1988. с. 151.
9. Сайт Санкт – Петербургского заводагальванических покрытий №1. www.zgp1.ru/documents/contact_request.html
10. Сайт Российского химико-технологическогоуниверситета им. Д.И. Менделеева Технопарк. Очистка / Карта сайта /Гальваническое оборудование. enviropark.ru/course/category.php?id=5
11. Сайт компании ООО «Гальсар». Очисткагальванических стоков / Гальванические стоки. www.galsar.ru/ob/sewage-treatment