Очистка сточных вод гальванических производств

Начиная с концентрации 1,0 мг/л, никель снижает эффективность биологической очистки сточных вод, ослабляет интенсивность процессов нитрификации активного ила, значительно снижает аэробное окисление сточных вод на биологических фильтрах; при концентрации 2,0 мг/л никель оказывает токсическое действие на микрофлору метантенков и тормозит сбраживание осадка.

Влияние на сельскохозяйственные культуры. Вредное действие на растения при поливе вызывает концентрация никеля 0,5 мг/л. Никель вызывает хлороз овса при концентрации 1 мг/л, а при концентрации 2,5 мг/л - задержку роста. Сульфат никеля в концентрации 2,5 мг/л вызывает гибель растений. ОДК с учетом фона 20 мг/кг для песчаных и супесчаных почв, 40 мг/кг для кислых (суглинистых и глинистых) почв, 80 мг/кг для близких к нейтральным и нейтральных (суглинистых и глинистых) почв.

 

Цинк. В природных водах цинк содержится в концентрациях 0,0001-5,77 мг/л.

При концентрации 2 мг/л воде сообщается привкус, при 5 мг/л появляется вяжущий привкус, опалесценция, пескоподобный осадок. При 30 мг/л вода становится непригодной для питья по вкусу и приобретает мутный молочный цвет.

Влияние на человека и теплокровных животных. Цинк и его соединения малотоксичны для людей и теплокровных животных при поступлении в организм с пищей и питьевой водой. Концентрация цинка в питьевой воде 11,2-26,6 мг/л переносится людьми без всякого вреда для здоровья.

Минимальная летальная доза для теплокровных животных при приеме внутрь составляет для хлорида цинка - 100 мг/кг, сульфата цинка - 750 мг/кг массы. Вместе с тем в литературе приводятся данные о канцерогенном действии цинка при его содержании в питьевой воде в концентрациях 10-20 мг/л. В длительных опытах на мышах в течение 2-3 лет установлена возможность развития раковой опухоли при концентрации цинка в воде 5-20 мг/л. До некоторым данным цинк проявляет мутагенное действие на организм. ПДК для питьевой воды 5,0 мг/л.

Влияние на водные организмы. Для рыб цинк во много раз токсичнее, чем для людей и теплокровных животных, и его вредное действие проявляется намного раньше, чем изменяются органолептические свойства воды.

Нитрат цинка в концентрации 0,2 мг/л (по металлу) оказывает токсическое действие на гольяна через 270 суток при 1 ГС, а сульфат цинка в концентрации 0,4 мг/л вызывает гибель колюшки через 7 суток.

Цинк оказывает вредное действие на низшие водные организмы (кормовые ресурсы рыб), начиная с концентрации 0,07 мг/л, т.е. степень токсичности цинка для них примерно такая же, как и для рыб. Цинк способен к кумуляции тканями рыб и низших водных организмов.

БПК5 разбавленных сточных вод снижается на 4 % при концентрации цинка 0,1 мг/л, на 10 % - при 0,3 мг/л, на 12 % - при 0,5 мг/л, на 25 % - при 7,0 мг/л. При концентрации цинка 5,0 мг/л тормозится нитрификация разбавленных сточных вод. Цинк в концентрации 0,5 мг/л вредно влияет на эффективность биологической очистки сточных вод и на активный ил, в концентрациях 1-3 мг/л тормозит биологическую очистку. В концентрации 2,2 мг/л цинк оказывает токсическое действие на микрофлору метантенков и тормозит сбраживание осадка сточных вод,   в   концентрации   5,1   мг/л   значительно   снижает   аэробное окисление на сооружениях биологической очистки сточных вод канализации при длительном действии.

Влияние на сельскохозяйственные культуры. Цинк в концентрациях 1 мг/л воды и даже 0,1 мг/л вредно действует на сельскохозяйственные культуры.

Цинк кумулируется почвой, поэтому сточные воды, содержащие цинк, непригодны для орошения сельскохозяйственных культур. ОДК с учетом фона 55 мг/кг для песчаных и супесчаных почв, ПО мг/кг для кислых (суглинистых и глинистых) почв, 220 мг/кг для близких к нейтральным и нейтральных (суглинистых и глинистых) почв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методы очистки сточных вод.

Сокращение поступления гальванических отходов в окружающую среду является важнейшей народнохозяйственной и социальной задачей.

Экологические проблемы гальванотехники привлекают к себе широкое внимание в основном из-за продолжающегося загрязнения окружающей среды ионами тяжелых металлов (ИТМ).

По данным Минприроды в 1993 г. общий объем сточных вод по России составил 27,24 км3, с которыми в природные водные объекты сброшено 19,9 тыс.т нефтепродуктов, 5692 тыс.т сульфатов, 8373 тыс.т хлоридов, 55646 т общего фосфора, 48697 т железа, 815 т меди, 1150 т цинка, 581 т никеля, 12020 т алюминия, 585 т хрома, 12,4 т ртути, 116 т свинца, 1,2 т висмута, 0,96 т серебра, 7,1 т олова и 74 т кадмия.

Разнообразный ассортимент применяемых гальванических покрытий в гальванотехнике обуславливает многообразие загрязнений, находящихся в сточных водах. Исходя из фазового состояния вещества в растворе, все загрязнения можно подразделить на четыре группы:

- взвеси в виде тонкодисперсных  суспензий и эмульсий;

- коллоиды и высокомолекулярные  соединения;

- органические вещества, растворенные  в воде;

- соли, кислоты, основания, растворенные  в воде.

Для каждой из групп загрязнений существуют свои методы очистки. Так, для очистки воды от веществ первой группы загрязнений наиболее эффективны методы, основанные на использовании сил гравитации, флотации, адгезии. Для второй группы коагуляционный метод. Загрязнения третьей группы наиболее эффективно извлекаются из воды в процессе адсорбционной очистки, а загрязнения четвертой группы, представляющие собой электролиты, удаляют из воды переводом ионов в малорастворимые соединения, используя для этого реагентный метод или методы обессоливания.

Если за основу классификации методов принять превалирующий процесс (или основное устройство) того или иного метода, то методы очистки можно разбить на семь групп:

1) механические; 2) химические; 3) коагуляционно-флотационные; 4) электрохимические; 5) сорбционные; 6) мембранные; 7) биологические.

Однако ни один из указанных методов самостоятельно не обеспечивает в полной мере выполнение современных требований: очистка до норм ПДК, особенно по ионам тяжелых металлов; возврат 90-95% воды в оборотный цикл; невысокая себестоимость очистки; малогабаритность установок, утилизация ценных компонентов (кислот, щелочей, металлов). Нереальность достижения экологических норм усугубляется плохим финансовым положением многих предприятий. Одним из путей выхода из этой ситуации являются совершенствование средств и методов очистки стоков и оптимизация организации очистных систем.

Очистка методом осаждения

Осадительные процессы широко используют для очистки сбросов от радионуклидов. Наибольшее распространение получило соосаждение радионуклидов при коагуляции стабильных соединений различных веществ.

Коагуляция – физико-химический процесс укрупнения коллоидных частиц за счёт их слипания под действием молекулярных сил притяжения. В практике водоподготовки под коагуляцией понимают очистку воды от коллоидных систем с одновременной очисткой от грубо-дисперсных примесей (ГДП) и обесцвечиванием воды путём дозировки в отработанную воду специального реагента – коагулянта.

Различают две стадии коагуляции: 1) потеря агрегативной устойчивости коллоидов и их слипание (скрытая коагуляция); 2) выпадение образовавшихся агрегатов частиц в осадок или всплывание на поверхность (явная коагуляция). Улучшению коагуляции способствует процесс сольватации укрупненных частиц. Наименьшая концентрация электролита, вызывающая коагуляцию за определенный промежуток времени, называется порогом коагуляции.

Процесс отстаивания частиц зависит от удельной активности перерабатываемых отходов. Так, при переработке отходов высокого уровня активности оседание частиц существенно замедляется из-за большого газовыделения, сопровождающего радиолиз воды.

Очистка радиоактивных сбросов в процессе коагуляции происходит в результате соосаждения радионуклидов совместно со стабильными нуклидами; захвата взвешенных в очищаемой воде частиц, особенно коллоидных, образующимся осадком; адсорбции радионуклидов, находящихся в растворе в ионном состоянии, на развитой поверхности образующегося осадка стабильных веществ.

В качестве коагулянтов чаще всего используют недорогие реагенты: сернокислое железо закисное и окисное, сернокислый алюминий, соли кальция, смеси фосфатов и гидроксида кальция.

При использовании FeSО4 в щелочной среде происходит образование гидроксида Fe(П), которое окисляется кислородом воздуха, присутствующим в отходах, до Fe(Ш):

;

.

Этот процесс желательно вести в интервале рН=8,5÷11. В случае применения сернокислого алюминия происходит выпадение гидроксида алюминия по реакции:

Аl2( SO4)3 + 6NaOH = 2Аl(OH)3 + 3Na2SO4

Лучшее образование хлопьев гидроокиси алюминия происходит при рН=7÷8. Иногда используют смешанные осадки гидроксидов железа и алюминия.

Процесс коагуляции чаще всего проводят при 20— 40°С, так как при более высокой температуре появляются мешающие процессу отстаивания конвективные потоки и наблюдается десорбция адсорбированных на поверхности коллоидного осадка радиоактивных элементов, что уменьшает коэффициент очистки.

Широкое распространение получила так называемая фосфатная коагуляция, где для соосаждения используют фосфат кальция. Процесс фосфатной коагуляции может быть описан следующим образом:

Самым простым по конструкции является вертикальный отстойник непрерывного действия, применяемый в обычных системах очистки воды, который позволяет получать содержание взвесей в осветленной фазе около 25 мг/л. Выгружаемый осадок составляет 1,5—3% общего объема перерабатываемых отходов. Несмотря на некоторые недостатки вертикальных отстойников, такие, как малый эффект осветления воды, малая производительность, зависимость времени отстоя от состава загрязненной воды, их включают в схемы дезактивации сбросных вод на установках небольшой производительности, что объясняется простотой их конструкции и эксплуатации.

Более эффективна конструкция отстойника-осветлителя, так называемого суспензионного сепаратора, в котором осадок находится во взвешенном состоянии. Этому способствует то обстоятельство, что осветляемая вода поступает в сепаратор через систему труб с отверстиями, расположенную под дырчатым дном. Ранее выпавший осадок, находящийся во взвешенном состоянии, служит механическим фильтром, катализатором, ускоряющим выпадение твердой фазы, а также способствует перемешиванию и агломерации взвешенных частиц, содержащихся в осветляемой воде. Для уплотнения пульпы в осветлителе имеется шламоуплотнитель.

Производительность подобных осветлителей примерно в два раза выше производительности вертикальных отстойников; кроме того, их использование позволяет снизить содержание взвесей в декантате до 5—10 мг/л.

Для сокращения времени коагуляции применяют флоккулянты — вещества, усиливающие действие коагулянтов или благотворно влияющие па процесс седиментации коагулянта с взвешенными примесями.

В настоящее время в качестве флоккулянтов используют, например, полисахариды и полиакриламид.

Чтобы удалить тонкодисперсные взвеси, дезактивируемую воду после отстойников или осветлителей пропускают через фильтры, наиболее простые из которых — песчаные или кварцевые. Песчаный фильтр представляет собой слой кварцевого песка высотой 1,2 м с диаметром зерен 1,5—2 мм. Иногда перед дренажной системой оборудуют подложку из антрацита высотой 5—10 см. Эти фильтры рассчитаны на давление 3—5 ат, коэффициент очистки от взвесей на них порядка 10.

Под грязеемкостью фильтрующего материала понимают количество взвесей на единицу массы или объема данного материала. Грязеемкость песчаных фильтров ≈1,5 кг/м3. Время цикла в среднем от 10 до 20 ч, скорость фильтрации раствора 8—10 м/ч, сопротивление на фильтре 0,5—1 ат, годовые потери фильтрующего материала 10%. Несмотря на малую эффективность песчаных фильтров, их довольно широко используют при очистке радиоактивных отходов.

В последнее время начали применять более эффективные фильтры с намывным слоем, которые имеют следующую принципиальную конструкцию. В трубную решетку вмонтированы патроны, изготовленные из пористой керамики или витков проволоки, расстояние между которыми ~100 мкм. На эту фильтрующую перегородку наносят тонкий слой фильтрующего материала: диатомита, перлита, кизельгура или туфа. На созданный таким образом начальный фильтрующий слой подается исходная вода с добавкой дополнительного фильтрующего материала, способствующего образованию пористого осадка, Взвеси задерживаются на фильтре, а осветленный раствор проходит снизу вверх. Грязеемкость фильтров с намывным слоем составляет 200—300 г/кг фильтрующего материала. Коэффициент очистки от взвесей колеблется от 10 до 50.

После того как сопротивление фильтра увеличится до 2—4 ат, осадок вместе с фильтрующим материалом удаляется обратным током воды и поступает на отверждение. Для регенерации требуется два—три объема воды. Осветленный раствор поступает на дальнейшую переработку.

Очистка методом выпаривания

Метод выпаривания получил широкое распространение благодаря таким преимуществам, как возможность упаривания отходов практически любого солевого состава, вида и уровня активности; независимость процесса от колебания состава примесей в отходах, что существенно при переработке лабораторных вод; высокая степень очистки воды; возможность получения весьма концентрированных осадков для захоронения. Физическая сущность процесса выпаривания заключается в частичном или полном переходе растворителя в пар.

Процесс выпаривания можно характеризовать следующими параметрами: коэффициентом очистки раствора (отношение удельной активности раствора и конденсата вторичного пара); коэффициентом очистки выпарного аппарата (отношение удельной активности кубового осадка и конденсата вторичного пара); степенью упаривания (отношение количества поступающих отходов и выдаваемого концентрата).