Добрый вечер, Уважаемые коллеги!
Представляю вашему вниманию научно-техническую статью на тему "Современные технологии и оборудование для очистки сточных вод гальванических производств", написанную мной на основе выполненных проектных работ для АО "Карачевский завод "Электродеталь" и опубликованную в журнале "Экология Производства" (Апрель 2022).
Одним из широко распространенных приложений современных электрохимических и химических технологий является гальванохимическое нанесение защитно-функциональных покрытий.
Согласно данным журнала Plating and Surface Finishing в структуре производства гальванических покрытий в США за 2002 г 16,8% приходится на цинкование, 22,7% - на никелирование, 18,6% - на меднение, 19,9% - на хромирование, 7,4% - на кадмирование, 14,6% - на оловянирование.
В России по данным на 1998 г. доля цинкования составляла 58,8%, никелирования - 10,0%, меднения - 8,4%, хромирования - 8,4%, кадмирования - 4,6%, оловянирования - 2,7%.
Ранжирование процессов в соответствии с количеством предлагаемых субподрядчиками услуг по нанесению покрытий в каждой стране Европейского союза (ЕС) позволило получить рейтинговый список, который дал в среднем следующее представление о номенклатуре покрытий: Ni > Zn > Cr > Cu > анодирование > Аg ~ Аu ~ твердый Cr > химическое никелирование > фосфатирование > Pt и другие платиноиды > Cd. В Южной Африке подобный ряд выглядит следующим образом: Zn ~ Ni > Cu > Cr.
В России, несмотря на то, что гальваническое производство включено в перечень объектов I категории негативного воздействия на окружающую среду, нормируемых на основе принципов наилучших доступных технологий (НДТ), технологические показатели ресурсной и экологической эффективности для такого производства не установлены. По имеющимся данным, основным отличием российского сегмента гальванохимического осаждения покрытий является децентрализованный характер этой производственной сферы. Нанесение покрытий реализуется в России в рамках предприятий, относящихся к разным ведомствам [1].
Таблица.1. Оценка площади обрабатываемой поверхности, объема используемых растворов и загрязняющих веществ, поступающих в окружающую среду в РФ:
В России ежегодно наносится 25−44 тыс. тонн гальванических покрытий; при этом масса тяжелых металлов, уносимых со сточными водами, может достигать 4 тыс. тонн в год. Переход к технологическому нормированию должен стимулировать эколого-технологическую модернизацию отрасли, но для постановки четких целей в области повышения ресурсной и экологической эффективности необходимо установить технологические показатели наилучших доступных технологий. Оценка масштабов и внутренней структуры гальванического производства в России − необходимый первый шаг на пути научного обоснования целей и задач технологической модернизации отрасли в направлении повышения ресурсной и экологической эффективности производства [2, 3].
Современная концепция рационального использования водных ресурсов предполагает разработку и применение систем повторного использования воды на предприятиях с целью уменьшения объемов забора свежей воды и сброса сточных вод. Предлагаемый авторами статьи подход к решению задачи снижения общего количества сбрасываемых загрязнений предполагает массовое внедрение на промышленных предприятиях высокотехнологичных блочно-модульных очистных сооружений (ОС). Блочно-модульные ОС спроектированы специалистами ГК «Транснациональный Экологический Проект» на основе прогрессивных технологий вакуумного выпаривания, которые наиболее целостно соответствуют требованиям природоохранного законодательства и определению НДТ [4-6].
Технологическая схема раздельной утилизации отработанных концентрированных растворов нанесения гальванических покрытий и высокоэффективной очистки промывных вод гальванического производства с вакуум-выпарной установки представлена на Рис.1.
Концепция рентабельности высокотехнологичных блочно-модульных очистных сооружений сточных вод гальванических производств состоит в следующем:
• универсальность при удалении из воды загрязнений различного типа;
• малые занимаемые ОС площади (10-12м2 площади / 1м3 очищенной воды в час);
• низкие эксплуатационные затраты (на сменные элементы и электроэнергию);
• простота монтажа и ввода ОС в эксплуатацию / автоматический режим работы ОС;
• глубокая очистка сточных вод от тяжелых металлов и фоновых солей;
• возможность увеличения производительности ОС без замены уже существующего оборудования благодаря модульности его исполнения;
• выпаривание на ВВУ отработанных электролитов с кристаллизацией солей -> минимизация остаточных концентраций тяжелых металлов солей в очищенной воде.
Рисунок 1. Технологическая схема раздельной очистки отработанных электролитов и промывных вод гальванического производства: Е – накопительные емкости; Н – насосы; Д/НД – установки приготовления и дозирования реагентов; Р – реактора с мешалками; ТО – тонкослойный отстойник; ФП – камерный фильтр-пресс; МФ – механический фильтр; СФ – сорбционный фильтр; ФИ – ионообменный фильтр; ВВУ – вакуум-выпарная установка.
Очистные сооружения гальванического производства включают в себя раздельный сбор промывных вод и отработанных электролитов. Хромсодержащие сточные воды предварительно обрабатываются в реакторе восстановления Cr6+ до Cr3+ тиосульфатом натрия в кислой среде. Далее промывные воды поступают в реакторе коррекции pH, где происходи образование нерастворимых гидроксидов и сульфидов тяжелых металлов. Рассмотрим процесс водоочистки:
• обработка промывных вод раствором сульфида натрия дает на выходе цепочки тонкослойный отстойник − механический фильтр минимальную остаточную концентрацию тяжелых металлов;
• извлечение ионов меди и никеля, находящихся в истинно растворимом состоянии на ионообменных фильтрах с селективными смолами;
• Более высокие капитальные затраты на приобретение оборудования (CAPEX), но существенно более низкие эксплуатационные затраты (OPEX) при длительном сроке службы конструкционных материалов: полипропилен до 50 лет, нержавеющая сталь до 50 лет, загрузки фильтров 3-4 года;
• Обессоливание воды обратным осмосом с получением не менее 75% фильтрата поступающего на повторное использование в гальваническое производство, либо на вход станции водоподготовки → сокращение водопотребления и водоотведения производственного предприятия и повышение рентабельности выпускаемой продукции.
Таблица.2. Результаты постадийной очистки сточных вод гальванического производства АО «Карачевский завод «Электродеталь» в соответствии с разработанной технологией:
Использование предложенных технических и технологических решений позволит очистить сточные воды гальванического производства АО «Карачевский завод «Электродеталь» до остаточных концентраций загрязнителей, представленных в таблице 2, соответствующих постановлению правительства РФ от 29.07.2013 № 644 (ред. от 23.11.2021) "Об утверждении Правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации".
Рисунок 2. Вакуум-выпарная установка производительностью 2500 л/сутки со встроенным кристаллизатором солей.
Литература
1. Винокуров Е.Г., Гусева Т.В. Гальваническое производство в России: оценочный подход, задачи повышения ресурсной и экологической эффективности. // Технология металлов. 2020. № 7. С. 2−6.
2. Фадина С.В., Бурухина Т.Ф., Винокуров Е.Г. Физико-химические свойства растворов и уменьшение их потерь при захвате поверхностью деталей // Гальванотехника и обработка поверхности. 2015. № 3. С. 47−52.
3. Гусева Т.В., Санжаровский А.Ю., Гревцов О.В. Поверхностная обработка металлов и пластмасс как область применения наилучших доступных технологий // Гальванотехника и обработка поверхности. 2019. № 1. С. 25−31.
4. Ресурсосберегающие технологии промышленного водоснабжения и водоотведения: Справочное пособие / Гогина Е.С., Гуринович А.Д., Павлов Д.В. – М.: Издательство АСВ, 2012. − 312 с.
5 Яковлев С.А. Водоотведение и очистка сточных вод / С.А. Яковлев, Ю.В. Воронов – М: Стройиздат, 2002. – 701 с.
6 Reference Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics. Edificio EXPO, c/Inca Garcilaso s/n, E-41092 Sevilla, Spain
Представляю вашему вниманию научно-техническую статью на тему "Современные технологии и оборудование для очистки сточных вод гальванических производств", написанную мной на основе выполненных проектных работ для АО "Карачевский завод "Электродеталь" и опубликованную в журнале "Экология Производства" (Апрель 2022).
Одним из широко распространенных приложений современных электрохимических и химических технологий является гальванохимическое нанесение защитно-функциональных покрытий.
Согласно данным журнала Plating and Surface Finishing в структуре производства гальванических покрытий в США за 2002 г 16,8% приходится на цинкование, 22,7% - на никелирование, 18,6% - на меднение, 19,9% - на хромирование, 7,4% - на кадмирование, 14,6% - на оловянирование.
В России по данным на 1998 г. доля цинкования составляла 58,8%, никелирования - 10,0%, меднения - 8,4%, хромирования - 8,4%, кадмирования - 4,6%, оловянирования - 2,7%.
Ранжирование процессов в соответствии с количеством предлагаемых субподрядчиками услуг по нанесению покрытий в каждой стране Европейского союза (ЕС) позволило получить рейтинговый список, который дал в среднем следующее представление о номенклатуре покрытий: Ni > Zn > Cr > Cu > анодирование > Аg ~ Аu ~ твердый Cr > химическое никелирование > фосфатирование > Pt и другие платиноиды > Cd. В Южной Африке подобный ряд выглядит следующим образом: Zn ~ Ni > Cu > Cr.
В России, несмотря на то, что гальваническое производство включено в перечень объектов I категории негативного воздействия на окружающую среду, нормируемых на основе принципов наилучших доступных технологий (НДТ), технологические показатели ресурсной и экологической эффективности для такого производства не установлены. По имеющимся данным, основным отличием российского сегмента гальванохимического осаждения покрытий является децентрализованный характер этой производственной сферы. Нанесение покрытий реализуется в России в рамках предприятий, относящихся к разным ведомствам [1].
Таблица.1. Оценка площади обрабатываемой поверхности, объема используемых растворов и загрязняющих веществ, поступающих в окружающую среду в РФ:
В России ежегодно наносится 25−44 тыс. тонн гальванических покрытий; при этом масса тяжелых металлов, уносимых со сточными водами, может достигать 4 тыс. тонн в год. Переход к технологическому нормированию должен стимулировать эколого-технологическую модернизацию отрасли, но для постановки четких целей в области повышения ресурсной и экологической эффективности необходимо установить технологические показатели наилучших доступных технологий. Оценка масштабов и внутренней структуры гальванического производства в России − необходимый первый шаг на пути научного обоснования целей и задач технологической модернизации отрасли в направлении повышения ресурсной и экологической эффективности производства [2, 3].
Современная концепция рационального использования водных ресурсов предполагает разработку и применение систем повторного использования воды на предприятиях с целью уменьшения объемов забора свежей воды и сброса сточных вод. Предлагаемый авторами статьи подход к решению задачи снижения общего количества сбрасываемых загрязнений предполагает массовое внедрение на промышленных предприятиях высокотехнологичных блочно-модульных очистных сооружений (ОС). Блочно-модульные ОС спроектированы специалистами ГК «Транснациональный Экологический Проект» на основе прогрессивных технологий вакуумного выпаривания, которые наиболее целостно соответствуют требованиям природоохранного законодательства и определению НДТ [4-6].
Технологическая схема раздельной утилизации отработанных концентрированных растворов нанесения гальванических покрытий и высокоэффективной очистки промывных вод гальванического производства с вакуум-выпарной установки представлена на Рис.1.
Концепция рентабельности высокотехнологичных блочно-модульных очистных сооружений сточных вод гальванических производств состоит в следующем:
• универсальность при удалении из воды загрязнений различного типа;
• малые занимаемые ОС площади (10-12м2 площади / 1м3 очищенной воды в час);
• низкие эксплуатационные затраты (на сменные элементы и электроэнергию);
• простота монтажа и ввода ОС в эксплуатацию / автоматический режим работы ОС;
• глубокая очистка сточных вод от тяжелых металлов и фоновых солей;
• возможность увеличения производительности ОС без замены уже существующего оборудования благодаря модульности его исполнения;
• выпаривание на ВВУ отработанных электролитов с кристаллизацией солей -> минимизация остаточных концентраций тяжелых металлов солей в очищенной воде.
Рисунок 1. Технологическая схема раздельной очистки отработанных электролитов и промывных вод гальванического производства: Е – накопительные емкости; Н – насосы; Д/НД – установки приготовления и дозирования реагентов; Р – реактора с мешалками; ТО – тонкослойный отстойник; ФП – камерный фильтр-пресс; МФ – механический фильтр; СФ – сорбционный фильтр; ФИ – ионообменный фильтр; ВВУ – вакуум-выпарная установка.
Очистные сооружения гальванического производства включают в себя раздельный сбор промывных вод и отработанных электролитов. Хромсодержащие сточные воды предварительно обрабатываются в реакторе восстановления Cr6+ до Cr3+ тиосульфатом натрия в кислой среде. Далее промывные воды поступают в реакторе коррекции pH, где происходи образование нерастворимых гидроксидов и сульфидов тяжелых металлов. Рассмотрим процесс водоочистки:
• обработка промывных вод раствором сульфида натрия дает на выходе цепочки тонкослойный отстойник − механический фильтр минимальную остаточную концентрацию тяжелых металлов;
• извлечение ионов меди и никеля, находящихся в истинно растворимом состоянии на ионообменных фильтрах с селективными смолами;
• Более высокие капитальные затраты на приобретение оборудования (CAPEX), но существенно более низкие эксплуатационные затраты (OPEX) при длительном сроке службы конструкционных материалов: полипропилен до 50 лет, нержавеющая сталь до 50 лет, загрузки фильтров 3-4 года;
• Обессоливание воды обратным осмосом с получением не менее 75% фильтрата поступающего на повторное использование в гальваническое производство, либо на вход станции водоподготовки → сокращение водопотребления и водоотведения производственного предприятия и повышение рентабельности выпускаемой продукции.
Таблица.2. Результаты постадийной очистки сточных вод гальванического производства АО «Карачевский завод «Электродеталь» в соответствии с разработанной технологией:
Использование предложенных технических и технологических решений позволит очистить сточные воды гальванического производства АО «Карачевский завод «Электродеталь» до остаточных концентраций загрязнителей, представленных в таблице 2, соответствующих постановлению правительства РФ от 29.07.2013 № 644 (ред. от 23.11.2021) "Об утверждении Правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации".
Рисунок 2. Вакуум-выпарная установка производительностью 2500 л/сутки со встроенным кристаллизатором солей.
Литература
1. Винокуров Е.Г., Гусева Т.В. Гальваническое производство в России: оценочный подход, задачи повышения ресурсной и экологической эффективности. // Технология металлов. 2020. № 7. С. 2−6.
2. Фадина С.В., Бурухина Т.Ф., Винокуров Е.Г. Физико-химические свойства растворов и уменьшение их потерь при захвате поверхностью деталей // Гальванотехника и обработка поверхности. 2015. № 3. С. 47−52.
3. Гусева Т.В., Санжаровский А.Ю., Гревцов О.В. Поверхностная обработка металлов и пластмасс как область применения наилучших доступных технологий // Гальванотехника и обработка поверхности. 2019. № 1. С. 25−31.
4. Ресурсосберегающие технологии промышленного водоснабжения и водоотведения: Справочное пособие / Гогина Е.С., Гуринович А.Д., Павлов Д.В. – М.: Издательство АСВ, 2012. − 312 с.
5 Яковлев С.А. Водоотведение и очистка сточных вод / С.А. Яковлев, Ю.В. Воронов – М: Стройиздат, 2002. – 701 с.
6 Reference Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics. Edificio EXPO, c/Inca Garcilaso s/n, E-41092 Sevilla, Spain