ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Д. В. Павлов, канд. техн. наук, координатор проекта, ГК «Транснациональный Экологический проект»

П. Н. Кисиленко, канд. техн. наук, главный специалист, Технопарк РХТУ им. Д. И. Менделеева

В. А. Колесников, д-р техн. наук, профессор, ректор РХТУ им. Д. И. Менделеева

Право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию об ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного здоровью или имуществу гражданина экологическим правонарушением, гарантируется Конституцией РФ.

В условиях развивающегося промышленного производства в РФ чрезвычайно важным является поиск необходимого баланса между потребностями промышленности в сырье, энергии, размещении отходов производства и потребностями граждан. Последние включают не только экологически благоприятные условия проживания, но и рабочие места, достойную заработную плату, возможность обеспечить свое будущее и будущее своих детей [1].

Необходимость совершенствования технологии производства, дефицит водных ресурсов, повышение требований к степени очистки сточных вод поставили предприятия перед необходимостью решения задач по созданию бессточных и безотходных производств. Для решения этих задач необходимо соблюдение определенных принципов построения водного хозяйства, внедрение оборотных циклов водоснабжения и разработка принципиально новых технологических процессов и схем [2].

Специалистами Российского химико-технологического университета им. Д. И.Менделеева разработана и успешно внедряется совре-менная ресурсосберегающая система очистки сточных вод и оборотного водоснабжения гальванических производств, основанная на методах электрофлотации (ЭФ), механической фильтрации (МФ), сорбции (СФ) и промышленного обратного осмоса (ОО) (рис. 1). Совершенствование мембранных и флотационных технологий позволяет создавать компактное высокопроизводительное водоочистное оборудование с относительно низкими эксплуатационными затратами, а при необходимости наращивать производительность очистных сооружений (ОС) за счет модульности их исполнения [3–5].

Рисунок 1 (подробнее) Технологическая схема очистки сточных вод гальванического производства

Технико-экономические преимущества ОС, построенных на основе разработанной технологии:

• отсутствие эксплуатационных затрат на замену растворимых электродов по сравнению с электрокоагуляторами, отсутствие вторичного загрязнения воды ионами железа и/или алюминия благодаря применению нерастворимых электродов из титана либо ОРТА;
• отсутствие отстойников и, соответственно, малые занимаемые ОС площади;
• отсутствие эксплуатационных затрат на замену дорогостоящих ионообменных смол и приобретение реагентов для их регенерации; длительный срок службы конструкционных материалов: полипропилен до 50 лет, нерастворимые электроды ЭФ не менее 5 лет, керамические мембраны не менее 5 лет;
• относительно низкие энергозатраты благодаря низкому энергопотреблению основного водоочистного оборудования, а также применению векторных преобразователей частоты вращения асинхронных двигателей насосов;
• высокое качество очистки сточных вод сложного состава и, следовательно, снижение капитальных затрат на приобретение ОО установки для обессоливания воды при организации оборотного водоснабжения гальванического производства.

Описание схемы

В соответствии со схемой, кислотно-щелочные промывные воды поступают в усреднитель Е1, отработанные концентрированные кислотно-щелочные растворы электролитов поступают в усреднитель Е2. Отработанные концентрированные кислотно-щелочные растворы из Е2 дозируются в Е1 дозирующим насосом НД1. Из усреднителя Е1 сточные воды насосом Н1 подаются в реактор-флокулятор Р1. В реактор-флокулятор Р1 дозирующими насосами НД2 и НД3 дозируются рабочие растворы реагентов: едкий натр для поддержания pH-гидроксидообразования тяжелых металлов, анионный флокулянт для укрупнения дисперсной фазы и интенсификации процесса электрофлотации. Р1 устанавливается выше уровня электрофлотатора ЭФ для организации самотека жидкости. Из Р1 сточные воды поступают в ЭФ, где по описанному ниже механизму происходит извлечение дисперсных веществ. Из ЭФ осветленная вода самотеком поступает в промежуточную емкость Е3. Осветленная вода из Е3 насосом Н2 подается на комплекс автоматизированных механических фильтров МФ, где происходит финишная очистка воды от остаточного содержания дисперсных веществ. Из МФ очищенная вода под остаточным давлением поступает в накопитель Е4, сюда же дозирующим насосом НД4 дозируется рабочий раствор серной кислоты для нормализации pH.

Осветленная вода с нейтральным значением pH из Е4 насосом Н3 подается на сорбционный фильтр СФ с загрузкой активированного угля БАУ, где происходит финишная очистка воды от остаточного содержания растворимых органических соединений. Из СФ очищенная вода под остаточным давлением поступает в накопитель очищенной воды Е6.

Очищенная вода, соответствующая требованиям к подаче на установку промышленного обратного осмоса ОО, из Е6 поступает под давлением столба жидкости на установку ОО с целью обессоливания. При этом от 50 до 70?% обессоленного фильтрата поступает под остаточным давлением в накопитель обессоленной воды Е7, а от 30 до 50?% солесодержащего концентрата под остаточным давлением сбрасывается в дренаж (смешивается с хозяйственно-бытовыми сточными водами предприятия для нормализации солевого состава в соответствии с требованиями ПДК, затем сбрасывается в городскую канализацию).

Обессоленная вода, соответствующая 2-й категории по ГОСТ 9.314, из Е7 насосом Н4 подается на повторное использование в гальванических цех на операции промывки деталей и приготовления растворов электролитов.

Флотоконцентрат из ЭФ поступает в сборник осадка Е5, откуда диафрагменным пневматическим насосом подается на рамный фильтр-пресс для обезвоживания. Обезвоженный флотоконцентрат сдается на утилизацию региональным предприятиям по переработке твердых отходов.

Технология предусматривает предварительное обезвреживание хромсодержащих сточных вод в самостоятельной технологической цепочке (Е1.1, Е2.2, Р2, Д4), где в реакторе Р2 шестивалентный хром полностью восстанавливается до трехвалентного бисульфитом натрия в кислой среде. Затем обезвреженный хромсодержащий сток из Р2 поступает в Е1 для смешения с общим потоком сточных вод.

Основным технологическим узлом ОС является электрофлотатор с нерастворимыми электродами (рис. 2а). В ЭФ происходит выде-ление микропузырьков электролитических газов размером 20–70 мкм. Микропузырьки захватывают хлопья дисперсной фазы и поднимают их на поверхность воды, где последние накапливаются в пенном слое флотоконцентрата. Флотоконцентрат удаляется с поверхности воды автоматическим пеносборным устройством в накопитель для последующей подачи на фильтр-пресс. ЭФ обеспечивает извлечение не менее 96% дисперсных веществ от их исходного содержания.

Рисунок 2. Электрофлотатор (а) и механические фильтры ФОВ (б) на очистных сооружениях гальванического производства

Вспомогательным технологическим узлом ОС является комплекс автоматизированных механических фильтров ФОВ с загрузкой смеси фильтроматериалов различных фракций. Механические напорные фильтры (МФ) представляют собой вертикальный корпус из металла с гуммированной внутренней поверхностью и дренажно-распределительными системами из нержавеющей стали. МФ за-полнены гранулированными загрузками, как правило, это дробленый антрацит, керамзит, фильтроматериал AC и/или FC.

Фильтрация загрязненной воды производится сверху вниз. При этом крупные частицы дисперсных веществ задерживаются в порах между гранулами загрузки, а мелкие частицы – за счет различных эффектов, прежде всего электростатического, прилипают к частицам загрузки. Чем больше загрязнений задержано слоем загрузки, тем у? же становятся проходы для жидкости и тем более тонкая осуществляется очистка воды. МФ оборудованы пневматическими клапанами с автоматической системой управления (АСУ). В соответствии с настройками АСУ периодически производится обратная промывка МФ очищенной водой со сбросом загрязнений в Е1 и последующей доочисткой в ЭФ. Фильтрат МФ содержит растворимые соли, такие как Na₂SO₄, NaCl и NaNO₃ (при исходном наличии ионов NO₃–), и собирается в промежуточной емкости для корректировки pH перед сбросом в городскую канализацию либо подачей на ОО-установку. Для защиты ОО-мембран от растворимых органических загрязнений перед установкой ОО установлен сорбционный фильтр СФ.

Результаты применения

Представленная в статье современная ресурсосберегающая технология очистки сточных вод и оборотного водоснабжения успешно реализована на ОС гальванических цехов ОАО «Завод «Топаз» (г.?Москва), ФГУП «Арктика» (г. Северодвинск), ОАО «Северный пресс» (г. Санкт-Петербург), ОАО «Рубин» (г. Балашиха), ОАО «Октава» (г. Тула) и других промышленных предприятий. Среднеста-тистические результаты очистки сточных вод гальванических производств с применением электрофлотации, механической фильтрации и сорбции на активированнсом приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, технология обеспечивает глубокую очистку сточных вод от тяжелых металлов до уровня 0,04 мг/л и нефтепродуктов до 0,05 мг/л. Однако добиться остаточного содержания ионов меди и кадмия в очищенной воде менее 0,04 мг/л при использовании наилучших доступных технологий (НДТ) практически невозможно. Ситуация подтверждается многолетним опытом авторов статьи в сфере проведения экспертизы существующих ОС промышленных предприятий, строительства и эксплуатации новых ОС гальванических цехов на базе представленной системы и литературными данными [5–7]. При этом технология вакуумного выпаривания и создание на ее основе систем оборотного водоснабжения будет рентабельной в гальваническом производстве лишь при сокращении объема промывных вод в среднем до 30 л/м², при использовании ванн улавливания и многоступенчатых каскадных ванн промывки деталей [5, 8, 9].

В табл. 2. представлены данные о капитальных затратах на проектирование и строительство очистных сооружений гальванических производств, рассчитанные авторами, исходя из опыта строительства ОС с применением НДТ.

Внедрение на промышленных предприятиях представленной в статье технологии очистки сточных вод гальванических производств позволяет значительно снизить нагрузку на городские очистные сооружения и водные объекты и, соответственно, предотвратить загрязнение окружающей среды. Следовательно, возрастает рентабельность эксплуатации очистных сооружений и, соответственно, гальванических производств.

Литература

1. Бегак М. В., Гусева Т. В. Гармонизация экологических стандартов // Россия в окружающем мире. 2009. № 12.
2. Гогина Е. С., Гуринович А. Д., Урецкий Е. А. Ресурсосберегающие технологии промышленного водоснабжения и водоотведения: Справочное пособие. М., 2012.
3. Колесников В. А., Меньшутина Н. В. Анализ, проектирование технологий и оборудования для очистки сточных вод. М., 2005.
4. Родионов А. И., Кузнецов Ю. П. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов. М., 1985.
5. EIPPCB «Reference Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics», European IPPC Bureau, 2008.
6. Виноградов С. С., Кудрявцев В. Н. Обоснованность и необоснованность применения разных перечней ПДК для стоков гальванического производства // Водоснабжение и канализация. 2010. № 3.
7. Павлов Д. В., Колесников В. А. Очистка сточных вод различных производств с применением наилучших доступных технологий // Чистая вода: проблемы и решения. 2010. № 2–3.
8. Тулепбаев В. Б., Дьяченко И. О. Применение вакуумных выпаривателей для очистки сточных вод гальванического производства // Гальванотехника и обработка поверхности. 2008. № 1.
9. Павлов Д. В., Колесников В. А. Очистка сточных вод гальванического производства: новые решения // Водоснабжение и санитарная техника. 2012. № 6.