Глава 3. Литературный обзор технологий очистки сточных вод

Гальванические стоки могут быть очищены различными способами. Классификация способов очистки гальванических стоков зависит от выбранного критерия [1].

Общепринятой считается классификация по способу очистки гальванических стоков:

- Механический способ.

Сущность механического способа состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы, в зависимости от размеров, улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками др.

Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве.

- Реагентный способ.

Является, одним из основных методов очистки сточных вод, или химический способ. В его основе лежат химические реакции, которые переводят вредные загрязнители в воде из раствора в нерастворимый осадок с последующим извлечением осадка из стока.

Для проведения химических реакций необходимы соответствующие условия. Например, в гальванотехнике выделяется несколько типов стоков: циансодержащие; хромсодержащие; содержащие соли тяжелых металлов; кислотно-щелочные.

Для применения реагентного метода очистки этих стоков на предварительной стадии необходимо провести коррекцию pH среды. Затем проводятся химические реакции, которые переводят металлы в нерастворимую форму.

Достоинства метода

1) Широкий интервал начальных концентраций ИТМ.

2) Универсальность.

3) Простота эксплуатации.

4) Отсутствует необходимость в разделении промывных вод

и концентратов.

Недостатки метода

1) Не обеспечивается ПДК для рыбохозяйственных водоемов.

2) Громоздкость оборудования.

3) Значительный расход реагентов.

4) Дополнительное загрязнение сточных вод.

5) Невозможность возврата в оборотный цикл очищенной воды из-за повышенного солесодержания.

6) Затрудненность извлечения из шлама тяжелых металлов для утилизации.

7) Потребность в значительных площадях для шламоотвалов.

- Электрохимический способ.

Этот способ очистки сточных вод гальванического производства обладают рядом преимуществ: простая технологическая схема при эксплуатации оборудования, удобство автоматизации его работы, сокращение производственных площадей под размещение очистных сооружений, возможность очистки сточных вод без предварительного разбавления, снижение солесодержания и уменьшение объема осадка, образующегося в процессе очистки [2].

А) Метод электрокоагуляции.

Метод наиболее пригоден для выделения хрома. Сущность метода заключается в восстановлении Cr(VI) до Cr(III) в процессе электролиза с использованием растворимых стальных электродов. При прохождении растворов через межэлектродное пространство происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.

Достоинства метода

1) Очистка до требований ПДК от соединений Cr (VI).

2) Высокая производительность.

3) Простота эксплуатации.

4) Малые занимаемые площади.

5) Малая чувствительность к изменениям параметров процесса.

6) Получение шлама с хорошими структурно-механическими свойствами

Недостатки метода

1) Не достигается ПДК при сбросе в водоемы рыбохозяйственного назначения.

2) Значительный расход электроэнергии.

3) Значительный расход металлических растворимых анодов.

4) Пассивация анодов.

5) Невозможность извлечения из шлама тяжелых металлов из-за высокого содержания железа.

6) Невозможность возврата воды в оборотный цикл из-за повышенного солесодержания.

7) Потребность в значительных площадях для шламоотвалов.

8) Необходимость предварительного разбавления стоков до суммарной концентрации ионов тяжелых металлов 100 мг/л.

Б) Метод электрофлотации.

Методы электрофлотации, разработанные сравнительно недавно, позволяют очищенную сточную воду вернуть в производство и рекуперировать ценные компоненты. В этом процессе очистка сточных вод от взвешенных частиц происходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды и использовании растворимых электродов. На аноде возникают пузырьки кислорода, на катоде - водород. Поднимаясь в сточной воде, пузырьки флотируют взвешенные частицы.

Метод обеспечивает очистку сточных вод гальванопроизводства от ионов тяжелых металлов до ПДК, также очищает от жиров и масел. Проводятся эксперименты по извлечению ионов тяжелых металлов из сточных вод гальванопроизводства при помощи нерастворимых анодов. Метод внедрен на ряде предприятий.

Достоинства метода

1) Очистка до требований ПДК.

2) Незначительный расход реагентов.

3) Простота эксплуатации.

4) Малые площади, занимаемые оборудованием.

5) Возможность возврата ИТМ до 96%.

6) Возможность очистки от жиров, масел и взвешенных частиц.

7) Высокая сочетаемость с другими методами.

8) Отсутствие вторичного загрязнения.

Недостатки метода

1) Незначительное (до 30%) снижение общего солесодержания очищаемых стоков.

2) Аноды из дефицитного материала.

3) Необходимость разбавления концентрированных вод.

4) Большой расход электроэнергии, ее дороговизна [1].

- Ионообменный способ.

Единственным практически осуществимым методом возвращения промывных вод является ионный обмен, с помощью которого возвращается обессоленная вода, а сорбированные загрязнения извлекаются из ионообменных смол при регенерации. Целесообразность использования ионного обмена как технологии очистки и возвращения 85-95% воды ограничивается приростом содержания солей от 50 до 250 мг/л. Что необходимо учитывать при определении или разработке режима водопотребления в гальваническом производстве. При многоступенчатой каскадной промывке в нескольких ваннах, в связи с высокой концентрированностью промывных вод, применение технологии ионного обмена является нецелесообразным, а предпочтителен метод обратного осмоса.

-Мембранный способ (обратного осмоса).

Установки обратного осмоса обеспечивают возможность очистки воды одновременно от растворимых неорганических (ионных) и органических загрязняющих примесей, высокомолекулярных соединений, взвешенных веществ, вирусов, бактерий и других вредных примесей. Поскольку поток фильтрата прямо пропорционален площади поверхности мембраны и обратно пропорционален ее толщине, при проектировании обратноосмотических установок следует подбирать мембраны с максимально возможной площадью и минимально возможной толщиной на единицу объема аппарата.

Надежность установок обратного осмоса повышают благодаря установке резервного оборудования, с возможностью его многофункциональное применения, оптимизации количества мембранных элементов в каждой секции аппарата, а также повышая надежность фильтрующих элементов и оснащая компьютерной системой поиска отказавшего мембранного элемента и модуля [2].

Достоинства метода

1) Возможность очистки до требований ПДК.

2) Возврат очищенной воды до 60% в оборотный цикл.

3) Возможность утилизации тяжелых металлов.

4) Возможность очистки в присутствии лигандов, образующих прочные комплексные соединения.

Недостатки метода

1) Необходимость предварительной очистки сточных вод от масел, ПАВ, растворителей, органики, взвешенных веществ.

2) Дефицитность и дороговизна мембран.

3) Сложность эксплуатации, высокие требования к герметичности установок.

4) Большие площади, высокие капитальные затраты.

5) Отсутствие селективности.

6) Чувствительность мембран к изменению параметров очищаемых стоков.

Гальванические стоки, как правило, содержат не только механические, но и химические загрязнения. Поэтому механическая очистка гальванических стоков без какой-либо химической (или иной) очистки практически не используется. Каждый из известных способов очистки гальванических стоков имеет свои преимущества и свои недостатки. Гальванические стоки имеют в своем составе различные компоненты, удаление которых вызывает необходимость сочетать различные способы очистки.

Очистка гальванических стоков от ионов шестивалентного хрома и тяжелых металлов производится обычно реагентным или электрохимическим методами. Эти методы не позволяют очищать воду до необходимых требований по содержанию вредных компонентов, поэтому в сочетании с ними применяются другие методы [3].