Разработка водооборотного цикла гальванического цеха ОАО «Электромашина»

РАЗРАБОТКА ВОДООБОРОТНОГО ЦИКЛА ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЦЕХА ОАО «ЭЛЕКТРОМАШИНА»

Содержание Введение

I. Литературный обзор

1. Технологии гальванических покрытий

1.1 Оборудование для нанесения гальванических покрытий

1.2 Подготовительные операции

1.3 Нанесение гальванических покрытий

1.4 Промывка изделий

2. Водное хозяйство гальванических производств

2.1 Общая характеристика систем водоснабжения и водоотведения

2.2 Классификация сточных вод гальванических производств

3. Экология гальванических производств

4. Усовершенствование гальванических производств

4.1 Замкнутые циклы гальванических производств

4.2 Вакуумная выпарная установка

5. Модернизация очистных сооружений гальванических производств

II. Собственные исследования

1. Характеристика гальванического цеха ОАО «Электоромашина»

1.1 Характеристика очистных сооружений

1.2 Технология обезвреживания сточных вод

2. Анализ эффективности работы очистных сооружений

2.1 Материалы и методы

2.2 Методика расчетов эффективности работы очистных сооружений

2.3Предлагаемая технологическая схема доочистки общезаводсткого стока Заключение Выводы Список использованной литературы

Введение

Гальваническое производство является одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды, главным образом поверхностных и подземных водоемов, ввиду образования большого объёма сточных вод, а также большого количества твердых отходов, особенно от реагентного способа обезвреживания сточных вод. [24]

В настоящее время около 80% машиностроительных предприятий имеют гальванические цехи, где производится 400 млн. м2 в год защитных, защитно — декоративных и специальных покрытий изделий. Гальваническое производство в машиностроении позволяет сэкономить от разрушающего действия коррозии тысячи тонн металла, гарантирует надежность изделий, улучшает товарный вид и расширяет сферу использования выпускаемой продукции. Соединения металлов, выносимые сточными водами гальванического производства, весьма вредно влияют на экосистему водоем-почва-растение-животный мир-человек.

Объем сточных вод очень велик из-за несовершенного способа промывки деталей, который требует большого расхода воды (до 2 м³ и более на 1 м² поверхности деталей). [8]

Современные темпы развития технологий обработки поверхности и нанесения гальванических покрытий далеко не всегда соответствуют развитию технологий очистки сточных вод. Применение явно устаревших технологий и оборудования часто создает помехи строительству очистных сооружений. [24]

Сточные воды гальванического стока содержат в своем составе различные виды органических и минеральных веществ: кислоты, щелочи, красители, СПАВ, нефтепродукты, соли тяжелых металлов и щелочноземельных металлов. Такие сточные воды должны подвергаться очистке перед сбросом в объекты окружающей среды. [8]

Наиболее распространенным методом обезвреживания гальваностоков является реагентный метод, в частности, осаждение металлов гидроксидом кальция, не обеспечивающий доведение содержания ионов тяжелых металлов в стоках до современных нормативов ПДК. Основным недостатком этого метода является образования большого количества шламов, содержащих токсичные вещества и соединения тяжелых металлов. [7]

Гальваническое производство характеризуется сбросом промывных сточных вод, отработанных растворов и электролитов, содержащих неорганические токсичные соединения. Большинство этих растворов чрезвычайно ядовито для растений, животных и людей. Высокотоксичные вещества, попадающие вместе с водой из гальванических стоков предприятий в биосферу, наносят непоправимый вред здоровью человека и окружающей среде. Кроме того, гальваническое производство расходует колоссальное количество воды, это значит что водные ресурсы расходуются крайне не рационально, в свою очередь это ведет к их сокращению. Поэтому будущее — не за «обезвреживанием», а за замкнутыми технологическими циклами с минимальным количеством жидких и твердых отходов и с минимальным расходом чистой воды.

Таким образом, очистка сточных вод гальванического производства и внедрение водооборотных циклов предприятий является актуальной проблемой.

Исходя из поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

1) Анализ и оценка эффективности очистки сточных вод гальванического цеха;

2) Сравнительная характеристика очищенных сточных вод производства гальванопокрытий с требуемыми нормативами воды, используемой на производстве;

3) Разработка технологической схемы доочистки сточных вод;

I. Литературный обзор

1. Технологии гальванических покрытий

В данной главе представлено описание современных технологий гальванических покрытий. Широкий спектр назначений покрытий определяет столь же широкое разнообразие специальных технологических процессов с обеспечения высокого качества покрытия, точности исполнения защитного слоя, гибкости основных операций за счет их технологической избыточности и автоматизации; эффективного использования материальных и энергетических ресурсов; экологической безопасности.

1.1. Оборудование для нанесения гальванических покрытий

Гальванический процесс состоит из ряда последовательно проводимых операций, включающих:

? механическую подготовку поверхности изделий (шлифование, полирование, галтовка);

? химическую или электрохимическую обработку поверхности изделий (обезвреживание, травление, активация, полирование);

? собственно операции нанесения покрытия;

? операции заключительной обработки покрытий (сушка, нейтрализация, пропитка, фосфатирование, осветление).

Важной составляющей процесса нанесения гальванических покрытий являются межоперационные промывки, цель которых при экономном расходе воды — удалить с поверхности изделий растворы и продукты от предыдущих операций. [14]

Нанесение покрытий на детали может осуществляться в стационарных, колокольных, полуавтоматических ваннах и автоматических линиях. Размещение деталей может производиться на подвесках, в барабанах, колоколах и корзинах.

Автоматические гальванические линии используются для нанесения покрытия на детали на подвесках, в барабанах, колоколах и корзинах. Производительность серийно выпускаемых автоматических линий составляет от 1−500 м2/час площади покрываемых деталей. Автоматические линии оборудуются приборами и датчиками, обеспечивающими автоматическое поддержание всех основных технологических параметров (продолжительность процесса, плотность тока, температура, состав и уровень электролита и другие). [14]

1.2 Подготовительные операции

Перед нанесением гальванических покрытий на металл его поверхность подвергают предварительной обработке для удаления загрязнений или устранения каких — либо дефектов поверхности.

Подготовка поверхности осуществляется с помощью механических, химических или электрохимических процессов. Это обезжиривание, снятие некачественных покрытий, декапирование, травление, матирование, полирование, активация. [1]

Обезжиривание поверхности

Обезжиривание позволяет удалить с поверхности детали загрязнения в виде жиров минерального, растительного или животного происхождения. Для этого используют химическое, электрохимическое обезжиривание, обезжиривание в ультразвуковом поле.

Процессы обезжиривания ведут при повышенной температуре растворов. Отработанные технологические ванны обезжиривания периодически сбрасывают в канализацию кислотно — щелочных сточных вод.

Травление

Травление металла позволяет удалить с его поверхности окисные или солевые пленки, образовавшиеся под влиянием внешней среды или в процессе обработки детали (термической, механической, химической). К группе растворов травления можно отнести также растворы декапирования, активации, пассирования, матирования, полирования, снятие покрытий, в которых накапливаются большие количества металла.

Отработанные технологические растворы травления также, как правило, сбрасывают в канализацию кислотно — щелочных сточных вод. [1]

1.3 Нанесение гальванических покрытий

Нанесение покрытий производиться для придания изделиям защитных, защитно-декоративных свойств, повышения твердости, износоустойчивости, жаропрочности, коррозийной стойкости и других.

Наиболее распространенными видами покрытий являются цинкование, никелирование, хромирование, меднение, кадмирование и другие. [18]

Для защитно — декоративной отделки металлических изделий в настоящее время применяется большое количество электрохимических покрытий. Постоянное повышение требований к качеству этих покрытий влечет за собой появление новых и новых технологических растворов.

В соответствии с существующим подходом к методам обработки сточных вод электролиты объединяют в три основные группы:

1. Хромсодержащие

В состав электролитов хромирования, кроме хромового ангидрида, входят в качестве катализаторов процесса сульфатсодержащие вещества: H2SO4, SrSO4, ZnSO4и другие. Дополнительно к ним часто вводят фторсодержащие компоненты: K2SiF6, Na2SiF6, KF и другие.

Использование электролитов на основе Cr3+представляется более предпочтительным, чем из растворов на основе Cr6+с точки зрения обезвреживания отработанных растворов.

2. Цианосодержащие

Электролиты для процессов цианистогомеднения, кадмирования, цинкования и других приготавливают из водных растворов простых и комплексных солей цианистоводородной кислоты — NaCN, KCN, Cu (CN)2, Cd (CN)2; солей тяжелых металлов — ZnO, ZnSO4, HgCl2и других.

3. Кислотно — щелочные

Состав кислотных и щелочных электролитов определяется видом наносимого покрытия — цинкования, никелирования, меднение, кадмирование, оловянирование и другие. Кроме основных металлов добавляются различные соли, кислоты, щелочи, блескообразующие и другие добавки. [20]

1.4 Промывка изделий

После каждой из подготовительных и основных технологических операций изделие подвергают промывке в холодной или горячей воде. Промывка изделий после каждой электролитной ванны способствует сохранению химического состава и чистоты раствора, применяемого в последующих по ходу обработки ваннах. Уменьшить количество промывных вод и сократить потери металлов можно за счет применения прогрессивных способов промывки.

Также, как и отработанные технологически растворы, промывные воды гальванопроизводств делят на хромированные, циансодержащие и кислотно — щелочные.

2. Водное хозяйство гальванических производств

Гальваническое производство характеризуется сбросом промывных сточных вод и отработавших растворов и электролитов, содержащих неорганические соединения. Большинство этих растворов чрезвычайно ядовито для растений, животных и людей.

Сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод вызывает опасность не только для обитателей водоемов и микроорганизмов, участвующих в процессах самоочищения водных экосистем, но и для микроорганизмов в биологических очистных установках. [21]

2.1 Общая характеристика систем водоснабжения и водоотведения

Водоснабжение гальванических цехов, как правило, осуществляется из городского водопровода или из водопровода технической воды. Вода, используемая для промывных операций, нормируется по содержанию растворенных и нерастворенных веществ: взвешенных веществ, рН, жесткости, сухого и прокаленного остатков сульфатов, хлоридов, тяжелых металлов и других показателей. [24]

Применение обессоленной воды повышает качество покрытий, увеличивает срок службы электролитов, позволяет осуществлять регенерацию и возврат вынесенных электролитов. Полный или частичный переход на промывку обессоленной воды экономически целесообразен при внедрении мероприятий по сокращению расхода воды на промывку и использование замкнутых локальных систем промывки — регенерации в отдельных технологических процессах.

В связи с внедрением доочистки сточных вод получают распространение замкнутые системы водоснабжения гальванических цехов, где до 70% воды возвращается на промывные операции. Практика показала экономическую и технологическую целесообразность этих систем. [16]

Основное количество стоков гальванических цехов поступает от промывки деталей после обезжиривания, травления, нанесения защитных и декоративных покрытий; периодического сброса отработанных концентрированных растворов.

Как правило, в цехах гальванопокрытий образуются следующие категории сточных вод: циансодержащие; хромсодержащие; кислые стоки от ванн предварительного травления изделий в кислотах, содержащие, кроме кислот, растворенные катионы тяжелых металлов и щелочные стоки от ванн обезжиривания. Иногда кислые и щелочные стоки объединяют в общий поток. [21]

Для отмывки щелочных растворов обезжиривания и травления применяется промывка горячей водой (50 — 60 °С).

Основное количество загрязнений поступает в сточные воды в результате выноса электролита на поверхности деталей и оснастки. Этот вынос составляет от 0,25 до 0,75 л электролита на 1 м² обрабатываемой поверхности.

В настоящее время до 85% обрабатываемых в гальванике деталей промывается путем окунания в стационарных ваннах. Такая промывка технически наиболее проста и пригодна для деталей различной сложности. Качество промывки характеризуется кратностью разбавления или критерием промывки (отношением концентрации загрязнений в вынесенном электролите к концентрации загрязнений в промывной ванне после промывки). Кратность разбавления зависит от чувствительности к загрязнению раствора следующей за промывкой технологической ванны.

2.2 Классификация сточных вод гальванических производств

В современном производстве используется широкая номенклатура технологических процессов, связанных с использованием воды и образованием загрязненных стоков, основная масса которых не может быть сброшена в городскую систему канализации или в водоем без предварительной очистки на локальных очистных сооружениях. [20]

Сгруппировав загрязнения по характерным признакам и специфическим способам их обезвреживания, сточные воды гальванопокрытий можно разделить на следующие потоки:

ь Кисло — щелочные, концентрированные и промывные (65 — 80%);

ь хромсодержащие (5 — 40%);

ь циансодержащие (5 — 10%);

ь фторсодержащие (3 — 5%).

Классификация сточных вод гальванических цехов по химическому составу загрязнений приведена в таблице 1. [8]

Таблица 1

Классификация сточных вод гальванических цехов по химическому составу загрязнений

По концентрации загрязнений сточные воды можно разделить на 3 категории:

1) Воды после промывки изделий в проточных ваннах. При обычной сменяемости воды в ванне промывки 0,5 — 2 объема в час концентрация загрязнений в сточной воде составляет 0,5 — 3% концентраций раствора технологической ванны;

2) Воды после промывки изделий в непроточных ваннах, каскадной промывки, растворы после регенерации ионообменных фильтров (регенераты) с концентрацией загрязнений от 1 до 20 мг/л;

3) Отработанные технологические растворы и электролиты с концентрацией растворенных веществ более 100г/л. [6]

3. Экология гальванических производств

Образующиеся сочные воды цехов гальванопокрытий содержат в своем составе различные органические и минеральные вещества: кислоты, щелочи, нефтепродукты, соли тяжелых металлов и щелочноземельных металлов. Они обладают токсическим, канцерогенным (вызывают злокачественные новообразования — As, Se, Zn, Pd, Cr, Be, Pb, Hg, Co, Ni, Ag, Pt.), мутагенным (могут вызвать изменения наследственности — ZnS), тератогенным (способны вызвать уродства у рождаю-щихся детей — Cd, Pb, As, Co, Al и Li) и аллергенным действием (соединения Cr6+).

Токсичные металлы в водоемах губительно действуют на флору и фауну и тормозят процессы самоочищения водоемов.

При использовании воды загрязненных водоёмов для орошения цветные металлы выносятся на поля и концентрируются в верхнем наиболее плодородном гумусосодержащем слое почвы, снижая азотфиксирующую способность почвы и урожайность сельскохозяйственных культур, и вызывают накопление металлов выше допустимых концентраций в кормах и других продуктах.

При одновременном присутствии в сточных водах гальванопроизводства нескольких вредных компонентов проявляется их совместное, комбинированное действие на организм человека, флору и фауну водоемов. Снижение отрицательного воздействия гальванического производства на окружающую среду достигается снижением экологической опасности применяемых растворов и электролитов, рационализацией водопотребления и повышением эффективности очистки сточных вод. Однако на реальном гальваническом производстве заменой компонентов применяемых электролитов на экологически более безопасные, а также за счет применения различных схем и режимов промывки можно резко изменить как состав, так и объем сточных вод, то есть стоки конкретного гальванического цеха не являются раз и навсегда заданными даже при условии неизменной производственной программе. А раз можно изменить объем и состав стоков, значит можно изменить требования, предъявляемые к очистному оборудованию. Следовательно, расширяется выбор и облегчается внедрение нового очистного оборудования, появляется более широкая возможность организации локальных систем очистки и существенно облегчается совершенствование работы существующих на предприятии станций очистки.

Таким образом, при проведении работ по снижению экологической опасности гальванопроизводства в первую очередь необходимо проанализировать номенклатуру применяемых растворов и электролитов и по возможности произвести замену токсичных растворов на менее токсичные либо снизить концентрацию токсичных компонентов в применяемых растворах. [22]

4. Усовершенствование гальванических производств

Охрана окружающей среды от загрязнения отходами гальванических производств заключается, прежде всего, в использовании более современных наукоемких технологий с локальной очисткой на различных стадиях технологических процессов, физико-химических методах контроля содержания и состава используемых реагентов. Большое значение приобретает конструирование автоматических линий с программным управлением и безотходными технологиями.

Для достижения качества изделий и воспроизводимости качества требуется контроль наиболее существенных параметров технологических стадий. С этой целью используются вычислительные системы (Total Quality Managements), рефлексионная спектроскопия (метод EDV с Online Surfage Quality Scanner), лазерные методы.

Основная стратегия в плане защиты окружающей среды заключается в переориентации гальванических производств с утилизации отходов на их регенерацию. Главным направлением становится создание замкнутых производств и циклов, а также использование природных источников сырья. К примеру, в установках фосфатирования можно применять дождевую воду, очищенную с помощью обратного осмоса. Имеются технологии очистки и использовании грунтовых вод, содержащих хлорированные углеводороды, путем фильтрации через фильтры.

Множество проблем охраны окружающей среды от загрязнений гальванических производств могут быть решены только комплексным подходом, в том числе законодательными актами и их исполнением. [26]

4.1 Замкнутые циклы гальванических производств Современные темпы развития технологий обработки поверхности и нанесения гальванических покрытий далеко не всегда соответствуют развитию технологий очистки сточных вод.

Технологическая схема замкнутой системы водоснабжения гальванического производства с применением комбинирования электрофлотации, микро-, ультрафильтрации, обратного осмоса и вакуумного выпаривания представлена на рис. 1. На первом этапе происходит извлечение дисперсных веществ в электрофлотаторе; на втором этапе происходит микро-, ультрафильтрационная очистка воды от остаточных взвешенных веществ и коллоидов перед подачей на установку обратного осмоса для обессоливания; на третьем этапе происходит упаривание солевого концентрата. Данное техническое решение позволяет получить две категории очищенной воды для повторного использования на операциях промывки деталей (2кат. по ГОСТ 9.314) и приготовления растворов электролитов (3 кат. по ГОСТ 9.314).

Предлагаемые технические решения характеризуются:

— высоким качеством очищенной — оборотной воды (в соответствии с ГОСТ 9.314);

— возможностью регулирования качества очистки воды (после микро-, ультрафильтрации и/или после обратного осмоса);

— сокращением водопотребления на 90−95%, отсутствием жидких отходов и платы за превышения ПДК сброса в водные объекты;

— малым количеством твердых отходов (влажность получаемого осадка после фильтрпресса составляет 70%, после выпарной установки 40%);

— низкими эксплуатационными затратами (срок службы нерастворимых электродов электрофлотатора-до 10 лет, срок службы мембран — до 5 лет);

— возможностью повышения мощности очистных сооружений за счет модульности исполнения;

— малыми занимаемыми площадями (10−12м2 площади/1 м3 очищаемой воды в час при двухъярусном размещении оборудования).

4.2 Вакуумная выпарная установка Выпаривание это процесс концентрирования жидких отходов методом частичного удаления растворителя (воды) испарением в процессе кипения. При выпаривании растворитель извлекается из объема раствора. Концентраты и твердые отходы, образующиеся при вакуумном выпаривании, гораздо дешевле и легче подвергаются последующей переработке, хранению и транспортировке.

Для солевого раствора, образующегося в процессе мембранного концентрирования на обратноосмотической установке, получаемый при выпаривании дистиллят не только удовлетворяет ГОСТ 6709 «Дистиллированная вода», но и чище водопроводной воды, что позволяет его повторно использовать как в промывных ваннах, так и для приготовления электролитов.

Таким образом, использование вакуумных выпарных аппаратов в комплексе с электро-флотаторами и мембранными установками позволяет создавать системы оборотного водоснабжения, в которых до 95% воды возвращается в технологический процесс. При этом значительно снижается плата за водопотребление и водоподготовку. Важно отметить, что при этом для очистки воды не требуется дополнительных химических реагентов.

Кроме того, получаемый в процессе выпаривания обезвоженный концентрат в 10−50 раз меньше исходного объема солевого раствора, что, соответственно, требует гораздо меньших затрат на его утилизацию.

Таким образом, создание полного водооборота не должно быть самоцелью, т.к. с точки зрения как экологической безопасности гальванического производства так и экономической целесообразности главной целью должны быть рационализация водопотребления и оптимизация системы очистки.

5. Модернизация очистных сооружений гальванических производств Ежегодно для промывки изделий в процессах нанесения гальванических покрытий расходуется не менее 650 106 м3 чистой воды. Ежегодно при промывке изделий из рабочих ванн выносится не менее 3300 т цинка, 2400 т никеля, 2500 т меди, десятки тысяч тонн других металлов, кислот и щелочей.

На сегодняшний день действующие очистные сооружения на большинстве гальванических производств далеко не идеальны и, точно, не эффективны с точки зрения экологии.

Более высокотехнологичной сегодня является схема очистных сооружений (рис.2) благодаря применению мембранных технологий на финишной стадии очистки.

Рис. 2 Технологическая схема очистных сооружений гальванического производства Е — накопительные емкости и усреднители;

Р — реактор-флокулятор;

Н — насосы;

Д/НД — система дозирования;

ЭФ — электрофлотационный модуль;

КФ — механический фильтр;

ФП — фильтр-пресс;

УФ — установка ультрафильтрации

Главные отличия данной схемы очистки сточных вод:

1. направленность на создание системы оборотного водоснабжения на следующем этапе модернизации очистных сооружений;

2. простота автоматизации и отсутствие возможности проскока следовых концентраций ионов тяжелых металлов при несвоевременной регенерации сорбционных фильтров;

3. более низкие эксплуатационные затраты благодаря отсутствию необходимости периодической замены дорогостоящих сорбентов, приобретения реагентов для их регенерации, длительному сроку службы мембранных элементов в установке ультрафильтрации.

II. Собственные исследования

1. Характеристика гальванического цеха ОАО «Электромашина»

Корпус гальванического цеха запущен в 1976 г. С общей площадью 14 520 м², в том числе производственной 4930 м².

Возможности гальванического (по металлическим покрытиям — 110 000 м2/год, по неметаллическим неорганическим покрытиям — 170 000м2/год) используется в настоящее время на 10%.

Цех располагает высокопроизводительными автоматизированным и механизированным оборудованием, а также поточными линиями для ручной обработки. Среди них:

1. Автоматические лини:

— кареточная овальная подвесочная автоматическая линия цинкования EUA 29/1;

— кареточная овальная барабанная автоматическая линия цинкования VTS- 4;

— автоматическая автооператорная линия анодирования TAR (S);

— автоматическая автооператорная линия цинкования на подвесках и в барабанах АЛГ — 85;

— автоматическая автооператорная линия химического окисного покрытия алюминиевых сплавов АЛХ — 25;

2. Механизированные линии:

— автооператорная механизированная линия лужения на подвесках и в барабанах МЛГ — 27;

— автооператорная механизированная линия оксидирования, фосфатирования стали МЛХ — 11;

— автооператорная механизированная линия травления черных металлов на подвесках и барабанах МЛХ — 10;

— автооператорная механизированная линия травления и пассивирования деталей из меди и её сплавов на подвесках и барабанах МЛХ — 9.

3. Одиннадцать поточных линий различного назначения.

Достаточно широко представлена номенклатура получаемых защитных, защитно — декоративных покрытий и покрытий специального назначения:

— цинковое;

— кадмиевое;

— никелевое;

— никелевое химическое;

— хромовое;

— медное;

— оловянное;

— олово — висмут;

— серебряное;

— анодно — оксидное;

— анодно — оксидное электроизоляционное;

— химическое окисное по стали;

— химическое окисное по алюминиевым сплавам;

— химическое пассивное по медным сплавам.

На данной базе возможно неограниченное количество сочетаний различных видов и толщин покрытий в зависимости от конкретных требований по условиям эксплуатации и назначения детали.

Перечень линий покрытий для выполнения технологических процессов в гальваническом цехе:

1. Поточная линия серебрения;

2. Поточная линия хромирования;

3. Поточная линия травления цветных металлов;

4. Механизированная линия лужения;

5. Механизированная линия химического оксидирования и фосфатирования стали;

6. Механизированная линия химического оксидирования алюминия;

7. Автоматическая линия электрохимического оксидирования алюминия;

8. Автоматическая линия цинкования на подвесках;

9. Автоматическая линия цинкования в барабане;

10. Поточная линия цинкования и кадмирования деталей;

11. Механизированная линия травления черных металлов.

Вода, используемая

1.1 Характеристика очистных сооружений

Производственные стоки от гальванического цеха, загрязненные кислотами, щелочами, хромом, цианом собираются в усреднительные емкости, расположенные в гальваническом цехе, и насосами перекачиваются в отдельно стоящее здание очистных сооружений на обезвреживание.

Таблица 2

Расход сточных вод по загрязнениям в соответствии с классификацией

Проектом предусмотрены следующие установки обезвреживания производственных стоков:

1. Установка по переводу Cr6+ в Cr3+;

2. Установка обезвреживания циансодержащих стоков;

3. Установка обезвреживания кислотно — щелочных стоков;

4. Реагентное хозяйство;

5. Отстойники;

6. Установка механического обезвоживания осадка.

1. Установка по переводу Cr6+ в Cr3+

Запроектирована установка непрерывного действия. Производительность установки 336 м3/сут. Содержание Cr6+ в стоках после усреднения 137 кг/сутки. Средняя концентрация Cr6+ в стоках 410 мг/л., pH стоков — 4.

После операции по снижению валентности хрома предусматривается перекачка стоков для совместной нейтрализации с кислотно — щелочными стоками в общем реакторе.

Цикл обработки хромсодержащих стоков состоит из следующих операций:

1. Хромсодержащие стоки поступают в усреднитель, который расположен в гальваническом цехе на отметке — 4,20 м;

2. Время усреднения хромсодержащих стоков принято 3,20 ч;

3. Усреднитель хромсодержащих стоков служит для выравнивания колебаний концентрации и расходов сточных вод;

4. Периодические высококонцентрированные хромсодержащие стоки намечено собирать в ванные — накопители размерами 1×3×1 м, рабочим объемом 2,7 м³, а затем равномерно перекачивать насосами в усреднительную емкость хромосодержащих стоков.

К установке приняты насосы — дозаторы производительностью 0,1 м3/час, напором 10 кгс/см2 с электродвигателем мощность 1,1 кВт.

Для перекачки усредненных хромсодержащих стоков в реакторы непрерывного действия, расположенные в здании очистных сооружений, предусмотрена установка насосов производительность 28,8 м3/час, напором 35 м, с электродвигателем мощностью 13 кВт, их которых один — рабочий, второй — резервный.

Резервуары — реакторы хромсодержащих стоков предусматривается оборудовать датчиками уровней, pH — метрами и хромоизмерителями.

К установке приняты два аппарата цельносварных с перемешиванием устройств из кислотостойкой стали, емкостью 12,5 м³.

В резервуар — реактор хромсодержащих стоков предусматривается ввод серной кислоты для подкисления стоков, т.к. восстановление Cr6+ до Cr3+ происходит только в кислой среде.

После снижения pH до 3 — 2,5 в сток вводится раствор бисульфита натрия для обезвреживания, т. е. восстановления Cr6+ до Cr3+.

При pH = 3 — 2,5 продолжительность реакции восстановления длятся 3 — 5 минут. Учитывая несовершенство средств перемешивания и возможные отклонения pH от оптимального значения, для полного завершения реакции обезвреживания продолжительность этого периода принимается 30 минут.

После обезвреживания хромсодержащие стоки поступают на дальнейшую обработку совместно с кислотно — щелочными стоками.

2. Установка обезвреживания циансодержащих стоков Запроектирована установка непрерывного действия. Производительность установки 14 м3/час, 299 м3/сутки. Ожидаемая концентрация циана в стоках 250 мг/л, щелочи в пересчете на NaOH — 120 мг/л.

После обезвреживания цианидов предусматривается перекачка стоков для совместной нейтрализации с кислотно — щелочными стоками.

Цикл обработки циансодержащих стоков состоит из следующих операций:

1. Циансодержащие стоки из гальванического цеха поступают в усреднитель, который расположен в корпусе на отметке — 4,20 м.;

2. Время усреднения циансодержащих стоков принято 3,2 часа;

3. Усреднитель циансодержащих стоков служит для выравнивания колебаний концентраций и расходов сточных вод.

Для перекачки усреднённых циансодержащих стоков в реакторы непрерывного действия, расположенные в здании очистных сооружений, предусмотрена установка насосов производительностью 28,8 м3/час, напором 35 м., с электродвигателем модностью 13 кВт, из которых один — рабочий, второй — резервный.

Резервуары — реакторы циансодержащих стоков предусматривается оборудование датчиками уровней, pH — метрами и цианоизмерителями.

К установке приняты 2 аппарата цельносварных с перемешивающим устройством из кислотостойкой стали, емкостью 12,5 м³.

В резервуар — реактор циансодержащих стоков предусматривается подача щелочного раствора для подщелачивания стоков, т.к. обезвреживание цианидов происходит только в щелочной среде.

При получении pH = 9 — 10 и даже 11 для обезвреживания цианидов в стоки вводится хлорная известь.

Реакция обезвреживания в щелочной среде происходит очень быстро, заканчивается в течение 3 — 5 минут.

Учитывая не совершенность средств перемешивания и возможные отклонения pH стока от оптимального значения (10 и выше), для завершения реакции обезвреживания предусматривается увеличение этого периода 20 — 25 минут.

После обезвреживания цианидов стоки поступают на дальнейшую обработку совместно с кислотно — щелочными стоками.

3. Установка обезвреживания кислотно — щелочных стоков Запроектирована установка непрерывного действия. Расчётная производительность установки 72 м3/час, 1728м3/сутки.

Совместно с кислотно — щелочными стоками должны проходить обработку стоки с содержанием Cr3+ и стоки после установки обезвреживания цианидов.

Цикл обработки кислотно — щелочных стоков состоит из следующих операций:

1. Кислотно — щелочные стоки поступают из цеха в усреднитель, который расположен в гальваническом цехе на отметке -4,20 м.;

2. Время усреднения кислотно — щелочных стоков принято 1,5 часа;

3. Усреднитель кислотно — щелочных стоков служит для выравнивания колебаний концентраций и расходов сточных вод.

Периодические высококонцентрированные кислые и щелочные стоки намечено собирать в раздельные ванны — накопители размерами 1×3×1 м, рабочим объемом 2,7 м³, а затем равномерно перекачивать насосами в усреднительную емкость кислотно — щелочных стоков.

К установке приняты насосы — дозаторы производительностью 0,1 м3/час, напором 10 кгс/см2 с электродвигателем мощностью 1,1 кВт.

Для перекачки усредненных кислотно-щелочных стоков в реактор непрерывного действия, расположенный в здании очистных сооружений, предусматривается установка насосов производительностью 65 м3/час, напором 37 м., с электродвигателем мощностью 40 кВт, из которых один — рабочий, второй — резервный.

В здании очистных сооружений проектируется камера реакции полезной емкостью 108 м³. Оборудованная электромешалками.

Запроектировано автоматически регулируемое введение реагента в зависимости от показаний pH — метра, установленного в реакторе.

Доза реагента должна быть назначена опытным путем в процессе эксплуатации. Ожидаемое содержание кислоты в усредненных стоках 530 мг/л.

Предусмотрен самотечный отвод стоков из камеры реакции в отстойник осаждения гидроокислов металлов.

4. Реагентное хозяйство

1) Для нейтрализации избытка кислоты после взаимной нейтрализации кислотно — щелочных стоков, необходимо кальцинированной соды 41 кг/час, 984 кг/сутки.

Товарного продукта необходимо 1082 кг/сутки. В пересчете на 10% водный раствор соды необходимо 10 820 л/сутки, 450 л/час.

К установке в помещении очистных сооружений принято 2 бака с электромешалками, емкостью 1000 л.

2) Для подкисления хромсодержащих стоков и доведения pH с 4 до 2, предусмотрена добавка серной кислоты с концентрацией 450 мг/л.

Потребное количество серной кислоты:

450 мг/л * 14 000 = 6,75 кг/час;

6,75 * 24 = 162 кг/сутки или 89 л/сутки;

75% раствора серной кислоты необходимо 118 л/сутки;

10% раствора серной кислоты необходимо 1180 л/сутки.

Для хранения товарного продукта серной кислоты к установке принят резервуар емкостью 2,5 м³. Для приготовления 10%-ного рабочего раствора серной кислоты принят один растворный бак емкостью 1000 л. с электромешалкой.

Для перекачивания концентрированного раствора кислоты из резервуара хранения товарной кислоты в бак для приготовления раствора установлены насос производительностью 6 м3/час, напором 20 м, с электродвигателем мощностью 2,8 кВт.

3) Для снижения валентности хрома принят реагент — бисульфат натрия. Доза бисульфата натрия принята 7 мг на 1 кг хрома.

Необходимое количество бисульфата натрия:

5,7 * 7 = 40 кг/час

40 * 24 = 960 кг/сутки.

Товарного продукта необходимо:

В качестве рабочего реагента принят водный раствор бисульфита с концентрацией 10%: 9600 л/сутки; 400 л/час.

Для хранения товарного продукта бисульфита натрия принят к установке резервуар емкостью 5 м³. Для приготовления 10%-ного рабочего раствора бисульфита натрия принят бак емкостью 1000 л с электромешалкой.

Для перекачивания раствора бисульфита из резервуара для хранения в растворный бак, принят насос производительностью 6 м3/час, напором 20 м., с электродвигателем мощностью 2,8 кВт.

4) Для обезвреживания циансодержащих стоков принят реагент — хлорная известь.

Доза активного хлора на 1 весовую часть циана составляет 5 весовых частей.

Необходимое количество активного хлора составляет:

3,5 кг/час * 5 = 17,5 кг/час

17,5 кг/час * 24 = 420 кг/сутки.

Товарного продукта хлорной извести необходимо:

В качестве рабочего реагента принят водный раствор хлорной извести с концентрацией 10%: 4200 л/сутки, 175 л/час.

Для хранения товарного продукта и приготовления рабочего раствора хлорной извести принята «Установка для приготовления хлорной извести», разработанная Сибгипромезом г. Новокузнецка.

Для приготовления 10%-ного рабочего раствора хлорной извести принято 2 бака емкостью 1000 л с электромешалками.

Для перекачивания раствора хлорной извести из резервуара для хранения в растворный бак принят насос производительностью 6 м3/час, напором 20 м., с электродвигателем мощностью 2,8 кВт.

5. Отстойники Расход стоков, поступающих в вертикальный отстойник 72 м3/час, 20 л/сек.

Восходящая скорость воды в отстойнике — 0,25 мм/сек. Необходимая рабочая площадь сечения отстойников:

Суммарная площадь сечения центральных труб при скорости в центральной трубе = 0,02 м/сек.:

Общая потребность площади сечения отстойников:

Fобщ. = 80 + 1 = 81 м²;

Для установки приняты два вертикальных отстойника, расход на один отстойник:

= 20/2 = 10 л/сек.;

Потребная площадь сечения одного отстойника:

F = 81/2 = 40, 5 м²;

Диаметр отстойника:

Диаметр центральной трубы:

Потребная площадь живого сечения при скорости входа воды в отстойник через зазор между нижним концом раструба и отражательным щитом = 0,012 м/сек.:

Высота зазора:

Глубина проточной части:

= 0,25 * 3600 * 2 = 1,8 м.

К установке приняты два отстойника диаметром 9 м. по типовому проекту 902−2-22, с диаметром центральной трубы 1200 мм, объемом отстойной части 764 м³, обеспечивающей время отстаивания 11 часов.

6. Установка обезвоживания осадка Осадок из отстойников через илонакопитель насосами подается в верхние резервуары, расположенные на отметке 9,20 цеха обезвоживания осадка.

Для подачи осадка принимаются к установке два насоса типа 2,5 НФ, производительностью 43 м3/час, напором 37 метров с электродвигателем мощностью 10 кВт, из которых один — рабочий, второй — резервный.

Резервуар оборудован мешалками. Из резервуаров по самотечному трубопроводу поступает в корыта вакуум — фильтров. Регулирование подачи осадка в верхние резервуары и корыта вакуум — фильтров, производится при помощи ручных задвижек.

При этом излишки должны переливаться в илонакопитель, из которого по мере его накопления насосами возвращаются в верхние резервуары.

В качестве фильтрующего материала применяется фильтр миткаль или фильтродиагональ, которые во избежание засорения при работе промываются водой через специальное устройство. Частота промывок устанавливается при эксплуатации.

Создание вакуума в зонах фильтрации и сушка осадка осуществляется вакуум — насосами через ресивер — ловушку.

Сжатый воздух для отдувки осадка подается воздуходувками. Обезвоженный осадок, снимаемый с фильтроткани при помощи сжатого воздуха и ножа, подается в бункеры.

Из бункеров осадок при помощи винтового контейнера выгружается в автомашины и вывозится за пределы цеха.

Вакуум — фильтры соединены с ресивер — ловушкой, которая, в свою очередь, соединена с вакуум — насосами.

При работе вакуум — насоса во всей системе создается разряжение, вследствие чего фильтрат проходит через фильтрующую перегородку вакуум — фильтра и собирается в ресивер — ловушке, из которой поступает в сеть дождевой канализации.

После окончания процесса обезвоживания осадка все технологическое оборудование и трубопроводы подвергаются промывке.

Для монтажа и ремонта оборудования в цехе предусмотрена кран — балка ручная передвижная с талью, грузоподъемностью 3,2 т., кошка с талью, грузоподъемностью 0,5 т.

Количество осадков в сутки 138 м³. Начальная влажность осадка — 98%. Общее количество сухого вещества

Нагрузка на 1 м² поверхности фильтра принята равной 10 кг/ч (по опытно экспериментальным данным). Потребная площадь фильтрации при работе фильтра 24 часа в сутки: = 18 м²;

Приняты к установке три барабанных вакуум — фильтра поверхностью фильтрации 5 м² каждый.

К ним 2 вакуум — насоса производительностью 12 м3/мин с электродвигателем мощностью 22 к Вт из расчета 0,8 м3/мин на 1 м² фильтрующей поверхности: 0,8 * 8 = 6,4 м3/мин., а также две воздуходувки производительностью 3,3 м3/мин., с электродвигателем мощностью 13 кВт. Из расчета 0,1 м3/мин воздуха на два вакуум — фильтра 0,1 * 8 = 0,8 м3/мин.

Ожидаемое количество фильтрата при влажности осадка 65%:

= 5,6 м3/час;

Ожидаемое количество осадка влажности 65%:

= 8 м³.

1.2 Технология обезвреживания сточных вод

Обезвреживание сточных вод в гальваническом цехе осуществляется реагентным методом. Реагентные методы очистки основаны на реакциях окисления, восстановления, нейтрализации, коагуляции, осаждения. В результате обработки стоков, токсичные вещества разрушаются с образованием новых малотоксичных соединений, которые выводятся вместе с осадком.

Схема обезвреживания сточных вод реагентным методом представлена на рис. 1

Для выравнивания концентрации в стоках установлены усреднители 1−4.

В усреднитель цианосодержащих сточных вод (1) поступают промывные воды после цианистого меднения, цинкования, кадмирования, амальгамирования, осадки ванн-уловителей;

В усреднитель хромосодержащих сточных вод (2) поступают промывные воды после хромирования, электрополирования, пассивирования, осадки из ванн-уловителей;

В усреднители кислотно-щелочных стоков (3) поступает промывная вода после ванн обезжиривания, активации, оксидирования, фосфатирования стали, никелирования, лужения, покрытия сплавом олово — висмут, анодирования (цвет красителя).

Отработанные концентрированные цианистые растворы (осадки с линии кадмирования, цинкования, автоматов) поступают в ванну — накопитель (4), из которой дозируются в усреднитель цианосодержащих сточных вод, при этом общая концентрация CN-, Na2S и NH+ в усреднителе не должно превышать 250 мг/л.

Отработанные концентрированные растворы из ванн пассивирования, хромирования, электрополирования поступают в ванну — накопитель (5), из которой дозируются в усреднитель хромосодержащих сточных вод, при этом общее содержание Cr6+| в усреднителе не должно превышать 400 мг/л.

Концентрированные растворы кислот с содержанием тяжелых металлов (отработанные растворы из ванн активации, снятия забракованного покрытия, растворы травильного отделения) поступают в ванну — накопитель (7), из которой дозируются в усреднитель кислотно — щелочных стоков. При этом pH воды в усреднителе должна быть не менее 6, а концентрация ионов Zn2+ в растворе не более 50 мг/л.

Концентрированные растворы щелочи (отработанные растворы оксидирования, травления алюминиевых сплавов) поступают в ванну — накопитель (7), из которой дозируются в усреднитель кислотно — щелочных стоков, при этом pH воды в усреднителе должно быть ~ 6−7.

Промывные воды из усреднителей перекачиваются насосами в смесители или реакторы:

хромосодержащие — в реактор периодического действия (9);

цианосодержащие — в реактор периодического действия (8);

кислотно — щелочные — в камеру реакции непрерывного действия (10).

По результатам химического анализа дозируют реагенты для нейтрализации. Перемешивание в реакторах хромосодержащих, цианосодержащих, кислотно — щелочных стоков осуществляется механическими мешалками.

Обезвреживание цианистых соединений производится за счет окисления их «активным хлором» в щелочной среде.

Реакции протекают согласно уравнениям:

2NaCN + Ca (OCl)2 2NaCNO + CaCl2

2CuCN + Ca (OCl)2 2CuCNO + CaCl2

Na2Zn (CN)4 + 2Ca (OCl)2 2CaCl2 + Zn (CNO)2 + 2NaCNO

Na2Cd (CN)4 + 2Ca (OCl)2 2CaCl2 + Cd (CNO)2 + 2NaCNO

Обезвреживание происходит в 2 стадии: сначала образуется хлорциан, который гидролизуется до цианата:

I. CN- +OCl- + H2O CNCl + 2OH

II. CNCl + 2OH CNO- + H2O

Скорость протекания второй реакции должно быть выше первой. Это условие достигается при pH более 8,5, поэтому обезвреживание производят при pH ~ 12. В качестве реагента применяется 3% по «активному» хлору раствор гипохлорита кальция, корректирование pH осуществляется 10%-ным раствором кальцинированной соды. Приготовленные растворы реагентов из баков (11,12) перекачиваются в дозаторы (13,14), откуда дозируются в реактор цианосодержащих сточных вод.

Расчет количества кальцинированной соды для подщелачивания сточной воды до pH = 12 и гипохлорита кальция для нейтрализации производится на основании данных химического анализа усредненной сточной воды, поступившей в реактор. Расчет количества кальцинированной соды производится по формуле:

0,4 — количество щелочи, необходимое для подщелачивания нейтральной среды до pH ~12, (г/л);

d — количество щелочи в сточной воде, установленное анализом и рассчитанное на NaOH, (г/л);

[Na2CO3] - концентрация раствора кальцинированной соды, (г/л).

Расчет количества гипохлорита кальция производится по формуле:

[HCN] - концентрация цианидов, (мг/л);

[Cl] - концентрация «активного» хлора, (мг/л);

V — объем сточной воды в реакторе, (л);

K — расходный коэффициент, равный 2 — 5, зависящий от концентрации вредных компонентов и учитывающий расход гипохлорита на побочные реакции.

После добавления раствора кальцинированной соды и гипохлорита кальция, нейтрализация сточной воды при постоянном перемешивании заканчивается через 20 — 30 минут.

Обезвреженная вода из реактора подвергается химическому анализу на содержание цианидов, остаточного хлора, щелочи. В случае наличия цианидов производится повторная обработка воды в реакторе, при этом расходный коэффициент принимают равным 2. Остаточный «активный» хлор не должен превышать 5 — 25 мг/л во избежание загазованности помещения хлором. В случае наличия «активного» хлора более 25 мг/л его избыток необходимо погасить по реакции:

Ca (OCl)2 + 2Na2SO3 CaCl2 + 2Na2SO4

В качестве реагента применяют сульфит натрия, допускается применять сернокислое железо.

Расчет сульфита натрия производится по формуле:

[Cl] - концентрация «активного» хлора, (мг/л);

V — объем сточной воды, (л);

[Na2SO3] - концентрация сульфита натрия, (мг/л);

K — расходный коэффициент.

При обезвреживании цианосодержащих сточных вод в качестве реагента допускается применять гипохлорит натрия, хлорную известь или марганцовокислый калий. При работе с перманганатом калия готовят 6%-ный раствор. Реакции протекают согласно уравнениям:

3CN- + 2MnO4- + H2O 3CNO- + 2MnO2 + 2OH;

3[Cu (CN)3]2- + 7MnO4 + 5H2O 9CNO- + 3Cu (OH)2 + 7MnO2 + 4OH;

Реакция заканчивается через час, расчет количества реагента производится по формуле:

[HCN] - концентрация цианидов, (мг/л);

V — объем сточной воды в реакторе, (л);

[KMnO4] - концентрация перманганата калия, (мг/л).

После обезвреживания сточная вода из реактора (8) перекачивается в камеру реакции (10).

Очистка хромсодержащих сточных вод Обезвреживание хромсодержащих сточных вод осуществляется восстановлением хрома шестивалентного в хром трехвалентный и осаждением трехвалентного хрома в виде нерастворимой гидроокиси. В качестве обезвреживающего реагента применяют железный купорос.

Реакции протекают согласно уравнениям:

А) в кислой среде

H2Cr2O7 + 6FeSO4 > Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 7H2O

Cr3+ + 3OH? > Cr (OH)3v

Б) в щелочной среде

H2CrO4 + 3FeSO4 + 4NaOH + 4H2O > Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 7H2O

Согласно этим уравнениям реакций на восстановление 1 гр. хрома шестивалентного требуется 8,8 гр. чистого железного купороса или 17,9 гр. товарного продукта (содержание железного купороса 49%).

Для полного восстановления хрома шестивалентного до хрома трехвалентного необходим значительный избыток реагента, величина которого зависит от начальной концентрации хрома шестивалентного в растворе и тем больше, чем меньше концентрация хрома.

Хромсодержащие сточные воды из хромистого усреднителя (2) перекачиваются насосом в хромистый реактор (9) очистных сооружений. Приготовленный раствор железного купороса из бака (18) перекачивается в дозатор (19), откуда дозируется в реактор хромсодержащих сточных вод.

Расчет количества железного купороса производится на основании данных химического анализа усредненной сточной воды, взятой из реактора. Вода подвергается анализу на содержание цианидов, хрома шестивалентного, определяется значение pH. При смешивании стоков в первую очередь производится обезвреживание цианидов с минимальным количеством остаточного «активного» хлора, а затем производится обезвреживание хромистых сточных вод железным купоросом.

Расчет количества раствора железного купороса производится по формуле:

[Cr6+] - концентрация хрома шестивалентного, (мг/л);

V — объем реактора, (м3);

K — расходный коэффициент, приведенный в таблице 3;

[Fe2+] - концентрация железа двухвалентного в растворе железного купороса, (г/л).

Таблица 3

Зависимость расходного коэффициента от содержания Cr6+

После введения рассчитанного количества реагента, реакция восстановления хрома шестивалентного до хрома трехвалентного заканчивается через 15 минут. Обезвреженная вода подвергается химическому анализу на наличие хрома шестивалентного, остаточного железа двухвалентного. При наличии железа двухвалентного в количестве 30 — 50 мг/л можно считать шестивалентный хром полностью восстановленным. Обезвреженную сточную воду перекачать насосом из хромистого реактора в камеру реакции (10). Не допускать одновременного сброса с обезвреженной сточной водой цианистого реактора.

Очистка кислотно-щелочных стоков Реагентная очистка кислотно-щелочных вод, содержащих соли тяжелых металлов, заключается в их обработке щелочными растворами. В качестве реагента применяют 5%-ный раствор известкового молока или 10%-ный раствор кальцинированной соды, при этом выделяются гидроокиси металлов.

Смешанные кислотно-щелочные, хромсодержащие (после восстановления трехвалентного хрома), циансодержащие (после окисления цианидов) и фторсодержащие (после осаждения фтора) стоки обрабатывают в камере реакции (10) щелочным реагентом до pH = 8 — 9.

При этом выделяется значительный объем гидроокиси:

Me2+ + 2OHЇ? Me (OH)2, где

Me2+? ион двухвалентного металла.

Контакт реагента со сточной водой в камере реакции должен составлять не менее 30 минут.

Вода в камере реакции периодически подвергается химическому анализу на наличие Cr6+, цианидов и pH.