Замкнуті системи водного господарства гальванічних виробництв
Принципова схема замкнутої системи водного господарства промислового об'єкта включає 2 основних елементи: виробництво, де відбувається використання води на виробничі потреби і її забруднення, та блок очисних споруд (ОС), де відбувається зниження концентрацій забруднень до необхідних норм.
Схема працює таким чином:
Забруднена вода надходить на очисні споруди, де відбувається її очищення до необхідних норм, що вимагає виробництво. Технологічну схему очищення вибирають в залежності від складу стічних вод (СВ), концентрації забруднень, витрат води та вимог на повторне їх використання. Очищена вода подається у виробництво для повторного використання. Після повторного використання забруднена вода знову надходить на очисні споруди.
- забруднена
- очищена
Рис. 54. Принципова схема замкнутої системи водного господарства
гальванічних виробництв
З усього різноманіття схем оборотного водопостачання гальванічних виробництв можна виділити чотири основні схеми (рис. 55).
В основу даної систематизації покладена принципова схема обробки промивних вод і відпрацьованих електролітів та їх подальшого використання в рамках замкнутої системи.
Перша схема передбачає спільне очищення суміші промивних вод і відпрацьованих електролітів з наступним поверненням у виробництво очищеної води. Ця схема включає два види очисних споруд. На ОС-І відбувається концентрування забруднень, що містяться в слабоконцентрованих промивних водах і сильноконцентрованих відпрацьованих електролітах. Знесолена вода використовується повторно у виробництві, а концентровані розсоли і елюати подаються на ОС-ІІ, де відбувається їх знешкодження. Очищена вода скидається в каналізацію.
Рис. 55. Способи обробки стічних вод:
а) централізована система для знешкодження всього об’єкту;
б) комбінована система для знешкодження з врахуванням специфіки обробки окремих груп стічних вод; в) децентралізована система для комплексної регенерації стічних вод; г) комбінована система для часткової регенерації стічних вод;
д) комбінована система для селективної регенерації стічних вод; с) комбінована система для комплексної регенерації окремих груп стічних вод та знешкодження основного об’єму в централізованій системі
Метод, який найбільш застосовується у даній схемі –йонний обмін.
За зазначеною схемою очищення може відбуватися в такій послідовності (рис. 56). Слабоконцентровані промислові води з гальванічного цеху збираються в усередник. З усередника вода поступає на споруди попереднього очищення, які складаються з механічного та сорбційного фільтрів. Забруднена вода проходить послідовно крізь катіонітовий і два аніонітових фільтри. Після фільтрів знесолена вода надходить у цехи для промивки деталей. Промивні води після регенерації механічного і сорбційного фільтрів подають на споруди другого ступеня, де відбувається їх подальше очищення. Сюди ж надходять елюати і промивні води з йонообмінних фільтрів.
Проводиться роздільне попереднє очищення хромовмісних СВ шляхом послідовного введення кислоти і натрій гідросульфіту, після чого їх змішують з промивними водами і піддають обробці вапном чи содою, а потім відстоюють. Після процесу відстоювання для знесолення СВ проходять послідовно через катіонітовий і два аніонітових фільтри. Елюати з йонообмінних фільтрів і відпрацьованих концентрованих електролітів обробляють окремо реагентним методом. Попереднє реагентне очищення дозволяє збільшити ступінь очищення від масел, органічних речовин, що попереджує проскакування забруднень до водоспоживчого устаткування і продовжує термін служби йонообмінних смол.
|
Рис. 56. Принципова схема замкнутої системи водного господарства промислового підприємства
При наявності у стічних водах сполук Сr(VI) та високих концентрацій забруднень у промивних водах очищення здійснюється за такою схемою (рис. 57).
Рис. 57. Принципова схема очищення при наявності у стічних водах (СВ) Cr (VI) та високих концентрацій забруднень
Рис. 58. Принципова схема оборотного водопостачання гальванічного виробництва
На рис. 58 наведена схема оборотного водопостачання гальванічного цеху. За цією схемою вода надходить на реагентне очищення, потім подається на блок фізико-хімічного очищення, після чого підлягає послідовному йонному обміну на катіонітовому і двох аніонітових фільтрах. Елюати з йонообмінних фільтрів обробляються окремо реагентним методом. У цикл промивання деталей повертається 80% очищеної води. Підживлення системи проводиться дейонізованою водою.
На одному з заводів Франції працює система повного обороту промивних вод, що містять ціаніди і сполуки Сr(VI). Очищення проводиться таким чином: СВ усереднюють, відстоюють у збірному резервуарі, освітлюють на механічному фільтрі і піддають послідовно йонному обміну на катіонітовому і двох аніонітових фільтрах. Очищену воду повертають у виробництво. Елюати з катіонітового і першого аніонітового фільтрів відводять й обробляють натрій гідрогенсульфітом. Елюати з другого аніоннообмінного фільтра обробляються сульфатною кислотою. Суміш оброблених елюатів відстоюють, а потім скидають у каналізацію.
На ряді підприємств Німеччини працюють цілком автоматизовані установки замкнутого циклу водопостачання продуктивністю 2,4 м3/год. Очищення води на даній установці виконується за такою схемою (рис. 59). СВ з цеху надходять на двоетапний механічний фільтр, де відбувається видалення забруднень до ГДК (гранично допустимі концентрації), а потім – послідовно на слабкокислий макропористий Н-катіоніт і слаболужний макропористий ОН-аніоніт. Для знешкодження і нейтралізації регенераційних вод передбачений спеціальний бак. Гідроксиди металів, які знаходяться у регенераційній воді, відокремлюються на фільтр-пресі.
Рис. 59. Принципова схема автоматизованої установки замкнутого циклу водопостачання
У схемі, яка передбачає повторне використання очищеної води в оборотному циклі продуктивністю 50 м3/год, використовують автоматизоване обладнання, що складається з таких елементів: двох фільтрів для глибокого механічного очищення, фільтра з завантаженням активованого вугілля, двох колонок з сильнокислотним катіонітом, двох колонок зі слаболужним аніонітом і однієї колонки з сильноосновним аніонітом. Розчини, що утворюються при регенерації йонітів, нейтралізуються за допомогою реагентів. Отримані осади видаляються на фільтр-пресах.
В літературі описана схема оборотного водопостачання з очищенням води на йонообмінних смолах при промиванні виробів після нікелювання, хромування, цинкування та анодування алюмінієвих профілів. Процес очищення виконують послідовно на катіонітових і аніонітових смолах. Регенерація завантаження виконується кислотою для катіонітового фільтра й лугом для аніонітового фільтра. Для відмивання завантаження фільтру від забруднення хрому та ціану один раз на місяць виконують його відмивання натрій гідрогенсульфітом і гіпохлоритом.
Рис. 60. Принципова схема спільного очищення слабкоконцентрованих промислових вод і відпрацьованих електролітів
У випадку спільного очищення слабоконцентрованих промивних вод і відпрацьованих електролітів застосовується технологічна схема (рис. 60), відповідно до якої очищується змішаний потік відпрацьованої води (від операцій травлення, знежирення, декантування, кадміювання, нікелювання, міднення, цинкування тощо) і відпрацьовані електроліти. Величина рН стоку складає 8-10. Очищення виконується таким чином. Усереднені електроліти змішуються з промивними водами і надходять в усередник промивної води. З усередника загальний потік направляється в нафтовловлювач, де відбувається затримка нафтопродуктів та олій. Після нафтовловлювача вода подається у відстійник-усередник, де нерозчинні речовини випадають в осад. Після відстійника-усередника вода подається до механічного фільтра, який має загрузку з кварцового піску. Потім вода надходить до сильнокислотного катіонітного фільтру в Н-формі типу КУ-2 і слабколужного аніонітного фільтру АН-31. Після повного процесу очищення вода використовується в замкненому циклі для промивання деталей. Елюати скидаються в каналізацію.
Для очищення хромовмісних СВ з гальванічних виробництв запропоновано використовувати дві йонообмінні колонки, заповнені відповідно сильнокислотним катіонітом і сильноосновним аніонітом. Регенерацію аніоніту проводять розчином NaOH. Після такого очищення вода повторно використовується у виробництві, а елюат від регенерації аніоніту спочатку пропускають через катіоніт, а потім випаровують.
Для очищення оборотної води з метою концентрування солей важких металів, що містяться у СВ, поряд з йонним обміном використовується метод зворотного осмосу. На ОС-І очищають промивні води методом зворотного осмосу. Після очищення води направляють у виробництво для повторного використання, а отримані в процесі очищення концентровані розчини подають на ОС-ІІ. Тут концентровані розчини, що містять нікель, мідь, цинк, кадмій, срібло, підлягають електрохімічній обробці для виділення металів з розчину чи доочищенню на йонообмінній установці з наступним концентруванням елюату методом зворотного осмосу.
Для очищення промивних вод на ОС-І використовують комбінований метод. На першому етапі СВ, що містять сполуки Сr(VI), піддаються електрохімічному очищенню в реакторах з розчин-ними сталевими анодами. Вода після електрохімічного очищення може містити легкорозчинні солі електролітів, що будуть накопичуватися в промивній воді. З метою виключення росту солевмісту в оборотній воді на другому етапі її піддають додатковому очищенню в електродіалізному апараті. На виході з апарату вода не містить легкорозчинних солей. Концентровані розсоли знешкоджують реагентним способом на ОС-ІІ чи скидають в каналізацію.
Для знесолення води, очищеної електрохімічним методом, може застосовуватись доочищення методом йонного обміну. Елюати в цьому випадку знешкоджуються і скидаються в каналізацію, а очищена вода повертається у виробництво.
За даною схемою очищення стоків проводиться таким чином: СВ з цеху гальванопокриттів збираються в усередник. З усередника вода подається в електрореактор, де відбувається відновлення Cr(VI), потім вода відстоюється і надходить на доочищення в йонообмінник, де послідовно проходить катіонітовий фільтр та колонки зі слабколужним і сильнолужним аніонітом. Очищена вода повертається у виробництво. Елюати знешкоджуються в електрокоагуляторі, після чого скидаються в каналізацію.
Схема 61 передбачає роздільне очищення промивних вод з наступним поверненням у виробництво очищеної води та відпрацьованих електролітів. Схема включає очисні споруди двох видів. На ОС-І відбувається очищення забруднених промивних вод. На ОС-ІІ відбувається знешкодження концентрованих розчинів СВ. Після очищення концентровані стоки скидаються в каналізацію.
Рис. 61. Принципова схема очищення стічних вод, що включає знесолення
Очищення стоків гальванічних цехів на одному з підприємств проводять з поділом потоків на слабоконцентровані промивні води і відпрацьовані концентровані електроліти. Промивні води після очищення повертаються у ванни для промивання деталей, а відпрацьовані технологічні розчини після знешкодження скидаються в каналізацію.
При цьому для знешкодження СВ гальванічних цехів застосовують установку фірми „OXY Effluent Control” (Англія) продуктивністю 575 м3/год.
Установка виконує обробку трьох мета бісульфіт потоків промивної води:
1. Потік „А” – ціановмісні промивні води.
2. Потік „В” – промивні води з вмістом шестивалентного хрому і металовмісних солей.
3. Потік „С” – промивні води з вмістом кислот і лугів.
Промивні води з вмістом йонів Сr6+ і ціану обробляють окремо методом обміну і рециркуляції. Кожний з потоків („А” і „В”) направляється у відповідний прийомний резервуар, у якому встановлені два насоси (один робочий, один резервний). Цими насосами потоки перекачують в пісочні фільтри для видалення суспендованих твердих частинок. Кожен фільтр по черзі автоматично ізолюється від потоку і регенерується протиточним потоком чистої води, а потім продувається повітрям. Після проходження пісочних фільтрів потоки надходять у йоннообмінні колони. Йонообмінники встановлені парами – сильнокислий катіонообмінник і сильнолужний аніонообмінник. Такий пристрій спрощує систему керування. Для кожного потоку передбачена лінія з двох пар йонообмінників.
Обробка кислотних і лужних стоків (потік „С”) проводиться методом „керованої рециркуляції”, згідно з яким рекуперується стільки ж води, як і в йонообмінниках, але з меншими експлуатаційними витратами.
СВ надходять на ділянку одно – або багатократного промивання і після кислотної і лужної обробки направляються в ділянку нейтралізації, де автоматично регулюється величина рН до слаболужного середовища (для осадження розчинених гідроксидів металів). Ці гідроксиди осаджуються перед обробкою у відстійниках. Очищений розчин знову повертається на ділянки промивання. Для підтримки рівномірного рівня розчинених солей у рециркулюючому резервуарі в ділянки промивання додається трохи чистої води, а рівна кількість води автоматично відбирається з рециркуляції.
Концентровані розчини виходять з цеху трьома потоками:
Відпрацьовані розчини з вмістом ціану.
Відпрацьовані кислотні і лужні розчини.
Відпрацьовані розчини з вмістом хрому.
Ціановмісні розчини надходять в один з двох комбінованих резервуарів для прийому і періодичної обробки ціанідів. Використання двох ємкостей забезпечує час для хімічного розкладання ціану.
Хімічна обробка ціанідів полягає в окисненні їх хлором до хлористого ціану з наступним самоочищеним гідролізом до ціанату.
Відпрацьовані концентровані хромовмісні розчини надходять у прийомний резервуар, звідки безупинно їх перекачують в ємкість для подальшої обробки. Знешкодження хромових стоків проводиться внаслідок відновлення Сr6+ до Сr3+ натрій гідрогенсульфітом.
Після відновлення хроматів і розкладання ціанідів відпрацьовані технологічні розчини проходять етап осадження гідроксидів металів. У басейні виконується нейтралізація розчинів, що надходять, вапном чи лугом до слабколужного середовища. При лужних способах попередньої обробки додається кислота. Подача нейтралізуючих реагентів виконується автоматично дозуючими насосами і клапанами.
На заключній стадії обробки всі потоки змішуються в баку для остаточної нейтралізації. Повністю очищені концентрати, що скидаються в каналізацію, мають такий склад:
Рb2+ – 1,0 мг/л; Zn2+ -2,0 мг/л; Сu2+ -0,4 мг/л; Ni2+ -1,0 мг/л; Сr2+ - 0,1 мг/л; нафтопродукти -10,0 мг/л; Сr3+ - 2,7 мг/л; Sn2+ - 0,2 мг/л; при значенні рН = 7,0… 8,5.
Застосовуються також системи оборотного водопостачання гальванічного цеху з очищенням промивних вод на ОС-І методом електрокоагуляції. Якість СВ, що надходять на споруди електрохімічного очищення для забезпечення їх вторинного використання для технологічних потреб без додаткового очищення, повинна задовольняти такі показники: нікель – 10 мг/л, цинк – 15 мг/л, мідь – 7 мг/л, кадмій – 6 мг/л, хром – 100 мг/л. Сильноконцентровані розчини, кількість яких складає 5% від загальної кількості промивних вод, очищують на ОС-ІІ реагентним способом.
На одному з заводів Франції працює оборотна схема водопостачання гальванічного цеху. Схема включає поділ СВ на два потоки і їх роздільне очищення. Перший потік включає хромовмісні кислі СВ з витратою 150 м3/год. Дана категорія СВ непридатна до рециркуляції. Їх очищують натрій гідрогенсульфітом і скидають у каналізацію. Другий потік включає ціановмісні лужні СВ з витратою 30 м3/год. Для обробки другого потоку використовують йонітову двобатарейку.
В гальванічному виробництві якість води контролюється за такими показниками:
Таблиця 18
Показники якості води, які використовуються в гальванічному виробництві
| Показники якості води, інградієнти, мг/л | Допустиме значення показників якості і інградієнтів за категоріями | |||
| Технічна вода. Категорії | Особливо чиста вода | Ультра чиста вода | ||
| І | ІІ | |||
| Основні показники | ||||
| Мутність, мг/л | 5,0 | 1, 5 | 1,0 | 0,5 |
| Твердість, мг-екв/л | 7,0 | 2,0 | 0,35 | 0,01 |
| Окисність, мг/л | 5,0 | 3,0 | 1,0 | - |
| рН | 6-9 | 6-9 | 6-7 | 5,8-7,0 |
| Питомий електричний тиск, Мом∙см. | - | - | 2-3 | 5-10 |
| Ферум | 1,0 | 0,3 | 0,1 | - |
| Нітрати | 1,0 | 0,1 | ||
| Фосфати | 1,0 | Сліди | ||
| Амоніак | 5,0 | 1,0 | - |
продовження табл.18
| Залишковий хлор | 5,0 | 0,3 | 0,1 | - |
| Додаткові показники | ||||
| Колірність, градус | 2-5 | |||
| Нафтопродукти | 1,0 | 0,1 | сліди | - |
| Солевміст | ‹100 | 2-5 | ||
| Сульфати | 1-2 | |||
| Хлориди | 1-2 | |||
| Алюміній | 1,0 | 0,5 | 0,1 | Сліди |
| Флюор | 5,0 | 1,0 | 0,5 | Сліди |
| Купрум | 2,0 | 1,0 | 0,1 | - |
| Цинк | 2,0 | 1,0 | 0,1 | - |
| Ніколь | 2,0 | 1,0 | 0,1 | - |
| Хром(ІІІ) | 3,0 | 1,0 | 0,1 | - |
| Хром(VІ) | 1,0 | 0,1 | Сліди | - |
| Станум | 2,0 | 1,0 | 0,1 | - |
| Плюмбум | 1,0 | 0,1 | 0,03 | - |
Як правило, для постійного контролю за ходом технологічного процесу відбирають спеціальні проби, які відразу аналізують. Відбір проб з апаратів проводять через вентилі або спеціально установлені крани. Пробу речовини, що тече по трубопроводу, відбирають через пробовідбірний кран спеціальної конструкції, який з’єднаний декількома трубками, загнуті кінці яких отворами направлені назустріч текучій речовині. Трубки дозволяють відбирати проби з різних шарів речовини.
Практично всі показники можуть бути виявлені за допомогою таких сучасних нових електричних приладів:
- йономіри Еh;
- різноманітні електроди для визначення йонів металів;
- температурні вимірювачі.
Фотометр (DR-2800) – спеціалізований прилад для аналізу води в лабораторних та польових умовах. В ньому реалізується більше 200 методик для готових реагентів, вологозахист, автоматичний контроль правильності результатів. В пам'ять приладу закладено до 50 використовуваних методик та 500 результатів вимірювань.
Колориметр (Hanna) C-200 – настільний багатопараметровий колориметр. Дозволяє вимірювати до 36 параметрів. Великий зручний РН-дисплей видає результати аналізу в одиницях концентрації. Колориметр може працювати від батареї 9В, а також підключатись до комп’ютера через RS – 232 – порт.
Портативний рН/мВ/0С- метр НІ-8314. Забезпечує розширений діапазон вимірювання рН, мВ і температури з автоматичною термокомпенсацією. Укомплектований термодатчиком і комбінованим солевим електродом удосконаленої конструкції, що забезпечує високу точність і надійність вимірювань в усьому робочому діапазоні рН і температур.