Очистка сточных вод цеха порошкового покрытия. Общие сведения.

Окрасочная  промышленность всегда была объектом внимания организаций, ответственных за экологию, гальваническое и окрасочное  производство представляет потенциальную угрозу загрязнения окружающей среды технологическими растворами, сточными водами, разными химическими веществами и большим количеством токсичных отходов.

Сегодня уже существуют решения, позволяющие создать гальванотехнику и окраску без слива. Эти решения еще не получили широкого распространения, поскольку они не всегда оправданы с экономической точки зрения. На многих предприятиях Европы уже действуют установки, обеспечивающие экономию воды, регенерацию промывной воды и, следовательно, уменьшение отходов. Экономия воды, уменьшение объемов используемых химикатов, уменьшение отходов и перевозок позволят значительно сократить расходы предприятия.

После стандартной очистки очищенная вода, содержащая нейтральные соли, сбрасывается и становится отходом. Конечная цель применяемых природоохранных мер — это разработка замкнутых систем.

Сточные воды после методов химической обработки содержат нейтральные соли. После удаления солей воду можно применять для промывки. С технической точки зрения эта задача относительно простая, но процессы энергоемкие, к тому же возрастает общий объем твердых отходов.

Гораздо сложнее достичь обеих целей сразу, т.е. избежать сброса и уменьшить объем твердых отходов. Если было бы возможно полностью исключить отходы, была бы достигнута цель получения замкнутой системы.

Разработан новый способ и устройство для очистки сточных вод методом эвапорации. Способ предназначен преимущественно для очистки промышленных СВ, образующихся в частности в процессах электролиза, методом эвапорации, при этом конденсат возвращается в рецикл. Представлено несколько вариантов реализации, в основном варианте устройство имеет прямоугольный корпус, по диагонали разделенный мембраной, в нижней части которой находится желоб для отвода концентрата, по обе стороны мембраны находятся патрубки впуска и выпуска. С целью снижения температуры испарения в камере поддерживается вакуум. Представлены варианты двухступенчатой обработки СВ.

Одним из наиболее перспективных электрохимических методов является электрофлотация с использованием нерастворимых анодов. Перспективность применения электрофлотации связана с образованием при электролизе раствора высокодисперсных пузырьков газа (водорода и кислорода), равномерно распределяемых в объеме обрабатываемой жидкости. Газовые пузырьки поднимаясь вверх сталкиваются с дисперсными частицами загрязнений и флотируют их на поверхность раствора, образуя устойчивый пенный слой флотошлам. Сюда же выносятся отдельные растворимые примеси, физически адсорбирующиеся на дисперсных частицах.

Электрофлотация обеспечивает высокий эффект удаления из сточных вод загрязнений в виде взвесей, суспензий π эмульсий. Для интенсификации процесса и повышения степени очистки процессу электрофлотации, как правило, предшествуют нейтрализация кислых или щелочных компонентов, перевод ионов металлов в труднорастворимые соединения, т.е. образование твердой фазы, флокуляция и (или) коагуляция.

Электрофлотатор рН предназначен для очистки сточных вод и регенерации растворов, содержащих ионы металлов.

Электрокорректор рН выполняет одновременно четыре различные функции: 1) доведение рН сточной воды до необходимых величин;

2) газонасыщение раствора, необходимое для осуществления флотационного процесса;

3) частичное обессоливание воды вследствие миграции ионов через ионообменную мембрану;

4) очистка жидкости от дисперсной фазы, образование флотошлама и удале­ние его с поверхности раствора. Наиболее важной функцией является изменение кислотности обрабатываемого раствора до величины рН минимальной растворимости гидроксидов металлов.

Электрохимическое корректирование рН имеет существенные преимущества перед химическим. Кроме исключения ввода дефицитных реагентов, предотвращающих загрязнение воды ка­тионными и анионными остатками кислот и щелочей, преимуществом является также и то, что в результате электролиза изменяются многие физико-химические характеристики воды, обеспечивающие ее «активность». Такая вода обладает лучшими обезжиривающими свойствами, биологически активна и может использоваться по самому широкому назначению.

Аппарат работает в непрерывном режиме и обеспечивает извлечение из сточных вод ионов таких металлов, как Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Cr³⁺, Fе³⁺, Al³⁺, Sn²⁺ и других индивидуально пли в смеси в интервале исходных концентраций 20-300 мг/л, утилизацию металлов и возврат до 80%, очищенной воды на повторное использование в техноло­гический цикл. При очистке щелочных сточных вод и растворов регенерируется 80-85%, щелочи. Остаточная концентрация металлов в воде составляет 0,5-5 мг/л, что объясняется растворимостью гидроксидов. Эффект очистки составляет 90-95%, при продолжительности процесса 15-20 мин. Удельные энергозатраты составляют 3,5 кВт*ч /м3.

Для глубокой очистки сточных вод, содержащих неорганические и органические примеси, предназначен электрофлотаторфильтр. Удаление загрязнений из воды происходит за счет совмеще­ния процессов электрофлотации и сорбции. Электрофлотация позволяет удалять из воды примеси, находящиеся в эмульгированном и суспендированном виде, взвешенные вещества и коллоидные частицы, а фильтрование на активном угле - примеси, находящиеся в растворенном виде, например, органические вещества, ионы тяжелых металлов, а также снизить цветность обрабатываемых вод.

С целью повышения степени очистки и снижения содержания солей жесткости в очищаемую воду вводят раствор щелочного реагента, содержащий фосфат-ионы, что приводит к образованию нерастворимых соединений гидроксифосфатов металлов, растворимость которых меньше, чем растворимость соответствующих гидроксидов металлов. Ввод рабочего раствора реагента π π электрофлотатор осуществляется через патрубок.

Применение электрофлотатора-фильтра позволяет снизить жесткость воды до 0,05-0,1 мгэкв/л, содержание тяжелых металлов до 0,05-0,1 мг/л, органических примесей до 30-50 мг О₂/л. Очищенная вода может использоваться для охлаждения оборудования и в системах оборотного водоснабжения или может быть сброшена в рыбохозяйственные водоемы. Расход электроэнергии составляет 0,2-0,5 кВт*ч/м³, реагента 1-5 г/м³. Габаритные размеры установки 2100x1115x1500.

Таким образом, применение электрохимической технологии и оборудования при очистке сточных вод гальванических производств дают возможность варьировать степень очистки в зави­симости от исходного состава и требований к качеству очищенной воды, вида и дозы применяемых реагентов и позволяют решить одновременно несколько актуальных на сегодня проблем: сокраще­ние потребления свежей воды и, соответственно, объема сбрасываемых сточных вод; исключение загрязнения поверхностных водоемов токсичными веществами; уменьшение потерь химических реагентов.

НПК “Регенератор” предлагает бессточную систему малоотходной технологии с замкнутым циклом использования промывных вод гальванических процессов, основанную на использовании установки локальной очистки стоков с минерально-углеродным сорбентом - твердыми сферическими гранулами (не токсичными). Минерально-углеродный сорбент легко регенерируется с восстановлением первоначальных свойств, работает до полного физического износа (17 лет), обладает бифункциональными свойствами (катионита и анионита), сорбирует хром, медь, никель, цинк, свинец, олово, висмут, кадмий, серебро, золото. Минерально-углеродный сорбент работает только на деминерализованной или дистиллированной воде. Для процесса хромирования установка локальной очистки стоков работает без появления в стоках ионов хрома не менее одного года, затем необходимо провести регенерацию минерально-углеродного сорбента в течение 16 часов, для никелирования цикл между регенерациями 2 месяца. Устройство локальной очистки из трех фильтров емкостью 150 литров, высотой 1,8 м занимает площадь 0,3 м².

Предложен локальный электрохимический метод очистки промывных вод гальванического производства от ионов тяжелых металлов, без использования реагентов. Метод заключается в извлечении металла в виде гидроксида или губчатого металла в щелевом диафрагменном электрокоагуляторе с нерастворимыми анодами. Использование нерастворимых анодов позволяет получать осадки гидроксида металла моносостава. Метод обеспечивает высокую степень извлечения ионов тяжелых металлов.

Предлагается установка для очистки органосодержащих минерализованных сточных вод, характерных для химической промышленности. Установка, содержащая подогреватель, ступени мгновенного испарения, насосы и технологические трубопроводы, газовый контактный аппарат и адиабатный испаритель, последовательно установленные перед подогревателем, имеет газовый контактный аппарат с газовой горелкой, состоящей из полого кольца, на котором установлены суживающиеся сопла с криволинейными спиралевидными направляющими на внутренней поверхности, а на внутренней поверхности ступеней мгновенного испарения предусмотрены винтообразные канавки.

Для извлечения шестивалентного хрома из промывных вод хроматной пассивации предложена двухэтапная комбинированная схема очистки с утилизацией ионов металла. Технологической основой схемы является ионный обмен с электрохимической обработкой хромовых элюатов. В результате исследования анионного обмена при извлечении хрома из промывных вод в качестве оптимальных установлены следующие параметры: концентрация хрома (IV) в водах 2,0 г/л при скорости их пропускания не более 2 м/ч; регенерация ионита 20-ным раствором едкого натра при скорости его пропускания 1 м/ч до степени извлечения 70%. Это позволяет получать элюаты с концентрацией хрома до 20 г/л и подвергать их электрохимической обработке с выделением оксида хрома (Ш) и последующим его использованием при изготовлением шлифовально-полировальных паст.

Электролиз. Для очистки сточной воды, загрязненной ионами металлов, можно применять электролиз, при этом происходит разряд ионов ме­таллов на катоде и образование металлического осадка. Если в растворе концентрация ионов металлов велика, для их осаждения потребуется большой расход энергии. С другой стороны, когда содержание металлов в  сточной воде небольшое, эффективность очистки электролизом уменьшается. Большое количество электроэнергии расходуется на выделение водорода. В том случае, когда содержание металла недостаточно  для его осаждения при помощи электролиза с приемлемым выходом по току,  можно проводить  концентрирование раствора  при помощи ионного обмена. Однако, с точки зрения обеспечения низких остаточных концентраций в стоках ионов металлов, электролиз не является лучшим методом. По сравнению с обычными методами осаждения гидроксидов металлов преимущество электролиза в том, что по­лучают «чистый» металл. После переплавки, или используя катод после электролиза в качестве анода в технологической ванне, металл можно вернуть обратно в систему. Таким образом, электролиз может быть дополнительным средством при использовании других методов очистки сточных вод.

Диализ. В процессе диализа ионоселективные мембраны и осмотическое давление применяются для извлечения металлов из водных растворов. Этот метод применяется главным образом для регенерации растворов травления. Раствор травления с высоким содержанием металлов при помощи насоса подается в установку диализа. После обработки получают кислоту с низким содержанием металлов, которую можно возвращать обратно в ванну травления, и водный раствор, содержащий соли металлов. Чем выше начальное содержание металлов в растворе травления, тем выше эффективность диализной установки.

Электродиализ. Процесс заключается в селективном переносе ионов (катионов или анионов) под действием электрического поля через катионные и анионные мембраны. Катионные мембраны имеют отрицательный заряд и пропускают все ионы с положительным зарядом. В результате этого в одних растворах концентрация ионов возрастет, а в других будет наблюдаться их уменьшение.

Обратный осмос. Обратный осмос - это один из мембранных методов. В этом методе применяется очень малопроницаемая мембрана (величина пор меньше 0,001 мм), а также самые плотные фильтры. «Отсечка» мембран обратного осмоса - меньше 500. Это означает, что должно применяться высокое рабочее давление - от 20 до 80 бар. Мембраны в методе обратного осмоса отделяют вещества величиной меньше 0,001 мм. Они применяются для опреснения морской воды и извлечения ионов металлов из растворов.

Для улавливания органических загрязнений применяют методы фильтрования.

Фильтрование через активированный уголь. Активированный уголь - это неполярный адсорбент, способный удерживать на своей поверхности (адсорбировать) нейтральные молекулы. Удельная поверхность активированного угля - от 300 до 3000 м²/г в зависимости от исходного материала и процесса производства. Чаще всего удельная поверхность активированного угля составляет примерно 1000 м²/г, а величина пор от 30 до 150 Е. Теоретически поверхность угля должна быть неполярной. Однако, в процессе самоокисления кислород прилипает к поверхности. Слой оксида, состоящий из разных комплексов моноксида углерода делает поверхность до некоторой степени полярной. Это нельзя считать недостатком, так как большинство органических соединений также до определенной степени полярны. Изменения в процессе производства угля соответственно меняют полярность поверхности углерода. Последующая обработка угля, например, кислотой или его импрегнирование также создают полярность. Таким образом, адсорбционную способность углерода можно регулировать, изменяя полярность его поверхности, на которой в большей или меньшей степени адсорбируются определенные типы соединений.

Активированный уголь чаще всего применяют для обработки сточных вод с низким содержанием загрязнений, например органических соединений. Активированный уголь может адсорбировать определенные металлы.

Предлагается метод обработки органических веществ в сточных водах через фильтры, содержащие активированный уголь, перед подачей стоков на ионообменные установки с тем, чтобы защитить анионные колонки от загрязнения, «нежелательными» ионами. Для разрушения органических веществ чаще всего применяется перекись водорода (Н₂О₂) или комбинированная обработка ультрафиолетовыми лучами и озоном (О₃).

Мембранный фильтр. Мембранное фильтрование заключается в пропускании раствора под давлением через мембранный фильтр. Низкомолекулярная фракция проходит через мембрану. Она называется «пермеатом». Высокомолекулярные растворы и/или частицы собираются в концентрате. Отделяющая способность мембраны называется «отсечка». «Отсечка» - это молекулярный вес самой маленькой молекулы, задерживаемой мембраной. Реальная «отсечка» часто отличается от той, которая устанавливается в идеальных условиях.