Файл: Бучило Э. Очистка сточных вод травильных и гальванических отделений.pdf

тод применяют для очистки промывных вод травильных отделений. С помощью этого метода можно получить чи­ стую воду для повторного использования при промывке и концентрированный отработанный травильный ра­ створ, направляемый для химической нейтрализации или регенерации соответствующими методами.

Рассмотренные методы электрохимической регенера­ ции травильных растворов подвергают интенсивному ис­ следованию в промышленном масштабе и на прототипных устройствах. Из имеющейся информации можно сделать вывод, что в недалеком будущем электрохими­ ческие процессы будут применять для регенерации отра­ ботанных травильных растворов, а ионообменные про­ цессы на ионитах — для очистки промывных вод. При этом не исключено, что серьезным конкурентом ионитового метода будет двухпоточный электродиализер.

Преимущество электрохимических методов над хими­ ческими или физическими состоит в простоте технологи­ ческого процесса, который легко подвергается автома­ тизации. В то же время существенный недостаток этих методов — относительно высокие эксплуатационные рас­ ходы, связанные со стоимостью электроэнергии. Однако, по данным Лурье и Генкина [28], эксплуатационные расходы регенерации травильных растворов электрохи­ мическим методом в устройствах с ионитовыми мембра­ нами не должны превышать стоимость нейтрализации этих растворов известковым молоком (в условиях

СССР).

Применение замкнутых систем оборота воды

Замкнутые системы оборотной технологической воды не следует считать полностью изолированными, и что они не требуют пополнения добавочным количеством свежей воды и из них не удаляется никаких сточных вод.

В современных травильных отделениях, в которых

применяют замкнутую систему оборота промывных вод и регенерацию травильных растворов, потери воды1, тре­ бующие пополнения, достигают около 30% воды, нахо­ дящейся в обороте.

1 В к л ю ч а я и н ам ер ен н ы й сб р о с в о д ы и з си стем ы д л я ее о с в е ж е ­ ни я , т. е. п р о д у в к и . Прим, ред,

52

Образование замкнутых систем оборота воды огра­ ничивается, практически, повторным использованием промывных вод, так как отработанные травильные ра­ створы по объему представляют небольшую часть обще­ го баланса вод травильного отделения.

Способ и степень очистки промывных вод определя­ ется технологическими требованиями и условиями про­ мывки заготовок после травления.

Ограничиваясь травильными отделениями для трав­ ления стальных заготовок растворами серной или соля­ ной кислот, будут рассмотрены некоторые способы пов­ торного использования промывных вод [6].

Принимается, что в очищенных промывных водах концентрация Fe (ОН) 2 до 70 мг/л не оказывает отрица­ тельного влияния на качество поверхности металла, про­ мытого после травления. При этом промывная вода име­ ет слегка основную реакцию (pH > 7).

Необходимо иметь в виду, что применяемая повсе­ местно нейтрализация промывных вод известковым мо­ локом (с повторным их использованием после осветле­ ния) приводит к увеличению концентрации ионов Са2+ вплоть до концентрации, соответствующей раствори­ мости CaSC>4. Такая концентрация ионов Са2+ значи­ тельно затрудняет протекание процесса осветления ней­ трализованных сточных вод, а также является причиной возникновения твердых осадков в каналах и трубопро­ водах, поэтому ее поддерживают на уровне 300— 400 мг/л, заменяя около 20—30% очищенных сточных вод на свежую воду с малым содержанием ионов Са2+. Осветляя нейтрализованные сточные воды в вертикаль­ ном отстойнике, можно снизить в них концентрацию взве­ си до 40—60 мг/л. Дальнейшее осветление достигается фильтрованием через песок. Шабалин [6] считает, что вертикальная скорость сточных вод в отстойниках долж­ на быть 0,2—0,3 мм/с, а высота отстойника, через кото­ рую протекает вода, 4—5 м. Слой песка должен иметь толщину 0,8—1 м, а его зернистость 0,8—2 мм. Скорость фильтрации сточных вод составляет 5—6 м/ч.

Как было отмечено, процесс осаждения взвесей в от­ стойнике можно значительно интенсифицировать, если к сточным водам добавить вещества, способствующие флокуляции взвесей (например, 0,25%-ным раствором полиакриламида в количестве 5—12 г/м3).

53

Использование осадков травильных отделений

■При очистке сточных травильных вод методом ней­ трализации наиболее трудной проблемой является на­ копление, удаление и использование образующихся осадков. Если местные условия позволяют, то осадок, задержанный в отстойнике, транспортируется гидрав­ лическим способом к специальным накопителям.

Часто применяют так называемые отстойные обезво­ живающие площадки, на которых осуществляют час­ тичное обезвоживание осадков. Обычно площадки имеют твердый пол и отделяются друг от друга невысокими стенками. Поверхность отдельных площадок колеблется в пределах от б до 40 м2, в то время как общая поверх­ ность всех площадок может достигать нескольких сот квадратных метров.

На твердой подложке располагается сначала слой щебня (размер гранул 5—30 мм) толщиной 0,3 м, кото­ рый прикрывает систему перфорированных дренажных труб, служащих для отвода воды. На щебень насыпают слой гравия (размер гранул 2—1 мм) толщиной 0,2 м, на который и выливают осадок, подаваемый насосами из отстойников. Слой свежего осадка с содержанием воды до 99—98% достигает 0,6—0,8 м. Обычно после выдержки в течение пяти-семи дней количество воды в осадке снижается до 70%, и в этом состоянии осадок удаляется с отстойных площадок. Во время нахождения осадка на площадке фильтрация протекает наиболее интенсивно в первый день, а после двух-трех дней пре­ кращается окончательно. Как видно, процесс обезвожи­ вания осадка является типичным фильтрационным про­ цессом. Средняя концентрация взвеси в фильтрате дос­ тигает 30—40 мг/л.

Для предохранения от замерзания в зимнее время отстойная площадка часто имеет легкие стенки и крышу.

В самых современных станциях очистки сточных вод травильных отделений осадки из отстойников обезвожи­ вают в фильтрующих прессах или в вакуум-фильтрах.

Наиболее часто применяют рамные фильтрпрессы периодического действия, работающие под давлением от 50-ІО4 до 150-ІО4 Н/м2 (около 5—15 ат). В этих прессах осадок можно обезводить в среднем на 45—50%. Более выгодны в эксплуатации вакуумные фильтры, работаю­ щие непрерывным способом. Для них, как и для фильтр­

54

прессов, необходим осадок с первичным содержанием твердой фазы 5—12%.

Как указывает Шабалин [6], такой осадок можно обезвоживать с производительностью 0,5 м3/м2-ч при толщине обезвоженного слоя до 2 см.

Независимо от применяемых способов обезвоживания осадков остается актуальной проблема их удаления с территории предприятия. Это связано со стоимостью их транспортировки на свалку и бесповоротными потерями содержащихся в них химических веществ. В СССР [6] разработаны методы использования таких осадков для производства теплоизоляционных материалов. В качест­ ве примера можно привести способ получения так назы­ ваемой пасты феррон, применяемой для изоляции про­ мышленных установок, работающих при температуре ниже 200°С. Осадок из отстойника подается насосом к обезвоживающим площадкам, заливая его слоем высо­ той 0,6—0,8 м, после чего на поверхность этого слоя насыпают опилки, древесные стружки, сечку соломы или торф (~15% сухой массы осадка). После двух-трех дней содержание воды в приготовленной таким образом массе падает до 70%, и в таком виде она поступает в бочках к потребителям. Плотность влажной массы дос­ тигает 750—800 кг/м3, а высушенной— 600—650 кг/м3.

Можно приготовить для строительства также и су­ хой феррон с помощью формовки из пасты кирпичей или плит, которые затем сушат при 80°С. Полученный таким образом изоляционный материал состоит из гип­ са, закиси железа и наполнителя. В зависимости от рода наполнителя плотность сухого феррона достигает 400— 700 кг/м3, а коэффициент теплопроводности —0,046— 0,093 м/град. Использование асбеста в виде наполнителя при производстве плит из сухого феррона позволяет их применять для противопожарной защиты.

\ 2. С Т О Ч Н Ы Е В О Д Ы Г А Л Ь В А Н И Ч Е С К И Х О Т Д Е Л Е Н И Й

Сточные воды, образующиеся в гальванических отде­ лениях, подразделяют не только на концентрированные и разбавленные, но также и на соответствующие по свойствам группы, представляющие смесь различных первичных сточных вод. Количество видов исходных сточных вод соответствует числу химических и электро­ химических операций, которые проводят в данном галь-

55

ванйческом отделении. Несмотря на различие исход­ ных сточных вод, оказалось возможным технологически обосновать объединение их в определенные группы, соответственно применяемым способам обработки. Ме­ тод их деления и состав групп определяется методом очистки сточных вод. Необходимо учитывать также и возможность одновременного применения нескольких различных методов очистки сточных вод1 гальваничес­ ких отделений в случае утилизации ценнейших состав­ ляющих некоторых гальванических электролитов или при замкнутой системе циркуляции технологической воды.

Следует отметить, что в течение последних лет наб­ людается интенсивное развитие технологии гальвани­ ческого нанесения металлических покрытий с примене­ нием электролитов, химический состав которых очень сильно отличается от классических электролитов, что требует искать и применять новые методы очистки сточ­ ных вод.

Химические методы обработки сточных вод

Химические методы очистки сточных вод гальвани­ ческих отделений основаны на применении химических реакций, в результате которых загрязнения, содержа­ щиеся в сточных водах, превращаются в соединения, безопасные для потребителя, или легко выделяются в виде осадков.

Ц и ан и сты е сточ н ы е воды

Среди известных методов химической нейтрализации сточных вод, содержащих цианистые соединения, тех­ ническое применение нашли лишь немногие [12].

Самый старый метод основан на выделении ионов CN- в виде труднорастворимой комплексной соли, об­ разующейся в основной среде в присутствии ионов Fe2+.

В зависимости от условий, в которых протекают эти реакции, возникает осадок берлинской лазури F e4+

1 О тносительно применения (методов очистки сточны х в о д гал ь ­ ванических отделени й им еется многочисленная техническая л и тера­ тура, в которой и зл ож ен опы т эксплуатации различны х пром ы ш ­ ленных устан овок , а так ж е представлены результаты научны х иссле­ довани й п о применению новы х м етодов .

56

[Fe2+(CN)6]3 или турнбулевой сини Fef+ [Fe2+(CN)6]2

Как отмечает Боргерт [12], качественное удаление циа­ нидов из сточных вод с помощью этого метода возможно лишь в случае очень точной выдержки всех установлен­ ных условий реакции и в особенности pH реакционной среды.

Применяемый метод удаления цианистых соедине­ ний из сточных вод базируется на их окислении хромом (либо гипохлоритом) в основной среде. Наиболее часто для этой цели применяют гипохлорит натрия, хлорную известь и газообразный хлор. Соединения эти в основ­ ной среде гидролизуют с получением ионов СЮ- , кото­ рые с цианидами реагируют в соответствии с реакцией:

газом, то в реакционной среде необходимо иметь такие условия, чтобы скорость реакции (б) была больше ско­ рости реакции (а). Такие условия наблюдаются в том случае, когда концентрация цианидов в сточных водах

Установлено, что расход гипохлорита натрия при окислении цианидов до цианатов также зависит от pH реакционной среды. При рН = 8,5 его расходуется на 35— 80% больше, чем это следует из стехиометрических ра­ счетов, а при pH = 11—на10% больше. Это связано с расходом гипохлорита на дальнейшее окисление опре­ деленной части цианитов до двуокиси углерода и азота в соответствии с реакцией

2 CNCT + ОСГ + Н20 - 2 ОН“ + С Г + 2 С02 + N,.

На кинетику этой реакции заметное влияние оказы­ вает концентрация окислителя (гипохлорит) и pH реак­

57

ционной среды. При рН >10 скорость ее так мала, что (при применении стехиометрического количества гипо­ хлорита) после 24 ч только незначительная часть цианаюв подвергается дальнейшему окислению. В этих усло­ виях значительное ускорение реакции окисления дости­ гается лишь при многократном превышении содержания гипохлорита, что в практике невозможно, так как очень высокая концентрация активного хлора в сточных водах

недопустима и требует мер, связанных с его удалением путем восстановления до хлоридов.

При снижении pH до 7,5—8,5 при небольшом избыт­ ке гипохлорита (около 10%) по сравнению со стехио­ метрическим составом реакция окисления цианидов за­ канчивается в течение 10—15 мин.

„Теоретический расход окислителя, выраженный мас­

металлов, окисление которых требует большого расхода активного хлора, то для окисления 1 г CN применяют следующие количества активного хлора:

до цианатов—3,3 г С1; до С 02 и N2—8,5 г С1. Несмотря на то, что цпанаты примерно в ЮЭО раз

менее токсичны^по сравнению с цианидами, все же они требуют дальнейшей нейтрализации, которая может про­

гальванических отделений, в которых концентрация циа­ нидов (в пересчете на ионы CN) не превышает 100— 200 мг/л. Сточные воды с более высокой концентрацией цианидов (например, отработанные электролиты гальва­ нических отделений) требуют соответствующего разбав­ ления, или других методов нейтрализации ввиду опаснос­ ти выделения очень ядовитого цианида хлора.

58