Система очистки сточных вод в установках анодирования и преданодирования

Эффективный и экономичный проект системы очистки сточных вод основывается на точных и подробных сведениях о следующих факторах.Из чего состоят отходы?Каковы установленные местными властями ограничения на сброс а) в канализацию, б) в местную реку или водосток? Каковы варианты обработки? Принимают ли местные органы твёрдые отходы, и в каком виде; если нет, то где расположена ближайшая санкционированная свалка? Как будет производиться транспортировка и каковы будут сборы за сброс твердых отходов? Могут ли твердые отходы вырабатываться в более практичных и, возможно, пригодных к продаже (товарных) формах? Какие ограничения требуемое покрытие накладывает на выбор технологий предварительной обработки и анодирования?

После того, как все указанное установлено, появляется возможность взглянуть на различные варианты обработки отходов и сравнить их экономичность. Поставить установку за самую дешевую цену не всегда может означать так же дешево ее эксплуатировать.Стоки преимущественно будут состоять из промывочной воды, содержащей ионы алюминия, натрия и сульфата. Кроме того они могут включать некоторые количества ионов кобальта, никеля или олова, равно как и малые доли фтора, связывающих соединений (пассиваторов), нитратов, фосфатов, ионов аммония, уксуснокислых ионов, углекислых солей, борной кислоты, винной кислоты, магния, железа, кремния, меди, марганца, цинка. Вид и количество загрязняющих веществ будет зависеть от применяемых технологических процессов, уноса из этих процессов, от состава обрабатываемых алюминиевых сплавов.

Промывочные воды будут кислыми, щелочными или нейтральными в зависимости от процессов, от которых будет происходить унос. Нейтрализация таких промывочных вод будет иметь результатом выпадение большинства металлов в осадок, преобладать при этом будет алюминий. Эти осажденные гидроокиси могут быть отделены от промывочной воды и в последующем уплотнены (осушены).

Имеется три основных варианта, которые могут применяться для обработки стоков от процесса анодирования, а именно:

1.Нейтрализация (обезвреживание) промывочной воды и периодическое частичное сливание загрязненных технологических растворов. Нейтрализованная промывочная вода может сбрасываться в канализацию, а отработавшие технологические растворы могут в цистернах увозиться уполномоченной компанией-исполнителем по утилизации отходов. Объем технологического раствора, который должен будет сливаться, будет зависеть от максимального уровня загрязнения, который допустим для раствора, а также от скорости накопления загрязняющих веществ.

Это самый простой вариант, но вполне возможно он не будет соответствовать современному экологическому законодательству. В зависимости от допустимых объемов сброса промывочной воды и ограничений на количество взвешенных твёрдых частиц в очищенных сточных водах применение долговечных травильных составов по этому варианту может состояться, а может и нет.

2.Альтернативой является использование долговечного травильного состава (постоянное сливание за счет уноса) и постоянный слив других технологических растворов в промывочный сток для регулирования уровня загрязнения каждого из них. Такой путь в сочетании с обезвреживанием промывочных вод с последующим осаждением и уплотнением твердого вещества является весьма распространенной процедурой. Обработанная промывочная вода обычно сбрасывается в канализацию или водосток, а твердые вещества, в виде фильтрационных лепешек, состоящих большей частью из гидроксида алюминия, вывозятся на санкционированное место свалки. В некоторых случаях для указанного твердого вещества может найтись применение, как, к примеру, производство низкосортного сульфата алюминия.

3.Теперь можно рассмотреть вариант традиционной нейтрализации промывочной воды в сочетании с восстановлением многих технологических растворов. Процессы восстановления или регенерации были разработаны для травильных растворов на основе гидроокиси натрия, а также для составов для анодирования на серной и фосфорной кислоте. Растворы обрабатываются с удалением алюминиевого загрязнителя, а гидроокись натрия или кислота соответственно возвращаются в технологическую ванну. Аналогичным образом могут восстанавливаться Ni или Со в случае электролитов для электрохимического окрашивания. Это достигается путем удалением ионов из фазы промывки, следующей за процессом, и возвращением их в окрашивающий электролит.

Последний вариант позволяет поддерживать концентрации алюминия в травильных и анодирующих растворах на постоянном и сравнительно низком уровне. Это снижает количество алюминия, уносимого в промывочную воду, и соответственно содержание твердого вещества в обработанных промывочных водах. Такой подход дает в результате значительное снижение в объемах оборудования для нейтрализации, осаждения и фильтрации, необходимого для обработки промывочных стоков. Однако он не отменяет дополнительные расходы на системы восстановления, которые влекут значительные капитальные вложения.

Часто встречаются несколько фаз промывки между одной стадией процесса и следующей его стадией. В таких случаях нормальной практикой является применение противоточного промывания с целью сбережения воды.

Когда применяется органический окрашивающий раствор, обычно последующую промывочную воду пропускают через угольный фильтр, чтобы удалить пигмент из стоков.

Правильным методом является отделение потока кислой промывочной воды от потока щелочной до попадания их в смесительный резервуар установки очистки. Когда кислые и щелочные промывочные потоки до смешивания собираются по разным накопительным емкостям, эти емкости служат буферными сосудами, предотвращая излишние выбросы кислых или щелочных вод в фазу смешивания в системе очистки. Это сводит к минимуму колебания рН в смесительном резервуаре и избыточный расход свежей кислоты или щелочи для выравнивания этих перепадов уровня рН.

Выбор технологических растворов будет влиять на функциональное протекание стадий травления и анодирования, а также на структуру системы очистки сточных вод.

В общем, чем больше систем восстановления задействовано, тем меньше объем системы очистки стоков. Каждая технологическая фаза может быть рассмотрена отдельно.

Самой распространенной системой травления является раствор «без сброса» или «длительной долговечности», содержание алюминия в котором стабилизируется уносом. Отношение алюминия к свободной гидроокиси натрия должно контролироваться, чтобы поддерживать уровень раствора.

Применение статической промывки после травления в долгоживущем растворе с целью пополнить потери на испарение из раствора может увеличить содержание алюминия до концентрации более высокой, нежели может получиться в простой «долговечной» системе. Более высокое содержание алюминия, а также добавки, требующиеся для удержания алюминия в растворе, дают качественное матовое покрытие с меньшим изъятием металла. В результате снизится уровень твердого вещества в стоке.

Принцип регенерации основан на процессе Байера. Он включает рециркуляцию травильного раствора между травильной ванной и кристаллизатором, где большая доля растворенного алюминия осаждается, путем затравливания, в виде оксида тригидрата. Осадок можно легко обезводить, приведя содержание влаги к уровню ниже 10%.

Полезные результаты от применения такой системы регенерации следующие:

-Снижение расходования гидроокиси натрия в расчете на квадратный метр обрабатываемой поверхности.

-Меньшая потребность в кислоте для нейтрализации щелочной промывочной воды.

-Сокращение объема получаемых из отложений промывочной воды фильтрационных лепешек и отсюда снижение расходов на утилизацию отходов.

-Потенциально пригодный для продажи побочный продукт.

Типичные публикуемые составы при процессе регенерации гидроокиси натрия:

Технологический поток

Травильный раствор            - NaOH г/л -50, Al ⁺⁺⁺ - 30

Восстановленный травитель - NaOH г/л -60, Al ⁺⁺⁺ - 30

Побочный продукт может быть товарным (продаваемым) в зависимости от местного спроса на низкокачественный гидроксид алюминия.

Окрашивание

Имеются также системы для восстановления кобальта и никеля из фазы промывки после электролитического окрашивания, которые позволяют возвращать восстановленные соли в рабочий раствор. Экономичность таких систем в большой степени зависима от стоимости солей никеля и кобальта, применяемых в электролите. В некоторых случаях местные лимиты на сброс промывочных вод могут быть столь жесткими, что для обеспечения соответствия им применение модуля восстановления металла станет необходимостью. Методы, применяемые для восстановления электролитических окрашивающих растворов из фазы промывки после окрашивания обычно основаны на ионном обмене возвратно-поступательного потока или на обратном осмосе.

Хорошо контролируемая система восстановления сократит расход кобальта или никеля на объем около 75%. Восстановление солей олова путем указанных процессов было менее успешным вследствие состояния двойной валентности у этого металла.

Закрепление

Конечной стадией (фазой) процесса анодирования является закрепление анодной пленки. Это может проделываться с использованием кипящей деионизированной воды, или же холодным импрегнированием (пропиткой) никелем из раствора соли металла при температуре от 20 до 25 ^оС.

Сбрасывание горячих закрепляющих растворов с их загрязненностью сульфатом

(~500 ppm/ частей на тысячу) или алюминием (~10 ppm) обычно не представляет затруднений при том условии, что раствор охлажден перед сливом в систему обработки промывочных вод. Там где сброс больших объемов сточных вод имеет ограничения, загрязненность закрепителя может регулироваться постоянным выпусканием установленных количеств стоков, содержащих раствор.

В случае холодного закрепления растворы относительно стабильны и обычно не требуют сбрасывания. Однако, если возникнет необходимость сброса такого раствора, потребуется произвести обработку присутствующих ионов никеля и фторида на соответствие местным нормам. Возможным методом обработки может послужить нейтрализация известью (гидроокисью кальция).

Обезвреживание промывочной воды

Применяется ли постоянное сбрасывание или же используются системы регенерации, всегда будет иметься унос из рабочих растворов в последующие фазы промывки. Большинство загрязняющих веществ в промывочных водах осаждаются при нейтрализации, но некоторые, такие как Na⁺ и SO^-₄, остаются в растворах. Содержание сульфатов может быть снижено до около 2000 ppm путем нейтрализации гидроокисью кальция, но уменьшение ниже этого уровня потребует ионного обмена или применения дорогостоящих солей бария. Даже при ионном обмене побочный продукт регенерации все же потребует определенной заботы.

Осаждение

Нейтрализация промывочной воды с последующим осаждением и консолидацией (уплотнением) гидроокисей металлов представляет собой важную часть технологии. Применение флокулянтов (хлопьеобразующих агентов) для улучшения осаждения и повышения скорости оседания является отдельной научной областью, и рассмотрение этой темы не входит в рамки данной Главы.

После нейтрализации промывочная вода обрабатывается флокулирующим агентом для содействия осаждению, и обычно для оседания используется специально сконструированный осадочный резервуар (бак). Обрабатываемая вода с верхов осадочного бака проходит в конечный бак для проверки и регулирования рН (при необходимости) перед сбросом в канализацию или водосток. Если требуется, вода может получить конечную фильтрацию путем пропускания через песчаный фильтр. Шлам забирается со дна осадочного резервуара для дальнейшего уплотнения.

Уплотнение шлама

Для уплотнения шлама из осадочного бака существует несколько методик. Самой распространенной и, вероятно, самой эффективной является применение листового фильтра-пресса. Листовой фильтр-пресс в общем будет давать самую обезвоженную лепешку (от 20 до 30% твердого вещества). Фильтры являются частью группового процесса с такой последовательностью: фильтр, воздушная сушка, прокаливание, срезание лепешки.

Емкость осадочного бака или бака накопления шлама, следовательно, должна быть достаточно большой, чтобы вмещать циклические подполнения шлама, ожидающего фильтрации.

Альтернативами листовому фильтру-прессу являются центробежная сепарация (разделение центрифугированием), экстракция жидкости под давлением с применением принципа архимедова винта, или вращающийся вакуумный фильтр. Все три метода в теории являются непрерывными процессами. Тем не менее, в них всех задействованы вращающиеся части, а отложения в шламе весьма абразивного свойства. Опыт применения такого оборудования показал, что простои на обслуживание оказались большими, чем ожидалось. Содержание твердого вещества в уплотненном шламе гораздо ниже, чем в случае с листовым фильтром-прессом. Нормой практически является содержание твердого вещества между 12 и 20%. Процент твердого (сухого) вещества в конечной лепешке может иметь значение в случаях, когда расходы на утилизацию соотносятся с весом или объемом. Типовая установка анодирования для архитектурных применений будет выдавать около 1600 кг фильтрационной лепешки с 20%-м содержанием твердого вещества на 1000 м² обрабатываемого материала.