вкр. Автомобильный транспорт в России является одним из крупнейших загрязнителей окружающей среды, который ежегодно выбрасывает около 15 млн
 Скачать 1.12 Mb.
|
|
4.3 Токсикологическая характеристика загрязнений сточных вод цехов гальванопокрытий Сточные воды гальванических производств относятся к наиболее токсичным отходам промышленных предприятий. Они содержат в своем составе различные виды органических и минеральных веществ: кислоты, щелочи, красители, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества), растворители, нефтепродукты, соли тяжелых металлов и щелочноземельных металлов и так далее. В соответствии с ГОСТ /1/ при нанесении гальванических покрытий используется около 400 наименований материалов. Основной объем сточных вод формируется в гальваническом производстве за счет промывных вод после операций подготовки и нанесения гальванических покрытий. Незначительная часть стоков (5 – 7 % от общего объема) формируется за счет опорожнения отработанных технологических растворов и электролитов. Сточные воды гальванических производств содержат в своем составе около 400 ингредиентов, как правило, характеризующихся высокой токсичностью, требующих глубокого обезвреживания на стадиях локальной межоперационной, внутрицеховой и общезаводской очистки. Сточные воды гальванопроизводств, являясь носителями токсических веществ, попадая в воду, воздух, почву, наносят непоправимый ущерб биосфере. Официальная статистика свидетельствует о взаимосвязи заболеваемости населения и уровня загрязненности окружающей среды солями тяжелых металлов, сложными органическими соединениями. Наличие тяжелых металлов в природных водоемах негативно влияет на флору и фауну, тормозит процессы самоочищения. Аккумуляция тяжелых металлов тканями растений и водными организмами может достигать значительной величины. Так, моллюски накапливают кадмий, медь, цинк, свинец, кобальт в 4-5 раз больше, чем их содержится в воде, Наибольшее накопление тяжелых металлов (в 210 раз больше) отмечено у хищных рыб [14]. Большинство тяжелых металлов, содержащихся в стоках гальванических производств, относятся ко второму или третьему классу опасности, в том числе: ртуть – 1, кадмий – 2, свинец – 2, мышьяк – 2, хром – 3, цинк – 3, никель – 3, медь – 3, марганец – 3, кобальт – 2. Степень токсического воздействия тяжелых металлов на экосистемы зависит не только от их концентрации, но и таких факторов, как: температура, активная реакция среды, солесодержание, наличие и соотношение других веществ. В водоемах с невысокой жесткостью токсическое действие металлов проявляется значительно сильнее. Аналогичная картина наблюдается с понижением рН и повышением температуры воды. По степени воздействия на экосистемы тяжелые металлы могут быть расположены в следующий ряд: Sn < Ag < Hg < Со < Ni < Pb < Cr < V < Cd Анализ токсикологических характеристик металлов показывает, что даже такое «малотоксичное» вещество, как железо, при его концентрации в воде больше 2 мг/л может привести к гибели рыб. Наличие в воде никеля вызывает у человека аллергические реакции, при определенных концентрациях соединения никеля обладают мутагенными свойствами. Кадмий в концентрациях даже 0,05 мг/л может вызывать гибель рыб. Все это свидетельствует о необходимости глубокой очистки сточных вод гальванических производств даже в случае их сброса в городскую канализацию для дальнейшей совместной биологической очистки с бытовыми стоками населенного пункта. 4.4 Требования к качеству воды, используемой для технологических целей В гальванических цехах вода используется для приготовления технологических растворов, промывки деталей, охлаждения оборудования. Для приготовления технологических растворов и промывки деталей, как правило, используется питьевая вода ГОСТ 2874-82 или из системы технического водопровода при соответствии показателей требованиям ГОСТ 9305-84. Основными лимитирующими показателями качества воды, используемой на промывках, являются сухой остаток, активная реакция среды, жесткость, взвешенные вещества, нефтепродукты, тяжелые металлы. Высокое значение концентрации взвешенных веществ, жесткости, сухого остатка приводит к некачественной промывке и ухудшению внешнего вида покрытий. 4.5 Общие положения реагентных методов очистки 4.5.1 Очистка кисло-щелочных сточных вод. В современной производственной практике это наиболее распространенные методы очистки. Сущность реагентной очистки заключается в переводе ионов тяжелых металлов, содержащихся в стоках, в нерастворимые гидроксидные формы при добавлении различных реагентов с последующим их выделением в виде осадков /4, 15/. Наиболее часто обработку сточных вод проводят щелочными реагентами (известь, едкий натр, сода, отходы ацетиленового производства и другие). При этом в зависимости от рН среды в процессе обработки образуются различные нерастворимые соединения тяжелых металлов. Так, при осаждении цинка из сульфатных растворов при рН 7,0 осаждается ZnSO4 • 3Zn(OH)2, при рН 8,8 ZnSO4 • 5Zn(OH)2, при рН 10 Zn(OH)2, а при рН 11 происходит растворение осадка с образованием цинкатов [Zn(OH)2]2-. Оптимальным для осаждения цинка является рН 8-9, для никеля - 10,5, меди - 9,0 и так далее. При совместном осаждении нескольких металлов при одной и той же величине рН могут быть достигнуты лучшие результаты, чем при осаждении каждого из металлов в отдельности. Это связано с образованием смешанных кристаллов и адсорбцией ионов металлов на поверхности твердой фазы. Гидравлическая крупность частиц, образующихся в процессе нейтрализации составляет 0,1 - 0,4 мм/с. Эффективность очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов может быть повышена путем их перевода в соединения с меньшим произведением растворимости. Значительно меньшими, чем гидроокиси, произведениями растворимости обладают гидроксокарбонаты тяжелых металлов. Они образуются при нейтрализации сточных вод содой или низкосортной известью. Осаждение основных карбонатов начинается при более низких значениях рН, чем соответствующих гидроокисей. Расход соды на осаждение выше, чем при использовании извести или едкого натра, так как при осаждении тяжелых металлов содой процесс идет через стадию образования гидрокарбонатов и для завершения реакции требуется избыток реагента. Выделение углекислого газа ведет к всплыванию части осадка и выносу его из отстойников. Эффективным является использование сульфида натрия. Произведения растворимости сульфидов тяжелых металлов значительно ниже, чем у соответствующих гидроксидов, поэтому осаждение сульфидов происходит в более широком диапазоне рН, например, сульфид цинка осаждается при рН 1,5, сульфиды никеля и кобальта – при рН 3,3. Повышение степени очистки сточных вод, прошедших реагентную обработку и осветление, возможно обработкой силикатом натрия дозой, в 5 – 30 раз превышающей стехиометрическое количество. После отделения силикатов тяжелых металлов и кремниевой кислоты очищенная вода может быть возвращена на повторное использование. В некоторых случаях рекомендуется последовательная обработка хлористым кальцием и содой. При этом происходит соосаждение карбонатов и гидроксокарбонатов тяжелых металлов и карбоната кальция. Образующийся осадок легко осаждается и легко обезвоживается. Одновременно происходит умягчение воды, что делает иногда возможным ее использование в системах оборотного водоснабжения. Для выделения из сточных вод взвешенных веществ гидроксидного характера в настоящее время применяются следующие методы: - гравитационное разделение; - разделение в центробежном поле; - фильтрование через зернистую загрузку или пористую перегородку; - флотация. Для эффективного удаления из сточных вод гидроксидов и гидрооксокарбонатов тяжелых металлов следует принимать во внимание специфические особенности суспензий - аморфность и низкую гравитационную крупность агрегатов твердой фазы. 4.5.2 Очистка хромсодержащих стоков. В настоящее время до 90 % общего количества хромсодержащих сточных вод обезвреживается реагентными методами. Это объясняется целым рядом экономических и технологических причин: - низкими капитальными затратами на реализацию процесса; - простотой эксплуатации сооружений; - возможностью эксплуатации в широком диапазоне колебании расхода сточных вод и концентрации шестивалентного хрома в воде; - низкой чувствительностью к загрязнениям, находящимся в сточных водах (взвешенные вещества, нефтепродукты, СПАВ и другие); - возможностью применения в качестве реагентов отходов различных производств. Сущность метода заключается в восстановлении шестивалентного хрома, обычно в кислой среде, до трехвалентного и его последующем осаждении в виде гидроокиси щелочными реагентами. Осаждение может производиться в отстойнике данной технологической линии или в отстойнике в смеси с общим кислотно-щелочным потоком. В настоящее время в связи с острой постановкой вопроса об утилизации осадков сточных вод целесообразно производить нейтрализацию хромсодержащих стоков отдельно. Это позволяет получить осадок с высоким содержанием хрома, обеспечивающим утилизацию, например, в металлургии, и исключает поступление хрома в основную массу шлама очистных сооружений, что делает возможным его использование в производстве стройматериалов и керамики. В качестве реагента-восстановителя обычно применяются сульфит, бисульфит, пиросульфит и тиосульфат натрия, сернокислое железо. Целесообразно использовать в качестве восстановителя отходы некоторых производств: - отработанные растворы травления стали (действующее вещество - соли двухвалентного железа); - отработанные растворы травления меди на основе хлорного железа (действующее вещество - двуххлорное железо); - сернистые растворы (действующее вещество - сульфиды, полисульфиды и сульфиты щелочных металлов); - отработанные сернистые газы и другие. Эффективное восстановление шестивалентного хрома большинством применяемых реагентов производится в кислой среде при рН 2-3. Для подкисления сточных вод чаще всего используется серная кислота. Для уменьшения расхода кислоты рекомендуется направлять в хромсодержащий поток промывные воды процессов кислотного травления, а также использовать в качестве реагента отработанные кислые травильные растворы. 5. Очистка производственных сточных вод на станции нейтрализации Образующие в процессе эксплуатации линии сточные воды должны быть предварительно подвергнуты регенерации, либо очистки, отработанные растворы-регенерации, либо обезвреживанию. После очистки и обезвреживания сточные воды и отработанные растворы подлежат сбросу в канализацию с концентрацией не превышающей ПДК по данному региону. 5.1.Общая характеристика производства Станция нейтрализации предназначена для обезвреживания и нейтрализации сточных вод, загрязненных кислотами, щелочами, солями тяжелых металлов и соединениями хрома. Установка для очистки указанных сточных вод запроектирована периодического действия с автоматическим управлением технологическими процессами в соответствии с указаниями СН118-68, СН173-61, рекомендациями ГПИ сантехпроекта, а также со схемами, утвержденными и рекомендованными к широкому внедрению министерством здравоохранения России. Установка позволяет производить очистку сточных вод гальванического производства от вредных примесей до предельно-допустимых концентраций. Производительность нейтрализационной станции 32 м3/час кислощелочных и 3 м 3/час хромосодержащих стоков /12/. 5.2 Технология процесса очистки сточных вод Сточные воды, поступающие на станцию нейтрализации, подразделяются на периодические и постоянные стоки. Периодические стоки – слив выработанных растворов гальванического производства. Постоянные стоки – промывные воды от гальванического производства. С выработанными растворами и промывными водами в канализацию попадают следующие ионы и соединения: Cr+6, SO4-2, Zn+2, Fe+3, Fe+2, (NO2)-1, (Cr2O7)-2, Cr+3, (CO3)-2, (SiO3)-2, (PO4)-3, нефтепродукты. Эти ионы и их соединения оказывают вредное воздействие на водоемы и вместе с этим на источники водоснабжения. Поэтому задачей очистных сооружений является улавливание нефтепродуктов, обезвреживание и осаждение отходов гальванического производства с доведением до предельно-допустимых концентраций вредных веществ в воде на выходе из процесса очистки. Химически загрязненные сточные воды – хромосодержащие и кислощелочные по двум раздельным канализационным сетям поступают в соответствующие приемные резервуары станции нейтрализации. Высококонцентрированные отработанные растворы от залповых сбросов рабочих ванн перекачиваются технологическим насосом в промежуточные емкости гальванического участка, откуда небольшими дозами по двадцать литров в час подаются в сеть промывных стоков. Обезвреживание хромосодержащих и кислощелочных стоков осуществляется реагентным методом в реакторах – монжусах представляющие собой геометрические вертикальные емкости, работающие под давлением. Хромосодержащие стоки из приемного резервуара насосом периодически закачиваются в реактор – монжус. После заполнения реактора – монжуса до заданного уровня подача стоков прекращается и в реактор подаются сначала серная кислота десяти процентной концентрации для предварительного подкисления стоков до рН 2,5-3, затем бисульфит натрия (из расчета четыре весовых части на одну весовую часть хрома) или железный купорос (из расчета семь весовых частей на одну весовую часть хрома) для восстановления находящегося в стоках шести валентного хрома в трех валентный. Сжатый воздух осуществляет перемешивание стоков с реагентами. Химизм процессов протекающих в реакторе – монжусе происходит по реакциям: 1) В случае применения бисульфита натрия: 2Na2Cr2O7 + 6NaHSO3 + 5H2SO4 = 2Cr2(SO4)3 + 5Na2SO4 + 8H2O (5.1) 4CrO3 + 6NaHSO3 + 3H2SO4 = 3Na2SO4 + 2Cr2 (SO4)3 + 6H2O (5.2) 2) В случае применения железа сернокислого закисного: Na2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 = 3Fe2 (SO4)3 + Na2SO4 + 7H2O + Cr2 (SO4)3 (5.3) 2CrO3 + 6FeSO4+ 6H2SO4 = Cr2 (SO4)3 + 3Fe2 (SO4)3 + 6H2O (5.4) Контроль концентрации хрома осуществляется с помощью датчика хромметра, а рН с помощью рН-метра. При концентрации хрома шестивалентного – 0,1 мг/л производиться подача раствора щелочи десяти процентного до рН 8,5 – 8,8. Затем отсекается выход воздуха через атмосферный узел, а сжатый воздух выдавливает обработанные стоки в регулирующий бак. Цикл обработки повторяется. Для обработки кислощелочных стоков в зависимости от начальной величины рН, в реактор подается раствор щелочи или серной кислоты для доведения рН до 8,5 – 8,8. При этом подача реагентов прекращается, отсекается выход воздуха через атмосферный узел, а поступающий воздух выдавливает обработанные стоки в регулирующий бак. Цикл обработки также повторяется. Общая продолжительность цикла обработки хромосодержащих стоков – 30 минут, включая время наполнения – 5 минут, контакта стоков с реагентами – 20 минут и опорожнение – 5 минут. Цикл обработки кислощелочных стоков –30 минут, включая время заполнения – 10 минут, контакта стоков с реагентами – 10 минут, опорожнение – 10 минут. Из регулирующего бака стоки самотеком поступают в вертикальный отстойник. Осветленные стоки из отстойника отводятся в бытовую канализацию цеха. Образующийся в отстойнике осадок по мере накопления вывозиться в места, отведенные санитарными органами. Растворы реагентов (бисульфит натрия или железный купорос, щелочь) приготавливаются в растворных баках. Перемешивание растворов производиться сжатым воздухом. Затем растворы перекачиваются насосами в расходные баки, откуда самотеком поступают в реакторы. Подача концентрированной серной кислоты из бутыля в мерник производиться путем создания вакуума в нем при помощи вакуум-насоса. Из мерника серная кислота в нужном количестве заливается в бак для приготовления десяти процентного водного раствора кислоты /12/. Таблица 5.1 – Концентрация веществ, поступающих на станцию нейтрализации
5.3 Характеристика сточных вод на выходе со станции нейтрализации Состав сточных вод после очистки должен соответствовать требованиям временных предельно-допустимых концентраций левобережных очистных сооружений и не превышать допустимых концентраций приведенных в таблице 5.2. Таблица 5.2 – Характеристика сточных вод на выходе со станции нейтрализации
|