Сравнительный анализ очистки стоков гальваники при реагентном и электрохимическом способах обработки

УДК 628.1

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОЧИСТКИ СТОКОВ ГАЛЬВАНИКИ ПРИ РЕАГЕНТНОМ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ СПОСОБАХ

ОБРАБОТКИ

Р.А. Ковалев, М.Г. Бурдова, И.В. Гришина

Выявлены причины необходимости очистки стоков гальваники. Произведен анализ реагентной очистки хромсодержащих и циансодержащих сточных вод. Рассмотрены технологии очистки гальванических стоков и произведено обоснование электрохимической их обработки. Предложена технологическая схема очистки стоков гальваники с конкретными исходными концентрациями и расходами с последующим выпуском их в водоем.

Ключевые слова: сточные воды, хромсодержащие, циансодержащие, ПДК, эффект очистки.

Целью работы является выбор и обоснование технологической схемы очистки стоков гальваники с последующим их сбросом в водоем рыбохозяйственного значения.

В последние годы в РФ наметилась тенденция к росту промышленного производства, что способствует увеличению спроса на гальваническое покрытие продуктов различных отраслей. На сегодняшний день гальваническое производство является одним из самых водоемких предприятий, а сточные воды после всех технологических операций крайне токсичны. Ежегодно огромное количество тяжелых металлов, таких как медь, свинец, хром, никель, цинк, кадмий и т. д., попадают в окружающую среду и нарушают баланс в экосистеме.

Вместе с тем, согласно действующему законодательству РФ [1]: «Все водоемы, которые используются или могут быть использованы для промысловой добычи рыбы и других водных животных и растений или имеют значение для воспроизводства запасов промысловых рыб, считаются рыбохозяйственными водоемами». Таким образом, абсолютное большинство водоемов на территории нашей страны относятся к водоемам рыбохозяйственной категории, которая диктует жесткие требования к предельно допустимым концентрациям (ПДК) загрязнений.

Таблица 1

Нормативы ПДК вредных веществ в водных объектах _рыбохозяйственного значения__

Нормируемое вещество Класс опасности ПДК, мг/л

Хром шестивалентный Сг6+ 3 0,02

Хром трехвалентный Сг3+ 3 0,07

Цианид-анион С№ 3 0,05

Медь Си 3 0,001

Кадмий Cd 2 0,005

Никель № 3 0,01

Железо Ге 4 0,1

В гальваническом производстве вода расходуется на хозяйственно-бытовые, противопожарные и производственные нужды. Производственный расход рассчитывается исходя из затрат на следующие технологические процессы:

приготовление специальных технологических растворов, промывка деталей, охлаждение оборудования и растворов, мойка оборудования. Наиболее водоемким среди этих операций является процесс промывки деталей, на который приходится до 90...95% всего расхода гальванического производства. Причем удельный расход колеблется в широких диапазонах и зависит от используемого оборудования [2].

Исходя из значений ПДК, приведенных в табл. 1, можно рассчитать требуемую степень очистки по хрому и цианидам по формуле:

Э = Сеп Спдк •100% С

Сеп

где Сеп - концентрация загрязнений в исходной сточной воде, мг/л; Спдк - предельно допустимая концентрация в очищенной сточной воде, мг/л.

Таким образом, при концентрации хрома шестивалентного и цианид-аниона в исходной сточной воде 85 мг/л и 125 мг/л соответственно, требуемый эффект очистки должен составлять 99,98 % и 99,96%.

В связи с полученными результатами наиболее рационально использовать технологические схемы очистки, основанные на физико-химических процессах, протекающих в жидкости. К наиболее широко распространенным физико-химическим процессам при очистке стоков гальваники относятся реагентная и электрохимическая обработка сточных вод. Нами произведены расчеты обработки хромсодержащих и циансодержащих сточных вод с использованием реагентов, такими как бисульфит натрия или сульфат натрия при рН 2,5.3 и хлорная известь, гипохлориты кальция и натрия, жидкий хлор при рН 11.11,5 в соответствии с рекомендациями [3]. Следует отметить, что использование этих реагентов для расходов хромсодержащих сточных вод 4,2 м3/сут и циансодержащих сточных вод 4,8 м3/сут потребует большой ассортимент реагентов и значительный их расход. Удельный расход реагентов для этого количества стоков составит: серной кислоты - 0,11 кг/м3, сульфат натрия - 0,67 кг/м3, известь - 0,45 кг/м3, хлорной извести - 1,85 кг/м3. Потребуется дополнительные строительные площади под склады реагентов, растворные и расходные баки, что приведет к высоким эксплуатационным затратам при реализации данного метода. Большой расход реагентов сопровождается технологическими показателями очистки, приведенными в табл. 2 [4].

Таблица 2

Эффективность реагентного метода очистки сточных вод от ионов тяжелыгх металлов

Ион Остаточная концентрация иона Остаточная

тяжелого металла металла, рассчитанная из произведения растворимости, мг/л концентрация иона металла, наблюдаемая на практике при рН 8,5. 9,0, мг/л

Ге2+ 0,44 0,3. 1

Ге3+ 0,21-10-4 0,3.0,5

Сг3+ 0,13-10-2 0,05.0,1

Си2+ 0,024 0,1.0,15

№2+ 1,47 0,25.0,75

ги2+ 0,17 0,05.0,1

са2+ 2,62 2,5

А13+ 0,23-10-3 0,1.0,5

Следовательно, реагентная очистка стоков гальваники не удовлетворяет требованиям ПДК сброса в водоем рыбохозяйственного назначения.

Поэтому нами была предложена технологическая схема электрохимической очистки (см. рисунок) рассматриваемых сточных вод (1, 7), включающей в себя усреднители (3, 8), источники постоянного тока (4, 9), электрокоагулятор (5), электролизер (10), отстойник (6), фильтр с полипропиленовой загрузкой (11), аппарат механического обезвоживания осадка (13) и склад осадка (14).

Электрохимические методы очистки требуют предварительной гомогенизации состава стоков, поэтому время накопления, зависящее от цикличности работы, составит для хромсодержащих сточных вод - 6 суток, а для циансодержащих - 1 сутки.

Для выделения образовавшегося осадка в процессе электрохимической обработки предусмотрен отстойник (6).

Технологическая схема очистки хромсодержащих и циансодержащих стоков: 1 — подача хромсодержащих стоков; 2 — реагентное хозяйство; 3, 8 — усреднитель;

4, 9 — выпрямитель; 5 — электрокоагулятор; 6 — отстойник; 7 — подача циансодержащих стоков; 10 — электролизер; 11 — фильтр с полипропиленовой загрузкой; 12 — выпуск очищенных стоков в водоем; 13 — аппарат механического обезвоживания осадка; 14 — склад осадка.

Электрохимические методы очистки хромсодержащих вод базируются на восстановлении шестивалентного железа до трехвалентного за счет окисления двухвалентного железа до трехвалентного по реакциям, протекающим соответственно на аноде и катоде.

Сг2072" + Ее2+ + 12Н20 + 40И" - 4е = Ее(Сг02)3 + 2(и + 1)Н20 + 402

Сг2072+ + 3Н20 + 3е = 2Сг(0Н)3 + 202

Данные реакции протекают под действием постоянного электрического тока плотностью 200 А/(м2 • ч) в электрокоагуляторе (5). Исходя из этого потребуется выпрямитель на 1150 А; 27 анодов; габаритные размеры самого аппарата 0,4 х 0,35 х 1,0 м.

Сущность обезвреживания циансодержащих сточных вод заключается в окислении цианид-аниона до углекислого газа и азота.

СМ - - 2е + 20Н - = СШ - + 2Н 20

2СШ- + С12 + 40Н- = 2С02 + М2 + 2Н2 + 2С1-

Для протекания этих реакций потребуется электролизер с 7 анодами; выпрямителем на 300 А; размеры аппарата составят 1,0 х 0,65 х 0,7 м.

Остаточные концентрации в очищенной воде составят 0,43 мг/л после отстаивания хромсодержащих стоков и 0,17 мг/л - после фильтра с полипропиленовой загрузкой, что не соответствует требованиям ПДК. Циансодержащие стоки же обезвреживаются на 100%.

Таким образом, электрохимическая обработка сточных вод позволяет при компактном исполнении получить стопроцентное обезвреживание циансодержащих стоков, удовлетворяющие требованиям ПДК. Впоследствии эти воды могут быть использованы для разбавления очищенных хромсодержащих стоков до ПДК 0,07 мг/л и совместно сброшены в водоем.

Список литературы

1. Постановление Совета Министров СССР № 1045 от 15.09.1958.

2. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство / под редакцией проф. В.Н. Кудрявцева. М.: Производственно-издательское предприятие «Глобус», 1998. 302 с.

3. СП 32.13330.2012. Канализация. Наружные сети и сооружения. Переизд. март 2016 с изм. 1. Взамен СНиП 2.04.03-85. Введ. 01.01.13. М: Минрегион России, 2012. 92 с.

4. Виноградов С.С. Обоснованность и необоснованность применения различных перечней ПДК для сточных вод гальванического производства / С.С. Виноградов, В.Н. Кудрявцев // Водоснабжение и канализация. М., 2010. №0506. С. 113-118.

Ковалев Роман Анатольевич, д-р техн. наук, директор института, kovalevdekan@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Бурдова Мария Григорьевна, канд. техн. наук, доцент, heloysov a tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Гришина Ирина Владимировна, магистрант, rouge2111 amail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

COMPARATIVE ANALYSIS OF SEWAGE TREATMENT OF ELECTROPLATING WITH REAGENT AND ELECTROCHEMICALPROCESSING METHODS

R.A. Kovalev, M. G. Burdova, I. V. Grishina

The reasons for the need to clean electroplating waste are identified. An analysis of the reagent purification of chromium and cyanogen-containing wastewater has heen performed. The technologies for the treatment of galvanic wastes are examined and their electrochemical treatment is suhstantiated. A flow chart for the cleaning of electroplating stocks with specific initial concentrations and costs, followed hy their release into the reservoir, is proposed.

Key words: wastewater, chromium, cyanogenic, MPC, cleaning effect.

Roman Anatolyevich Kovalev, doctor of technical sciences, director of the Institute, kovalevdekanamail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Burdova Maria Grigorievna, candidate of technical sciences, docent, helovsov@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Grishina Irina Vladimirovna, master, rouge2111 a mail. ru, Russia, Tula, Tula State University