Научный труд, патент, индивидуальное достижение № 3

УДК 504.05
Екатерина Геннадьевна Раковская, к.х.н.,
доцент
(Санкт-Петербургский
государственный
лесотехнический университет)
Оксана Александровна Кудряшова,
аспирант
(Санкт-Петербургский государственный
лесотехнический университет)
E-mail:erakovskaya@yandex.ru
Catherine Gennadevna Rakovskaya, Ph.D.,
assistant professor
(Saint-Petersburg State Forest Technical
University)
Oksana Aleksandrovna Kudryashova,
graduate student
(Saint-Petersburg State Forest Technical
University)
E-mail:erakovskaya@yandex.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Аннотация: Сточные воды – это воды, бывшие в бытовом, производственном или
сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшие через какую-либо загрязненную территорию и
загрязненные различными органическими и неорганическими веществами. Источники загрязнения водоемов
многочисленны и весьма разнообразны, они во многом определяют состав и свойства сточных вод. В
работе исследуются существующие методы очистки сточных вод гальванического производства. Проблема
обезвреживания производственных сточных вод является актуальной, в значительной степени
определяющей экологическую обстановку в водных бассейнах России.
Ключевые слова: сточные воды, гальваническое производство, методы очистки, экологические
проблемы, тяжелые металлы, санитарные нормы.
Abstract: The waste water - is water that were in domestic, industrial or agricultural use, and have passed
through any contaminated areas and contaminated by various organic and inorganic substances. Sources of water
pollution are many and very diverse, they largely determine the composition and properties of wastewater. We study
the existing methods of wastewater treatment electroplating. The problem of disposal of industrial wastewater is
relevant, it is largely determined by the environment in water basins of Russia.
Keywords: waste water, galvanic production, purification methods, environmental problems, heavy metals,
sanitary norms.
Одной из актуальнейших проблем современности является защита гидросферы от
загрязнения и истощения. В результате хозяйственной деятельности возникает
искусственный круговорот воды. При этом негативные антропогенные воздействия на
водную среду являются неизбежными, но их можно предотвратить или уменьшить за счет
очистки использованной воды перед сбросом ее в водоем. Загрязнение гидросферных
комплексов при непрерывном увеличении водопотребления и количества образующихся
промышленных отходов является серьезной экологической проблемой современности, а
точнее – проблемой национальной безопасности. В промышленных регионах постоянно
растет количество водоемов, больших и малых рек, где качество воды оценивается как все
менее удовлетворительное для всех видов пользования. По данным всемирной
организации здравоохранения, до 80 % заболеваний человека связано с потреблением
некачественной воды и продуктов питания.
На многих предприятиях предусмотрена система мер, позволяющих обеспечить
снижение загрязнения водоемов промышленными и бытовыми отходами, разработаны и
внедряются безводные и маловодные технологические процессы; используются
локальные методы эффективной очистки и доочистки сточных вод с утилизацией всех
уловленных веществ; внедряются оборотные и замкнутые системы водоснабжения
предприятий [1]. Использование сточных вод в таких системах связано с необходимостью
создания эффективных локальных методов, аппаратов и оборудования для очистки
промышленных стоков от механических, химических, физических и биологических
загрязнений.
В различных отраслях народного хозяйства страны, в первую очередь, в
машиностроении, приборостроении, авиастроении, широко применяется технология
нанесения гальванических покрытий. Гальваническое производство является одним из
крупных потребителей цветных металлов и достаточно дорогих химикатов.
При химических покрытиях и подготовительных операциях потери химикатов с
промывными водами иногда в десятки раз превышают их расход на обработку
поверхности. Так как процесс нанесения покрытия связан с электрохимическим
гидролизом солей, то сточные воды таких производств содержат большое количество
ионов тяжелых металлов (хром, медь, никель, цинк, кадмий, свинец, олово) и остатки
солей или их соединения (хлориды, сульфаты, цианиды, нитраты), также возможно
присутствие аммиака.
Сточные воды гальванического производства, как известно, включают в себя
разбавленные стоки (промывные воды) и концентрированные растворы (моющие,
обезжиривающие, травильные, циансодержащие и хромосодержащие электролиты).
Ежегодно для промывки изделий после гальванических покрытий расходуется не
менее 0,65 км3 воды. Расход воды на промывку после подготовительных операций в 3-7
раз превышает расход воды на промывку после гальванических покрытий, т.е. на
производство гальванических покрытий ежегодно расходуется более 3,2 км3 воды.
Источниками загрязнения окружающей среды в гальванотехнике являются не только
промывные воды, но и отработанные концентрированные растворы. Сбросы
отработанных растворов по объему составляют 0,2-0,3 % общего количества сточных вод,
а по общему содержанию сбрасываемых загрязнений достигают 70 %. Залповый характер
таких сбросов нарушает режим работы очистных сооружений, приводит к безвозвратным
потерям ценных материалов. В современных условиях на передний план выдвигается
экологичность технологии с обеспечением рекуперации ценных веществ. Конечной целью
является создание мало- и безотходных технологических процессов.
В настоящее время в связи с существенным ухудшением экологической обстановки
во многих регионах России и регулярным повышением уровня требований к мерам по
защите окружающей среды от загрязнений роль эффективной и качественной работы
промышленных очистных сооружений постоянно возрастает. Качественная очистка
промышленных стоков является весьма актуальным вопросом для самых различных
отраслей промышленности.
Промышленная очистка сточных вод включает обширный комплекс мероприятий,
главной целью которого является доведение качества воды до требований, предъявляемых
к ней санитарными нормами.
Проблема обезвреживания производственных сточных вод гальванических
производств является одной из наиболее актуальных, в значительной степени
определяющих экологическую обстановку в водных бассейнах России.
Соединения металлов, выносимые сточными водами гальванического производства,
весьма вредно влияют на экосистему водоем – почва – растение - животный мир - человек.
Например, соединения кадмия даже в очень малых концентрациях оказывают резко
выраженное токсикологическое действие на рыб и другие водные организмы.
Концентрация тяжелых металлов во многих водных бассейнах нашей страны достигла
таких значений, когда они начинают отрицательно влиять на флору и фауну водоемов.
Общетоксичный, эмбриотропный и мутагенный эффект тяжелых металлов хорошо
изучен. Эти металлы, попадая вместе с водой к продуктам питания в живые организмы,
способны в них кумулироваться, вызывая у людей патогенез болезней сердца, мозга,
печени, раковые опухоли.
Сточные воды гальванических цехов делятся на несколько групп:
- циансодержащие;
- хромсодержащие;
- содержащие соли тяжелых металлов;
- кислотно-щелочные.
На заводах стоки, содержащие соли тяжелых металлов, объединяют с кислотнощелочными. Кроме перечисленных, предусмотрены специальные трубопроводы для
транспортировки от гальваноустановок цианистых и хромсодержащих стоков при
аварийных «залповых» сбросах на химическую нейтрализацию [2].
Существуют различные физико-химические методы очистки сточных вод, которые
представлены в таблице 1.
Таблица 1
Основные методы очистки сточных вод гальванического производства
Сточные воды гальванического производства
Кислотно-щелочные
стоки
Циансодержащие стоки
Хромсодержащие стоки
Метод нейтрализации
Химический (реагентный) метод
Химический (реагентный) метод
Ионообменный метод
Окисление цианидов:
Восстановление VI хрома:
- бисульфитом натрия;
- сульфитом натрия;
- железным купоросом
Метод электродиализа
Электрофлотация с
корректором pH
- активным хлором;
- озоном;
- солями железа
Электрохимические методы:
- электрокоагуляционный;
- электролизный
Мембранные методы:
- обратный осмос;
- ультрафильтрация
Ионный метод
Метод сжигания
Сорбционный метод
Электрохимические методы:
- электрокоагуляционный;
- электродиализный
Мембранные методы:
- обратный осмос;
- ультрафильтрация
Ионообменный метод
Сорбционный метод
Биохимический
Основная цель предлагаемых методов – снижение содержания тяжелых металлов до
значений ПДК, позволяющих осуществлять слив очищенной воды в канализацию или
возврат очищенной воды в производство. Учитывая наличие в сточных водах
гальванических производств широкого диапазона тяжелых металлов и их различные
условия осаждения, максимальная очистка от данных примесей осуществляется
многостадийно [2] .
Суть очистки сточных вод гальванического производства от тяжелых металлов
заключается в переводе растворенных ионов металлов в нерастворенные химические
соединения с последующим отделением и обезвоживанием твердой фазы.
В Европе метод химического осаждения применяется для заключительной очистки
образующихся сточных вод, это относительно небольшой объем от общего числа
очищаемой воды, т.к. основная часть воды очищается непосредственно на производстве.
Например, производится регенерация обезжиривающих растворов с помощью установки
микрофильтрации, производится регенерация промывных вод и травильных растворов с
помощью фильтров и ионообменных установок.
В России же, как правило, все имеющиеся виды растворов поступают в усреднитель,
нейтрализуются и сбрасываются в канализацию.
В целом процесс очистки сточных вод гальванического производства состоит из
следующих ступеней:
1. Нейтрализация – выравнивание определенного значения уровня pH с
помощью NaOH,Ca(OH)2 и т.д. для химического осаждения металлов;
2. Флокуляция – добавление органических флокулянтов для образования макрофлокул;
3. Осаждение – для отделения твердой фазы с последующим обезвоживанием шлама;
4. Заключительная доочистка – фильтрация, сорбция или ионный обмен.
Выбор оптимального метода очистки сточной воды – достаточно сложная задача,
что обусловлено многообразием находящихся в воде загрязняющих веществ и высокими
требованиями, предъявленными к очищенной сточной воде. При выборе метода очистки
учитывают не только их состав, но и требования к очищенной воде. Применяемые методы
очистки должны обеспечивать максимальное использование очищенных сточных вод в
основных технологических процессах и минимальный их сброс в окружающую среду [3].
Одной из самых актуальных экологических проблем является проблема
гальваношламов, образующихся при очистке сточных вод гальванопроизводств от ионов
тяжелых металлов. В соответствии с действующими нормативными документами
недопустимо размещение ГШ на свалках твердых бытовых отходов; для их захоронения
необходимы специальные полигоны. Таких полигонов в России катастрофически мало,
поэтому предприятия вынуждены складировать шламы на своей территории или на
временных шламохранилищах. Поскольку в России ежегодно образуется около 80 млн. м3
гальваношламов, такая возможность у подавляющего большинства предприятий
полностью исчерпана.
Известные в настоящее время способы извлечения из гидроксидных шламов
гальванических производств ценных компонентов экономически неэффективны. Поэтому
основные направления в решении проблемы гальваношламов связаны с использованием
их в качестве добавок в производстве различных материалов: бетона, керамзита, асфальта,
пигментов, катализаторов и т. д. [3]. Однако ни один из перечисленных способов не
получил заметного промышленного использования в связи с недостаточной
экологической безопасностью получаемых продуктов и безвозвратной потерей ценных
металлов.
Литература
1. Гогина Е. С., Гуринович А. Д., Урецкий Е. А. Ресурсосберегающие технологии
промышленного водоснабжения и водоотведения: Справочное пособие. М., 2012., 312 с.
2. Павлов Д. В., Колесников В. А. Очистка сточных вод гальванического
производства: новые решения // Водоснабжение и санитарная техника, 2012, № 6., с.66-69.
3. Павлов Д. В., Колесников В. А. Очистка сточных вод различных производств с
применением наилучших доступных технологий // Чистая вода: проблемы и решения.
2010. № 3, с.74-78.