Сравнение методов очистки сточных вод гальванических производств от цианидов реферат
Обновлено: 05.07.2024
Очистка сточных вод от цианидов. Член-корреспондент Академии медицинских наук СССР проф, С. Н. Черкинский и кандидат биологических наук М. Т. Голубева (Центральный научно-исследовательский санитарный институт им. Эрисмана).[ . ]
Очистка сточных вод, содержащих такие загрязнители, как сернокислая медь, цинк, хром и цианиды, может производиться методом ионного обмена.[ . ]
Очистка цианосодержащих сточных вод производится в основном реагентными методами и заключается в окислении комплексных и свободных цианидов в менее токсичные соединения, такие, как цианиты или азот и углекислый газ. В качестве окислителей применяют жидкий хлор, хлоридную известь, гипохлориды натрия, кальция и магния, озон, перманганат калия, сернокислое железо и др. Иногда очистка цианосодержащих сточных вод производится методом ионного обмена или электродиализа.[ . ]
Очистка сточных вод от цианистых соединений основана на их физико-химических свойствах и может быть осуществлена рядом методов. Одни из них сводятся к окислению цианидов до цианатов, другие основаны на переводе токсичных соединений в относительно нетоксичные ферро- и феррицианиды, третьи — на образовании нерастворимых осадков простых цианидов или нерастворимого комплексного цианида железа (получение берлинской лазури) с последующим отделением их от воды отстаиванием или фильтрованием.[ . ]
В сточных водах многих производств часто содержатся высокотоксичные соединения: цианиды, соли тяжелых металлов, некоторые органические вещества. Предварительное удаление таких веществ из сточных вод является необходимым. Очистка сточных вод, содержащих такие примеси, часто проводится с применением химических методов. Они основаны на осуществлении химических реакций, в результате которых образуются труднорастворимые соединения, происходит окисление или восстановление примесей, превращение токсичных соединений в нетоксичные. Избыток щелочности и кислотности из сточных вод удаляется методом нейтрализации.[ . ]
Для очистки сточных вод применяют электрохимические методы: электрохимическое окисление (или восстановление), электрофлотацию, электрофорез, электродиализ и электрокоагуляцию — основанные на направленном движении ионов и заряженных дисперсных частиц и протекании реакций окисления на аноде и восстановления на катоде. Электрохимическое окисление на индифферентном аноде (графит, титан, покрытый оксидами рутения, свинца и др.) различных органических соединений происходит путем образования окислителей С12, Ог, С10-, которые также способствуют разложению органических веществ обрабатываемой сточной воды. Электрохимическим окислением можно удалить фенолы, цианид-ионы и др.[ . ]
Для очистки сточных вод от цианидов и мышьяка применяют химические, физико-химические, электрохмические и биохимические методы. До настоящего времени наибольшее распространение находит реагентная очистка.[ . ]
Для очистки сточных вод от различных растворимых диспергированных примесей электрохимическими методами применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, а также электродиализ. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. В процессе электрохимического окисления вещества (цианиды, амины, альдегиды, нитросоединения и т.д.), находящиеся в сточных водах, полностью разлагаются, образуя С02, МН3 и воду или более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалять другими методами. При катодном восстановлении из сточных вод удаляются ионы тяжелых металлов, которые осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы.[ . ]
Для сточных вод промышленных предприятий характерно высокое содержание растворенных веществ, которые указанными выше методами не извлекаются. Для их удаления применяют специальные методы очистки. Выбор метода зависит от того, в каком состоянии находится вещество в сточной воде — в молекулярном или диссоциированном на ионы. Для веществ, находящихся в воде в молекулярном состоянии, рекомендуют сорбцию с помощью различных сорбентов, десорбцию аэрацией, обработку воды окислителями (для органических веществ) и др.[ . ]
Для очистки сточных вод окислением используют газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, флорат кальция, гипохлориды кальция и натрия, перманганат калия, кислород воздуха, озон, пероксид водорода, бихромат калия и др. В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в результате химических реакций становятся менее токсичными и затем удаляются из воды. Очистка окислителями связана с большим расходом реагентов, поэтому ее применяют только тогда, когда вещества (например, цианиды, растворенные соединения мышьяка и др.), загрязняющие сточные воды, нецелесообразно или нельзя извлечь другими способами.[ . ]
При очистке сточной воды от цианидов в электролизере без диафрагмы с катодом из нержавеющей стали и анодом из платины, графика, стали, никеля и магнезита в интервале плотностей тока 100— 600 А/м2 выход по току при напряжении 15—20 В составлял всего 2— 4%. Эффективное окисление происходило на всех изученных анодах. Снижение плотности тока до 10— 50 А/м2 позволило увеличить выход по току до 30—40%, причем удельный расход электроэнергии составил 0,01—0,02 кВт-ч на 1 г цианидов. Снижение концентрации цианидов в растворе приводило к некоторому уменьшению скорости окисления.[ . ]
Для очистки сточных вод от цианистых соединений применяют окисление циан-иона СЫ до безвредного цианата €N0- или переводят токсичные соединения в нетоксичный комплекс или осадок (в виде нерастворимых цианидов), удаляемый из сточных вод отстаиванием или фильтрованием.[ . ]
При очистке сточных вод от цианидов окислением хлорной известью или другими окислителями образуются цианаты. Вещества эти достаточно устойчивы в щелочной среде, вследствие чего они без изменения переходят со сточными водами в водоемы.[ . ]
Для очистки сточных вод от цианистых соединений как у нас, так и за рубежом [2] разработано много различных способов: обработка сточных вод железным купоросом с известью; обработка хлорной известью, гипохлоритом или жидким хлором в щелочной среде; окисление цианидов перманганатом калия, отдувка синильной кислотой из подкисленной сточной воды, очистка с помощью ионного обмена, биохимическая очистка от небольших концентраций цианидов (не более 0,3 мг/л).[ . ]
Степень очистки сточных вод от цианидов приближается к 100 %. Кроме того, утилизируется до 80 % общего количества металлов, выделяемых в виде катодных осадков. Остальные 20 % от общего количества металлов удаляется в виде гидроксидов. pH процесса рекомендуется поддерживать в пределах 8—9. Схема установки для электрохимического окисления цианидов представлена на рис. 6.30.[ . ]
Глубокая очистка сточных вод перед возвращением их в цикл оборотного водоснабжения достигается также при использовании процесса ионного обмена [81, с. 419]:. При этом содержание общего аммиака может быть снижено от 227—558 до 3—6 мг/дм3, роданидов — от 89—345 до 1—3 мг/дм3, цианидов и фенолов — до нуля. Регенерационные растворы могут возвращаться в цикл для производства сульфата аммония (при его сохранении). Применение ионного обмена сопряжено с решением вопросов более глубокой очистки вод от масел и смол и замыкания циклов регенерации и промывки ионообменных смол.[ . ]
Обработка сточных вод хлором или раствором хлорной извести — один из самых распространенных и относительно дешевых способов очистки сточных вод от загрязнения их органическими веществами (и некоторыми неорганическими, например цианидами). Но так как сточные воды обычно содержат и быстро реагирующие с хлором вещества и вещества, взаимодействующие с ним очень медленно или неполно, и органические вещества, совсем не окисляющиеся хлором (притом в самых разнообразных количественных отношениях друг к другу), определение окисляе-мости сточной воды перманганатным или тем более хроматным методом не дает достаточных данных для выводов о том, как вода будет хлорироваться.[ . ]
Электролиз сточных вод проводят при электродной плотности тока 30— 100 А/м2 я объемной плотности тока 1—3 А/л. В сточную воду вводят хлорид натрия в концентрации 5—10 г/л. Степень очистки сточных вод от цианидов достигает ,100%. В виде катодных осадков утилизируется до 80 % общего количества цветных металлов, содержащихся в сточных водах. Удельный расход электроэнергии для обезвреживания сточных вод, содержащих 200 мг/л цианидов, составляет 40 кВт-ч/м3 ( 0,2 кВт-ч/г СЙ ).[ . ]
В результате очистки сточных вод от комплексных цианидов меди хлорной известью (при дозе 3—5 мг активного хлора на 1 мг СМ и продолжительности обработки 5 мин.) содержание цианидов, связанных в комплекс с медью, снизилось с 400 мг/л до нуля, содержание меди, связанной в комплекс с цианом,—-с 380 мг/л также до нуля. При этом из 1 мъ сточных вод получено 1 800 г медного концентрата, содержащего 17,5%. меди.[ . ]
Электрохимическая очистка сточных вод от цианидов заключается в их обработке в открытых без диафрагменных электролизерах непрерывного или периодического действия (рис. 6.29). Используются графитированные аноды, либо аноды из магнетита и диоксида свинца (на титановой основе). Катоды изготовлены из легированной стали.[ . ]
Электрохимический метод очистки заключается в разрушении органических веществ сточных вод путем электрохимического окисления их на аноде и в извлечении из сточных вод металлов, кислот и других веществ. Электрохимический метод применим, например, при очистке сточных вод от медно-свинцово-цинковых рудообогатительных и золото-извлекательных фабрик, производства некоторых видов пластических масс, цехов гальванических покрытий и т. п. Содержащиеся в некоторых стоках цианиды окисляются при этом до углекислоты и азота. Наряду с анодным окислением цианидов и роданидов при электролизе сточных вод медно-свинцово-цинковых рудообогатительных фабрик и цехов гальванических покрытий ¡на катоде регенерируются медь и некоторые другие металлы.[ . ]
Из перечисленных способов очистки сточных вод от металлов и солей наиболее перспективным считается озонирование. Оно не является новьм принципиально, но в определенных условиях с помощью озона можно разрушить любое, самое сложное химическое соединение. Преимущество процесса озонирования очевидно: высокая окислительная способность озона, возможность его получения непосредственно на месте использования, одновременное насыщение воды кислородом. Озонирование может быть использовано как одна из ступеней в комплексной схЬме очистки сточных вод, так и при очистке от трудноочищаемых и вредных стоков. Например, очистка цианистых и хромсодержащих стоков. При окислении цианидов озоном не вносится в воду никаких дополнительных загрязнений, а озон восстанавливается до кислорода, намного упрощается технологическая схема очистки.[ . ]
Для улучшения эффективности очистки флотационными методами в очищаемую воду добавляют специальные реагенты: собиратели, пенообразователи и др. Молекулы собирателей отличаются наличием в них полярных групп, которые прикрепляют молекулу собирателя к поверхности коллоидной частицы, и неполярных групп, ориентированных от поверхности. Примерами собирателей являются высшие жирные кислоты и их соли, а также органические основания, содержащие в катионе углеводородную группу, и их соли. Примерами пенообразователей являются поверхностно-активные вещества типа алкил- и алкиларилсульфонатов и т.п. Флотация также используется в очистке сточных вод лакокрасочного производства, для очистки от цианидов сточных вод коксохимических производств и для очистки сточных вод производства красителей.[ . ]
Гипохлоридный метод окисления цианидов до цианатов применяют при очистке обычных сточных вод гальванических отделений, в которых концентрация цианидов (в пересчете на ионы CN) не превышает 100 - 200 мг/л. Сточные воды с более высокой концентрацией цианидов требуют соответствующего разбавления или же других методов нейтрализации ввиду опасности выделения очень ядовитого цианида -хлора.[ . ]
Принципы устройства САР процессов очистки сточных вод от цианидов и хрома. Установки для очистки сточных вод цехов гальванических покрытий и их аналогов по виду загрязнений могут быть периодического и непрерывного (проточного) действия. Установки проточного типа значительно экономичнее по капитальным затратам, установки периодического действия считаются более надежными. При автоматическом контроле и управлении установками надежность тех и других, по существу одинакова.[ . ]
Схема установки для электрохимической очистки сточных вод от цианидов приведена на рис. При использовании электролизеров проточного типе целесообразно разделять их перегородками на несколько отсеков. В процессе электролиза сточные воды перемешивают сжатым воздухом. Обработанные сточные воды содержат до 200 мг/л активного хлора и должны быть обезврежены. Металлы, которые выделяются на катоде, утилизуют. Установка компактна и проста в эксплуатации.[ . ]
Был опубликован патент на радиационную очистку сточных вод от цианидов [8]. В нем изложен способ радиационного разложения цианидов в растворах с концентрациями от 2 до 80 г/л. Для очистки этих растворов необходимы дозы от 10е до 109 рад в зависимости от концентрации (рис. 28).[ . ]
Окисление применяют для обезвреживания сточных вод от токсичных примесей (цианидов, растворенных соединений мышьяка и др.), извлечение которых нецелесообразно либо невозможно другими способами. В качестве окислителей при очистке сточных вод используют газообразный и сжиженный хлор, кислород воздуха, озон и другие реагенты. Озон, являясь сильным окислителем, способен разрушать в водных растворах органические вещества и другие примеси. Озонирование применяется для очистки сточных вод от нефтепродуктов, фенола, сероводорода, цианидов и других примесей. Одновременно обеспечивается устранение привкусов, запахов, обесцвечивание и обеззараживание воды. К преимуществам озонирования (по сравнению с хлорированием) относится и возможность получения озона непосредственно на очистных сооружениях в озонаторах, где он образуется из кислорода воздуха под действием электрического разряда.[ . ]
| Схема установки электро-химической очистки сточных вод от цианидов соединений |  |
При выборе наиболее приемлемого процесса для очистки сточных вод (сорбировать цианиды либо из сильнощелочного раствора смолой в солевой форме, либо из нейтрального или даже слабокислого раствора сильноосновной смолой в гидроксильной форме) надо определить сорбционную емкость анионита в обоих названных процессах ионного обмена.[ . ]
Особое внимание следует обращать на обезвреживание сточных вод термических цехов, в которых могут содержаться цианистые соединения и другие ядовитые вещества. Для очистки от цианидов применяют также марганцовокислый калий и перекись водорода. При значительных концентрациях цианид-ионов (сточные воды участков цианирования) применяют электрохимическую очистку. Для отстаивания сточных вод могут применяться горизонтальные и вертикальные отстойники с продолжительностью отстаивания не менее 2 ч. После перечисленных операций: реагентной обработки, отстаивания и в некоторых случаях фильтрования - сточные воды обычно сбрасывают в бытовую канализацию или водоем. Возврат очищенных реагентным методом и доочищенных на фильтрах сточных вод возможен лишь на неответственные операции процессов гальванических покрытий.[ . ]
| Принципиальная схема установки для обезжиривания цианидов в промывных сточных водах цеха гальванических покрытий |  |
Хлорирование является химическим (окислительным) способом обработки сточной воды, получившим в настоящее время широкое распространение. В технологии очистки сточных вод хлорирование применяется для обеззараживания очищенных сточных вод от патогенных бактерий и вирусов и удаления из сточных вод фенолов, крезолов, цианидов и других веществ, а также для борьбы с биологическими обрастаниями на сооружениях.[ . ]
В книге рассматриваются способы контроля и автоматического регулирования процессов очистки промыт ленных сточных вод и водоподготовки при помощи химических реагентов. Поиводятся новейшие методы контроля и регулирования добавок -реагентов по качественным параметрам воды (!Водо1родно,му показателю, окис-лителыю-восстановительному потенциалу, электропроводности и др.). Подробно описываются системы автоматического регулирования нейтрализации и очистки от металлов травильных сточных вод, очистки сточны вод заводов искусственного волокна и других химических производств, обезвреживания сточных вод, загрязненных цианидами и шестивалентным хромом. Рассматриваются системы регулирования таких процессов водо-подготовки, как коагулирование, реагентное умягчение, стабилизационная обработка. Описывается основная а 7-паратура и оборудование современных систем регулирования процессов очистки сточных вод и водоподготовки.[ . ]
Исследования, проведенные в СССР и за рубежом, показала что метод озонирования является эффективным для очистки сточных вод коксохимических заводов, загрязненных фенолами, рода-нидами и цианидами (см. гл. 14).[ . ]
Удаление аммиака десорбцией — это процесс, который часто рассматривается как один из возможных способов очистки сточных вод, но не находит широкого практического применения. Сток от обычной системы очистки бытовых сточных вод содержит около 10—20 мг/л азота в виде аммонийного иона. Такой сток является разбавленным. Водный аммиак с коксохимического производства представляет собою сильно насыщенные отходы, содержащие, например, 5000 мг/л ЫН3 (по 14), а также 2000 мг/л фенола, некоторое количество цианидов и масел. Десорбцию можно использовать только, если мы воспользуемся растворимостью загрязняющего вещества, превратив аммонийный ион в газообразный.[ . ]
Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.
Гальванотехника – одно из производств, серьезно влияющих на загрязнение окружающей среды, в частности ионами тяжелых металлов, наиболее опасных для биосферы.
Содержание работы
1. Гальваническое производство……………………………. ………………..4
2.Выбор и обоснование способов очистки сточных вод .…………. ………11
3. Оптимальный метод очистки……………………………………………….20
Список использованной литературы……………………………..…………. 27
Содержимое работы - 1 файл
Очистка сточных вод гальванических производств.doc
2. Выбор и обоснование способов очистки сточных вод
Известно большое количество методов извлечения цветных металлов из сточных вод гальванопроизводства. Наиболее используемые методы подразделяются:
-реагентные,
-биохимические,
-электрохимические,
-мембранные,
-сорбционные,
-комбинированные.
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. 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 .
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.
Биохимический метод:
В последнее время у нас в стране и за рубежом увеличились масштабы проводимых исследований по разработке технологии выделения тяжелых цветных металлов из сточных вод гальванопроизводств биохимическим методом сульфатовосстанавливающими бактериями (СВБ). Однако достигнутое при этом снижение концентраций ионов тяжелых металлов, в частности таких, как хром, составило только 100 мг/л, что нельзя признать оптимальным, исходя из реальных концентраций ионов шестивалентного хрома (200 - 300 мг/л).
Метод наиболее пригоден для выделения хрома. Сущность метода заключается в восстановлении Cr(VI) до Cr(III) в процессе электролиза с использованием растворимых стальных электродов. При прохождении растворов через межэлектродное пространство происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.
Суть протекающих при этом процессов заключается в
следующем: при протекании постоянного электрического тока через хромсодержащие растворы гальваношламов, анод подвергается электролитическому растворению с образованием ионов Fe, которые, с одной стороны, являются эффективными восстановителями для ионов хрома (VI), с другой - коагулянтами:
Cr 2O7 2- + 6Fe 2+ --> 6Fe 2+ + 2Cr 3+
На катоде выделяется газообразный водород, что ведет к
выщелачиванию раствора и созданию таким образом условий для выделения гидроксидов примесных металлов,также происходит процесс электрохимического восстановления.
Достоинства метода
1) Очистка до требований ПДК от соединений Cr (VI).
2) Высокая производительность.
3) Простота эксплуатации.
4) Малые занимаемые площади.
5) Малая чувствительность к изменениям параметров
процесса.
6) Получение шлама с хорошими структурно-механическими
свойствами.
Недостатки метода
1) Не достигается ПДК при сбросе в водоемы рыбохозяйственного назначения.
2) Значительный расход электроэнергии.
3) Значительный расход металлических растворимых
анодов.
4) Пассивация анодов.
5) Невозможность извлечения из шлама тяжелых
металлов из-за высокого содержания железа.
6) Невозможность возврата воды в оборотный цикл
из-за повышенного солесодержания.
7) Потребность в значительных площадях для шламоотвалов.
8) Необходимость предварительного разбавления стоков до
суммарной концентрации ионов тяжелых металлов 100 мг/л.
Метод электрофлотации:
Позволяют очищенную сточную воду вернуть в производство и рекуперировать ценные компоненты. В этом процессе очистка сточных вод от взвешенных частиц происходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды и использовании растворимых электродов. На аноде возникают пузырьки кислорода,на катоде - водород. Поднимаясь в сточной воде, пузырьки флотируют взвешенные частицы.
Достоинства метода
1) Очистка до требований ПДК.
2) Незначительный расход реагентов.
3) Простота эксплуатации.
4) Малые площади, занимаемые оборудованием.
5) Возможность возврата ИТМ до 96%.
6) Возможность очистки от жиров, масел и взвешенных
частиц.
7) Высокая сочетаемость с другими методами.
8) Отсутствие вторичного загрязнения.
Недостатки метода
1) Незначительное (до 30%) снижение общего солесодержания очищаемых стоков.
2) Аноды из дефицитного материала.
3) Необходимость разбавления концентрированных вод.
4) Большой расход электроэнергии, ее дороговизна.
Метод электролиза
В качестве анодов используют различные электрически нерастворимые вещества: графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца и рутения, которые наносят на титановую основу. Катоды изготавливают из молибдена, сплава железа с вольфрамом, сплава вольфрама с никелем, из графита, нержавеющей стали и других металлов, покрытых молибденом, вольфрамом или их сплав
Достоинства метода
1) Отсутствие шлама.
2) Незначительный расход реагентов.
3) Простота эксплуатации.
4) Малые площади, занимаемые оборудованием.
5) Возможность извлечения металлов из концентрированных
стоков.
Недостатки метода
1) Не обеспечивает достижение ПДК при сбросе в водоемы рыбохозяйственного назначения.
2) Аноды из дефицитного материала.
3) Неэкономичность очистки разбавленных стоков.
Метод обратного осмоса
Обратным осмосом и ультрафильтрацией называют процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающем осмотическое давление. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая растворенные вещества. При обратном осмосе выделяются частицы (молекулы, гидратированные ионы), размеры которых не превышают размеров молекул растворителя. При ультрафильтрации размер отдельных частиц на порядок больше.
Достоинства метода
1) Возможность очистки до требований ПДК.
2) Возврат очищенной воды до 60% в оборотный цикл.
3) Возможность утилизации тяжелых металлов.
4) Возможность очистки в присутствии лигандов,
образующих прочные комплексные соединения.
Недостатки метода
1) Необходимость предварительной очистки сточных вод от масел, ПАВ, растворителей, органики, взвешенных веществ.
2) Дефицитность и дороговизна мембран.
3) Сложность эксплуатации, высокие требования к
герметичности установок.
4) Большие площади, высокие капитальные затраты.
5) Отсутствие селективности.
6) Чувствительность мембран к изменению параметров
очищаемых стоков.
2.4.2 Метод электродиализа
Электродиализ - это метод, основанный на избирательном переносе ионов через перегородки, изготовленные из ионитов (мембраны) под действием электрического тока. Обычно используют пакеты из чередующихся анионо- и катионообменных мембран. Ионообменные мембраны проницаемы только для ионов, имеющих заряд того же знака, что и у подвижных ионов.
Достоинства метода
1) Возможность очистки до требований ПДК.
2) Возврат очищенной воды до 60% в оборотный цикл.
3) Возможность утилизации ценных компонентов.
4) Отсутствие фазовых переходов при отделении примесей,
что позволяет вести процесс при небольшом расходе энергии.
5) Возможность проведения при комнатных температурах без
применения или с небольшими добавками химических реагентов.
6) Простота конструкций аппаратуры.
Недостатки метода
1) Необходимость предварительной очистки стоков от масел, ПАВ, органики, растворителей, солей жесткости, взвешенных веществ.
2) Значительный расход электроэнергии.
3) Дефицитность и дороговизна мембран.
4) Сложность эксплуатации.
5) Отсутствие селективности.
6) Чувствительность к изменению параметров очищаемых
вод
2. Адсорбционный метод:
В качестве сорбентов используются активированные угли, синтетические сорбенты, отходы производства (зола, шлаки, опилки и др.).
Процесс адсорбционного извлечения шестивалентного хрома
из сточных вод ведут при интенсивном перемешивании
адсорбента с раствором, при фильтровании раствора через слой
адсорбента или в псевдоожиженном слое на установках
периодического и непрерывного действия. При смешивании
адсорбента с раствором используют активированный уголь в
виде частиц диаметром 0,1 мм и меньше. Процесс проводят в одну или несколько ступеней.
Достоинства метода
1) Очистка до ПДК.
2) Возможность совместного удаления различных по природе
примесей.
3) Отсутствие вторичного загрязнения очищаемых вод.
4) Возможность рекуперации сорбированных веществ.
5) Возможность возврата очищенной воды после
корректировки рН.
Недостатки метода
1) Дороговизна и дефицитность сорбентов.
2) Природные сорбенты применимы для ограниченного круга
примесей и их концентраций.
3) Громоздкость оборудования.
4) Большой расход реагентов для регенерации сорбентов.
5) Образование вторичных отходов, требующих
дополнительной очистки.
Метод ионного обмена:
Ионообменное извлечение металлов из сточных вод позволяет рекуперировать ценные вещества с высокой степенью извлечения. Ионный обмен – это процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу, называются ионитами. Метод ионного обмена основан на применении катионитов и анионитов, сорбирующих из обрабатываемых сточных вод катионы и анионы растворенных солей. В процессе фильтрования обменные катионы и анионы заменяются катионами и анионами, извлекаемыми из сточных вод. Это приводит к истощению обменной способности материалов и необходимости их регенерации.
Достоинства метода
1) Возможность очистки до требований ПДК.
2) Возврат очищенной воды до 95% в оборот.
3) Возможность утилизации тяжелых металлов.
4) Возможность очистки в присутствии эффективных
лигандов.
Недостатки метода
1) Необходимость предварительной очистки сточных вод от масел, ПАВ, растворителей, органики, взвешенных веществ.
2) Большой расход реагентов для регенерации ионитов и
обработки смол.
3) Необходимость предварительного разделения промывных
вод от концентратов.
4) Громоздкость оборудования, высокая стоимость смол
5) Образование вторичных отходов-элюатов, требующих
дополнительной переработки.
3. Оптимальный метод очистки
Как видно из анализа в настоящее время имеется достаточно широкий ассортимент методов, позволяющих перерабатывать сточные воды гальванопроизводства с получением пригодного для дальнейшего использования продукта и оборотной воды. Однако ни один метод нельзя считать универсальным, т.е. эффективным и дешевым, поэтому наиболее целесообразно применять комбинированные методы.
Этот метод имеет ряд преимуществ :
1)повышение степени очистки достигается путем дополнения реагентного метода очистки адсорбционным (ионным);
2)снижение на 65-70 % общего солесодержания сточных вод;
3)возможность использования сточных вод в оборотном водоснабжении предприятия;
4)возможность автоматизированного контроля и управления процессом;
5)простота и надежность в эксплуатации.
Хромсодержащие соединения поступают в сборник усреднитель где смешиваются с промывными водами, после чего промывные хромсодержащие сточные воды обезвреживаются реагентным методом с использованием сульфида натрия(реагент). После чего сточные воды снова направляются в сборник усреднитель, после чего корректируется PH среды и воды поступают на осветление, где отделяется шлам соединений металлов. После этих действий шлам уплотняется и обеззараживается, после чего утилизируется. Осветленная сточная вода направляется на дополнительное фильтрование, после чего поступает в угольный фильтр где дополнительно извлекаются растворимые примеси, включая соли хрома, затем для доочистки используется ионный метод, с помощью Na-катионита и H-катионита в аппаратах катионитной очистки, следующие действия нейтрализация, усреднение, обезвреживание и утилизация. Общая схема очистки изображена на рисунке.
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Охрана и рациональное использование водных ресурсов представляет собой весьма многогранную проблему, решением которой занимаются инженерно-технические работники различных специальностей.
При использовании в технологических процессах вода загрязняется различными органическими и минеральными веществами, в том числе токсичными и ядовитыми, способными уничтожить в определенных условиях всякую жизнь в естественных водах или сооружениях биологической очистки коммунальных сточных вод. Одним из источников загрязнения окружающей среды вредными веществами и в первую очередь тяжелыми металлами, являются гальванические производства.
Гальванические покрытия используются практически во всех отраслях промышленности. В Российской Федерации по оценке специалистов существует сегодня около 7000 таких цехов. Гальваническое производство является одним из крупных потребителей цветных металлов и достаточно дорогих химических реактивов [3]. Оно потребляет не менее 15% никеля, 50% цинка, 70% меди, производимых в нашей стране. Основной набор электролитов и технологических растворов можно считать сложившимся и в ближайшее время вряд ли следует ожидать радикальных изменений в области создания электролитов, которые вызвали бы резкий скачок в развитии гальванотехники.
В тоже время в обществе происходит понимание того, что дальнейшее развитие техники и технологии по пути создания новых продуктов с новыми качествами часто приходит в противоречие с условиями самой жизни на земле, с нормальным функционированием природной среды. Поэтому получили развитие природоохранные технологии и в первую очередь для наиболее экологически вредных производств, в том числе гальванического производства [1].
Не смотря на существенные различия в технологии металлопокрытий различных изделий, все они создают в процессе эксплуатации отходы, которые могут находиться в жидком, твердом, пастообразном или газообразном состоянии, представляя собой различную степень опасности и токсичности для окружающей среды человека.
Источниками загрязнения окружающей среды в гальванотехнике являются не только промывные воды, но и отработанные концентрированные растворы. Выход сырья рабочих растворов происходит по различным причинам накопления в электролитах посторонних органических и неорганических веществ и нарушения соотношения основных компонентов гальванических ванн. Сбросы отработанных растворов по объему составляют 0,2-0,3% от общего количества сточных вод, а по общему содержанию сбрасываемых загрязнений достигают 70%. Залповый характер таких сбросов нарушает режимы работы очистных сооружений, приводит к безвозвратным потерям ценных материалов.
Попадание неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод и других видов отходов, содержащих цветные металлы, в водные объекты наносит ущерб народному хозяйству и окружающей природе не только из-за потерь, используемых в производстве металлов, но и вследствие огромного негативного воздействия на окружающую среду.
Одним из путей решения данной проблемы является создание малоотходных и безотходных экологически безопасных технологических процессов нанесения гальванических покрытий и очистки сточных вод, при которых достигается минимальный расход цветных металлов и минимальное негативное воздействие на окружающую природную среду.
Вопросы предотвращения загрязнения водоемов производственными сточными водами тесно связаны с разработками мероприятий по сокращению потребления свежей воды на технологические нужды производства и уменьшению количества сбрасываемых стоков. Один из наиболее рациональных путей для достижения этих целей - создание локальных систем очистки с извлечением ценных компонентов и использованием очищенных сточных вод в оборотном цикле [3].
Целью данной дипломной работы является разработка и сравнение альтернативных вариантов технологических решений очистки сточных вод гальванического производства и выбор наиболее предпочтительного варианта.
Задачи дипломной работы:
1. Анализ особенностей образования сточных вод гальванического производства;
2. Определение основных технологических решений очистки сточных вод гальванического производства;
3. Разработка и подбор основного оборудования для гальванического цеха;
1. Особенности гальванического производства как источника образования загрязнённых сточных вод
1.1. Технологические особенности гальванического производства
Коррозия - это разрушение металлов вследствие химических и электрохимических взаимодействий с внешней средой. Как показывает статистика, из общего количества выплавляемых в нашей стране черных металлов около 10% ежегодно теряется в результате коррозии, 50% готовых металлических изделий преждевременно выходит из употребления.
Защита металлических изделий от коррозии, а также придание им требуемого декоративного вида или необходимых свойств поверхностному слою деталей (твердости, износостойкости, электропроводности, теплостойкости и т.д.) обеспечиваются с помощью металлических или неметаллических покрытий.
Гальванические покрытия основаны на выделении металлов из водных растворов их солей под действием электрического тока. Металл осаждается на детали, подключенной к отрицательному полюсу. Гальваническим способом достигается покрытие деталей чистыми металлами или сплавами при минимальных их потерях.
Нанесение гальванических и химических покрытий производится обычно в специальных ваннах, конструкция которых определяется видом покрытий, формой и размерами деталей и технологическим процессом [5].
Процесс нанесения покрытий состоит из последовательных операций: подготовительные, нанесение покрытий и окончательная обработка. К подготовительным операциям относятся: механическая обработка деталей, обезжиривание в органических растворителях, химическое и электрохимическое обезжиривание, травление и полирование. Окончательная обработка покрытий включает в себя обезводороживание, осветление, пассивацию, пропитку, полирование. После каждой операции изделие промывают в холодной проточной воде, а после обработки в щелочных растворах - последовательно в горячей и холодной воде. На заключительной стадии обработки изделие последовательно промывается в холодной и горячей воде и сушится. На всех стадиях контролируется качество выполнения основных операций.
Схема технологического процесса нанесения покрытий выбирается в зависимости от покрываемого материала, его поверхности, вида покрытий, требований, предъявляемых к нему, условий эксплуатации.
Гальваническое производство тесно связано с потреблением воды в качестве технологического сырья. Основным потребителем воды, как было отмечено выше, являются промывочные операции.
Основное назначение промывки - снижение концентрации раствора на поверхности обрабатываемых деталей, выносимого из технологических ванн.
1.2. Воздействие гальванопроизводства на окружающую среду
Гальваническое производство является одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды, главным образом поверхностных и подземных водоёмов, ввиду образования большого объёма сточных вод, содержащих вредные примеси тяжёлых металлов, неорганических кислот и щелочей, поверхностно-активных веществ и других высокотоксичных соединений, а также большого количества твёрдых отходов, особенно от реагентного способа обезвреживания сточных вод, содержащих тяжёлые металлы в малорастворимой форме.
Многие химические вещества, поступающие в окружающую среду, в том числе и в водоёмы, а через питьевую воду в организм человека, помимо токсического действия обладают канцерогенным (способны вызвать злокачественные новообразования), мутагенным (могут вызвать изменения наследственности) и тератогенным действием (способны вызвать уродства у рождающихся детей). Ионы тяжёлых металлов (хрома, никеля, меди, кадмия, цинка, свинца) нарушают работу кальмодулина - одного из основных регуляторов процессов жизнедеятельности организма и других важнейших белков. Токсикологическое действие тяжёлых металлов - сердечно-сосудистые расстройства, рак, наследственные болезни, дебильность, паралич, эпилепсия. Канцерогенное действие на теплокровных животных при поступлении в организм с питьевой водой оказывают мышьяк, селен и палладий, а при поступлении в организм другими путями - хром, бериллий, свинец, ртуть, кобальт, никель, серебро, платина. Разные виды организмов неодинаково переносят действие неорганических соединений. Так, ЛК50 кадмия составляет для циклопов 3,8 мг/л, а для дафний - 0,055 мг/л.
В крупных городах и промышленных центрах вредные вещества поступают в водоёмы в виде различных соединений и смесей, оказывающих совместное, или так называемое комбинированное действие на организм человека, теплокровных животных, флору и фауну водоёмов, на микрофлору очистных сооружений канализации. Это может быть:
1) синергизм или потенционирование, когда эффект действия больше простого суммирования; 2) антагонизм, когда действие нескольких ядов бывает меньше суммированного и 3) аддитивное или простое суммирование. Нередко наблюдаются и отступления от этой схемы. Кадмий в сочетании с цинком и цианидами в воде усиливает их действие, мышьяк является антагонистом селена. Часто одни и те же элементы могут выступать как синергисты для одних функциональных систем организмов и как антагонисты для других. Так, марганец и медь проявляют синергизм в процессах кроветворения и антагонизм при воздействии на центральную и периферическую нервные системы.
Физико-химические свойства воды - температура, содержание кислорода, жёсткость и рН - влияют на токсичность многих неорганических веществ. С повышением температуры воды увеличивается обмен веществ водных организмов и они получают больше яда. При увеличении общей жесткости воды с 20 до 260 мг/л по карбонату кальция средние летальные концентрации (ЛКср) различных соединений кадмия, меди, олова и свинца увеличиваются примерно в 100 раз. Увеличение рН с 6,6 до 8,0 также снижает токсичность многих веществ. Таким образом, в водоёмах с малой жёсткостью воды ядовитое действие металлов, как правило, будет больше, хотя и бывают исключения из этой закономерности. Поэтому снижение жёсткости водопроводной воды может повысить токсичность содержащихся в ней металлов.
Концентрации загрязняющих сточные воды примесей при поступлении их в водоём постепенно уменьшаются за счёт разбавления, осаждения на дне и химического взаимодействия примесей с веществами, присутствующими в воде водоёма, а также вследствие разложения многих примесей (главным образом органических) с помощью аэробных микроорганизмов, всегда имеющихся в воде водоёма. Способность водоёмов к ликвидации загрязняющих примесей и восстановлению природных качеств воды водоёма называется самоочищающей способностью водоёма. Процессы биологического самоочищения связаны с потреблением кислорода, растворенного в воде водоёма. Для предотвращения нарушения кислородного режима водоёма количество органических веществ и соединений тяжёлых металлов, попадающих со сточными водами в водоём, не должно превышать определенной величины, соответствующей количеству кислорода, поступающего из атмосферы. В противном случае содержание кислорода в воде водоёма начнет снижаться, что приведет к гибели флоры и фауны.
В настоящее время тяжёлые металлы занимают лидирующее место среди наиболее опасных факторов в общем загрязнении окружающей среды. Серьёзную опасность представляет сброс в водоёмы, особенно малопроточные (озёра, водохранилища), сточных вод, загрязненных биогенными элементами (соединениями фосфора и азота). В воде, содержащей органические вещества и биогенные элементы, происходит интенсивное размножение микроскопических сине-зелёных водорослей. Временами поверхность воды покрывается сплошным слоем водорослей ядовито-зелёного цвета, происходит цветение водоёмов. Некоторые сине-зелёные водоросли выделяют в воду токсичные вещества. Отмирая, сине-зелёные водоросли полностью обескислороживают воду водоёма и загрязняют её продуктами разложения.
Основные характеристики загрязняющих веществ гальванического производства заданного состава приведены в табл. 1 [17].
В сточной воде, помимо ионов тяжелых металлов, содержатся кислотные остатки, обладающие высоким токсическим действием. К ним относятся цианида, представляющие собой простые и комплексные соединения. При реагентном методе удаления они переводятся в легко удаляемые и нетоксичные соединения, цианаты.
Этот процесс производится в щелочной среде, после чего цианаты разлагаются путем гидролиза на карбонаты и ионы аммония. В качестве окислителей, переводящих цианиды в цианаты, могут быть использованы вещества, содержащие хлор в активной форме, такие как
- гипохлориты натрия и кальция,
- хлорная известь и другие,
- а также перманганат калия,
- перекись водорода
- и озон.
Следует отметить, что обеззараживание больших объемов сточных вод эффективнее всего проводить с помощью озонирования. Реакция взаимодействия цианидов и озона проводится в слабощелочной среде, при этом происходит разложение цианидов с образованием карбонат-ионов, молекулярного кислорода и азота, и воды. Кроме того, под воздействием озона, при окислении цианидных комплексов, происходит осаждение тяжелых и цветных металлов в виде малорастворимых гидроксидов, которые требуют постоянного удаления в течение проведения этого процесса.
Он проходит в специальной контактной колонне, в которой производится подвод воздуха, насыщенного озоном, к сточной воде, путем барботирования. При озонировании цианидных стоков достигается высокая степень их очистки, при полном разложении цианидов до азота и карбонатов, а также сопровождающаяся осаждением ионов тяжелых металлов в виде гидроксидов.
При озонировании также происходит окисление органических соединений, растворенных в воде. Однако, сточные воды перед такой обработкой должны быть очищены от взвешенных веществ, как и от образующихся гидроксидов, так они мешают проведению окислительных процессов. Кроме того, процесс озонирования требует высоких затрат энергии.
Читайте также: