Для очистки определённых типов загрязнителей применяется своя группа методов. Используя классификацию по фазовому состоянию веществ в растворе, можно сгруппировать методы обработки сточных вод [17 - c.163].

По технологическим процессам и, соответственно, применяемому оборудованию, методам очистки сточных вод гальванического производства можно дать следующую классификацию:

·     механические / физические (отстаивание, фильтрация, выпаривание);

·              химические (реагентная обработка);

·              коагуляционно-флотационные (флотация, флокуляция, коагуляция);

·              электрохимические (электрофлотация, электродиализ, электролиз);

·              сорбционные (сорбционные фильтры, ионообменные фильтры);

·              мембранные (ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос, электродиализ);

·              биологические.

При значительных объемах промышленных сточных вод на очистных сооружениях целесообразно применять электрохимические и мембранные методы очистки воды (электрофлотация, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос), а общую систему очистки сточных вод создавать комбинируя технологии: предварительную реагентную обработку, электрофлотацию, фильтрацию, сорбцию, мембранное концентрирование, вакуумное выпаривание.

При малом объеме производства предпочтение рекомендуется отдать локальным системам очистки на базе сорбционных, ионообменных и мембранных технологий [30].

1.1
Реагентный метод

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

Химические методы очистки сточных вод гальванических отделений основаны на применении химических реакций, в результате которых загрязнения, содержащиеся в сточных водах, превращаются в соединения, безопасные для потребителя, или легко выделяются в виде осадков. Очистка сточных вод гальванического производства от ИТМ происходит в 2 стадии:

образование труднорастворимых соединений.

выделение этих соединений в осадок.

Сущность реагентной очистки заключается в переводе ионов тяжелых металлов, содержащихся в стоках, в нерастворимые гидроксидные формы при добавлении различных реагентов с последующим их выделением в виде осадков.

Наиболее часто обработку сточных вод проводят щелочными реагентами (известь, едкий натр, сода, отходы ацетиленового производства и другие). При этом в зависимости от рН среды в процессе обработки образуются различные нерастворимые соединения тяжелых металлов. Так, при осаждении цинка из сульфатных растворов при рН 7,0 осаждается ZnSO₄ • 3Zn(OH)₂, при рН 8,8 ZnSO₄ • 5Zn(OH)₂, при рН 10 Zn(OH)₂, а при рН 11 происходит растворение осадка с образованием цинкатов [Zn(OH)₂]^2-. Оптимальным для осаждения цинка является рН 8-9, для никеля - 10,5, меди - 9,0 и так далее. Процесс идет в соответствии с реакцией:

Cu²⁺ + 2OH^- = Cu(OH)₂; (a) Ni²⁺ + 2OH^- = Ni(OH)₂. (б)

При совместном осаждении нескольких металлов при одной и той же величине рН могут быть достигнуты лучшие результаты, чем при осаждении каждого из металлов в отдельности. Это связано с образованием смешанных кристаллов и адсорбцией ионов металлов на поверхности твердой фазы.

Гидравлическая крупность частиц, образующихся в процессе нейтрализации составляет 0,1 - 0,4 мм/с.

Эффективность очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов может быть повышена путем их перевода в соединения с меньшим произведением растворимости.

Значительно меньшими, чем гидроокиси, произведениями растворимости обладают гидроксокарбонаты тяжелых металлов. Они образуются при нейтрализации сточных вод содой или низкосортной известью. Осаждение основных карбонатов начинается при более низких значениях рН, чем соответствующих гидроокисей. Расход соды на осаждение выше, чем при использовании извести или едкого натра, так как при осаждении тяжелых металлов содой процесс идет через стадию образования гидрокарбонатов и для завершения реакции требуется избыток реагента. Выделение углекислого газа ведет к всплыванию части осадка и выносу его из отстойников [33].

Эффективным является использование сульфида натрия. Произведения растворимости сульфидов тяжелых металлов значительно ниже, чем у соответствующих гидроксидов, поэтому осаждение сульфидов происходит в более широком диапазоне рН, например, сульфид цинка осаждается при рН 1,5, сульфиды никеля и кобальта - при рН 3,3.

Повышение степени очистки сточных вод, прошедших реагентную обработку и осветление, возможно обработкой силикатом натрия дозой, в 5 - 30 раз превышающей стехиометрическое количество. После отделения силикатов тяжелых металлов и кремниевой кислоты очищенная вода может быть возвращена на повторное использование. В некоторых случаях рекомендуется последовательная обработка хлористым кальцием и содой.

При этом происходит соосаждение карбонатов и гидроксокарбонатов тяжелых металлов и карбоната кальция. Образующийся осадок легко осаждается и легко обезвоживается. Одновременно происходит умягчение воды, что делает иногда возможным ее использование в системах оборотного водоснабжения.

Для выделения из сточных вод взвешенных веществ гидроксидного характера в настоящее время применяются следующие методы:

гравитационное разделение;

разделение в центробежном поле;

фильтрование через зернистую загрузку или пористую перегородку;

флотация.

Для эффективного удаления из сточных вод гидроксидов и гидрооксокарбонатов тяжелых металлов следует принимать во внимание специфические особенности суспензий - аморфность и низкую гравитационную крупность агрегатов твердой фазы.

Практически на всех станциях очистки сточных вод гальванического производства применяется реагентный метод. Главными загрязнителями таких стоков являются ионы тяжелых металлов. Остаточная концентрация ионов тяжелых металлов, как рассчитанная из произведения растворимости соответствующих гидроксидов, так и наблюдаемая на практике, представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Эффективность реагентного метода очистки сточных вод от тяжелых металлов

* - данные по Cr⁶⁺ не приводятся, т.к. на стадии обезвреживания хромсодержащих стоков реакция химического восстановления Cr⁶⁺ до Cr³⁺ протекает полностью.

Для лучшей и более полной и быстрой коагуляции гидроксидов используют флокулянт (полиакриламид). Сточные воды подпадают в нейтрализатор, для образования нерастворимых гидроксидов. После нейтрализации стоки направляются в отстойник, куда подается флокулянт. Из отстойника шлам попадает в шламонакопитель, откуда подается на обезвоживание. Обезвоживание проводится в вакуум-фильтрах, фильтр-прессах и центрифугах. Вышеописанный метод (реагентный) в настоящее время получил наибольшее распространение в отечественной практике обезвреживания сточных вод гальванических цехов. Основное его достоинство - крайне низкая чувствительность к исходному содержанию загрязнений, а основной недостаток - высокое остаточное солесодержание очищенной воды. Это вызывает необходимость в доочистке [25].

Данные зарубежных исследований показывают, что значительного повышения эффективности реагентного способа можно добиться оптимизацией технологии очистки, предусматривающей смешение реагентов с водой, а также подбором используемых коагулянтов и флокулянтов.

Наибольшее применения в качестве коагулянтов получили сульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия и хлорид железа (III). В несколько меньшем масштабе используются сульфаты железа, смешанные коагулянты в виде солей алюминия и железа. Заметно в меньших количествах используют алюмоаммонийные и алюмокалиевые квасцы. Возрастает использование коагулянтов, в первую очередь, железа и алюминия, получаемых электрохимическим способом.

1.2
Электрохимические методы

Электрохимические методы 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.

Электрофлотация - это процесс очистки сточных вод, в при котором электролитически полученные газовые пузырьки, всплывая в объеме жидкости, взаимодействуют с частицами загрязнений, в результате чего происходит их взаимное слипание, обусловленное уменьшением поверхностной энергии флотируемой частицы и пузырька газа на границе раздела фаз «жидкость-газ». Плотность образующегося в электрофлотаторе пенного продукта (флотошлама) ниже плотности воды, что обеспечивает его всплытие и накопление на поверхности очищаемой воды. Флотошлам периодически удаляется из электрофлотатора автоматическим устройством сбора шлама.

Электрокоагуляция (гальванокоагуляция) - устаревшие технологически методы, которые до настоящего времени используются на машиностроительных и металлообрабатывающих предприятиях для очистки сточных вод гальванического производства (в основном для очистки хромсодержащих сточных вод от ионов хрома Cr⁶⁺). В данных методах по электрохимическому механизму растворяют железо, и образовавшиеся ионы Fe²⁺ восстанавливают шестивалентный хром Cr⁶⁺ до трёхвалентного Cr³⁺ с последующим образованием гидроксида хрома. Различие электрокоагуляции и гальванокоагуляции заключается в способе растворения железа. В электрокоагуляционном методе железо растворяется электрохимически при наложении на стальные аноды потенциала от внешнего источника питания. В гальванокоагуляционном методе железо растворяется гальванохимически за счет разности потенциалов, возникающей при контакте железа с медью или коксом. Следовательно, оба метода различаются движущей силой процесса растворения металлического железа, что и определяет их технологические различия [36].

Катодное восстановление применяют для удаления из сточных вод ионов металлов с получением осадков, для перевода загрязняющего компонента в менее токсичные соединения или в легко выводимую из воды форму (осадок, газ). Его можно использовать для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов Pb²⁺, Sn²⁺, Hg²⁺, Cu²⁺, As²⁺, Cr⁶⁺, Катодное восстановление металлов происходит по схеме:

Meⁿ⁺ + ne^- ®Me⁰

При этом металлы осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы. Например, при восстановлении соединений хрома была достигнута высокая степень очистки: концентрация снижалась с 1000 до 1 мг/л. Расход электроэнергии на очистку составил 0,12 кВт-ч/м³. При электролизе сточных вод, содержащих Н₂СrО₇, оптимальное значение рН=2, а плотность тока 0,2-2 А/дм². Реакция восстановления протекает следующим образом:

Cr₂ O₇^2-+ 14H⁺+12з® 2 Cr + 7H₂O

Очистку сточных вод от ионов Pb²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Cu²⁺ проводят на катодах, состоящих из смеси угольного и сернистого порошков в соотношении C:S от 80:20 до 20:80 при рН<7 и плотности тока 2,5 А/дм². Осаждение этих ионов происходит в виде нерастворимых сульфидов или бисульфидов, которые удаляют механически.

Примером реакции, обеспечивающей удаление загрязнения в газовую фазу, является очистка от нитрата аммония. При постановлении нитрата аммония на графитовом электроде он превращается в нитрит аммония, который разлагается при нагревании до элементного азота:

NH₄NO₃ + 2H⁺ + 2 з ®NH₄NO₂ + H₂O₄NO₂® N₂+ 2H₂O

Рассмотрим процесс анодного растворения на примере железа. В щелочной среде реакция идет в две стадии:

Fe - з + OH^- ® Fe(OH)_n

Fe(OH)_n - з + OH^-®HFeO₂^- + H⁺(OH)_n - 2з + OH^-® Fe=O-OH + H⁺

На первой ступени, включающей адсорбцию гидроксида на железном электроде и потерю первого электрона, образуется промежуточное кислородсодержащее соединение одновалентного железа. На второй стадии реакция протекает по двум возможным направлениям и завершается образованием двух- или трехвалентного железа. Общая скорость процесса анодного растворения лимитируется второй стадией.

В кислой среде протекают следующие реакции:

Fe - з + OH^- ® Fe(OH)_n, Fe(OH)_n + Fe ®Fe(FeOH)_n(FeOH)_n- 2з + OH^-® Fe(OH)_n+ Fe(OH⁺)(OH⁺)+H⁺® Fe²⁺+ H₂O

Процессы анодного окисления используются также для обесцвечивания сточных вод от различных красителей, а также для очистки сточных вод целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других заводов [12- с.34].

Электрокоагуляция и гальванокоагуляция имеют огромное количество недостатков, основными среди которых являются следующие:

трудность в обслуживании электрокоагуляторов за счет засорения межэлектродного пространства, которое необходимо постоянно прочищать скребками;

трудность в обслуживании гальванокоагуляторов определяется необходимостью поддержания соотношения стальной стружки и кокса или стальной и медной стружки, неудобством засыпки загрузки, необходимостью тщательной фильтрации от мелкодисперсной фазы, состоящей из частиц кокса и оксидов железа;

оба метода требуют огромного количества химических реагентов;

оба метода создают огромное количество практически не утилизируемых твердых отходов - смесей гидроксидов железа и хрома.

Рисунок 1 - Электрокоагуляторы на очистных сооружениях металлообрабатывающего предприятия - общий вид

Ежегодно, посещая в ходе работы предприятия, которые внедрили очистные сооружения на базе электрокоагуляторов (и / или гальванокоагуляторов) и общаясь с инженерами и аппаратчиками ОС, нашими специалистами было сделано заключение, что соблюдение всех технологических режимов процесса для качественной и эффективной очистки гальванических сточных вод - задача достаточно сложная для действующих (как правило устаревших) электрохимических производств. Также большие сомнения вызывает использование очищенной воды для создания систем оборотного водоснабжения предприятий, требующих воду категорий 2 и 3 по ГОСТ 9.314-90 для получения качественных гальванических покрытий [18-c.37].

Рисунок 2 - Электродные блоки электрокоагулятора

Перечисленные проблемы были успешно решены специалистами благодаря внедрению на очистных сооружениях промышленных предприятий электрофлотационных модулей.

Электрофлотация - метод очистки сточных и промывных вод, технологических растворов гальванического производства и производства печатных плат от загрязнений в виде взвешенных веществ, фосфатов и гидроксидов металлов, суспензий, смолистых веществ, эмульгированных веществ, нефтепродуктов, индустриальных масел, жиров и поверхностно-активных веществ. Для интенсификации процесса электрофлотации и повышения эффективности очистки, обычно, существует предшествующая стадия нейтрализации кислых или щелочных компонентов, перевод ионов металлов в труднорастворимые соединения, т.е. образование твёрдой фазы, флокуляция и (или) коагуляция.

Электрофлотатор оборудование для очистных сооружений сточных вод гальванических производств.

Очищенная вода после электрофлотатора подается на мембранную установку гиперфильтрации для создания оборотного водоснабжения или сбрасывается в систему канализации. Электрофлотатор работает на основе процесса выделения микропузырьков электролитических газов и флотационного эффекта.

Электрофлотатор с блоком нерастворимых электродов входит в состав электрофлотационного модуля, который укомплектован системой сбора шлама, источником постоянного тока, вспомогательными емкостями из полипропилена для загрязненной и очищенной воды, насосами и дозирующим оборудованием [19 - c.273].

Таблица 3 - Сравнительная характеристика методов очистки

Очистка сточных вод от тяжелых металлов: меди, хрома, цинка, никеля, железа, алюминия, кадмия, свинца, нефтепродуктов, спав и взвешенных веществ производится в непрерывном режиме.

Рисунок 3 - Электрофлотатор на очистных сооружениях

Преимущества использования электрофлотационных модулей:

высокая эффективность извлечения дисперсных веществ (гидроксидов и фосфатов тяжелых металлов и кальция, нефтепродуктов, поверхностно-активных и взвешенных веществ);

высокая производительность (1 м² оборудования - 4 м³/ч очищаемой воды);

отсутствие вторичного загрязнения воды благодаря примению нерастворимых электродов ОРТА;

низкие затраты электроэнергии от 0,5 до 1 кВт·ч/м³;

отсутствие заменяемых материалов (электродов, фильтров, сорбентов и пр.);

шлам менее влажный (94-96%), в 3-5 раз легче обезвоживается и может быть использован при изготовлении строительных материалов и / или пигментов для красителей [36].

1.3 Сорбционные методы

Гетерогенный ионный обмен или ионообменная сорбция - это процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующимина поверхности твердой фазы - ионита. Очистка сточных вод методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси (для нашего случая это медь и никель), очищать воду до ПДК с последующим ее использованием в технологических процессах или в системах оборотного водоснабжения.

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.

Промышленные фильтровальные установки для очистки сточных вод от тяжелых металлов созданы на основе ионообменных смол с макропористой полистиролыюй матрицей и иминодиуксусными хелатообразующими группами. Ионообменные фильтры предназначены для удаления ионов тяжелых металлов из промышленных стоков. Эти ионы могут быть выделены из растворов, содержащих высокие концентрации одновалентных ионов (как правило, натрия), а также двухвалентные катионы (такие как кальций). Смолы могут работать как в слабокислых, так и в слабоосновных растворах. Фильтры с загрузкой данных смол находят применение в процессах извлечения металлов из руд, стоков гальванических производств и производств печатных плат, различных промышленных рассолов и стоков даже в присутствии щелочноземельных металлов (кальция и магния). Другая важная область применения заключается в рафинировании соляных растворов переходных и благородных металлов, а также в очистке различных органических и неорганических химических продуктов удалением следов тяжелых металлов (обычно из водных растворов).

Ионообменные фильтры применяются для извлечения тяжелых металлов из сточных вод и концентрированных растворов. Склонность к комплексообразованию смол с различными катионами соответствует следующему ряду:

Сu > Ni > Zn > Со > Cd > Fe(II) > Mn > Са [35].

Практикуется последующее обессоливание и повторное использование промывных вод в технологическом цикле.

Ионообменные фильтры могут быть использованы для снижения содержания тяжелых металлов до уровня ниже максимально допустимой концентрации, который часто значительно ниже получаемого методом осаждения. Данное оборудование может быть использовано для удаления тяжелых металлов из обессоленных промывных вод гальванического производства в замкнутых циклах оборотного водоснабжения предприятий (безотходная технология).

Фильтровальные установки с селективными ионообменными смолами применяются также для разделения и концентрирования тяжелых металлов в процессах гидрометаллургии. Они особенно подходят для случаев с низкой концентрацией металлов. Процесс разделения различных металлов может проводится в соответствии с приведенным выше рядом селективности. Однако следует иметь в виду, что приведенная последовательность может меняться в зависимости от рН среды и присутствия определенных анионов (включая повышенные концентрации хлоридов и сульфатов). Последовательность селективности ионов, приведенная в данном описании применима для нейтральных и слабокислых растворов.

При экологической оценке ионообменной очистки промывных вод необходимо учитывать, что возврат их в производство сопровождается по меньшей мере утроенным сбросом солей по сравнению с приростом в актах технологического использования воды и традиционных методах очистки. В связи с этим ионообменная очистка отработанных электролитов перед сбросом в канализацию представляется бессмысленной как с экономической, так и экологической точек зрения. Ионообменная очистка электролита целесообразна только в случае его возвращения в производство. Во всех остальных - отработанный электролит перед сбросом надо обезвреживать, дозируя в небольших количествах в сточные воды, поступающие на электрофлотатор для очистки.

Рисунок 4 - Ионообменные фильтры

Ионообменное извлечение металлов из сточных вод позволяет рекуперировать ценные вещества с высокой степенью извлечения. Ионный обмен - это процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу, называются ионитами. Метод ионного обмена основан на применении катионитов и анионитов, сорбирующих из обрабатываемых сточных вод катионы и анионы растворенных солей. В процессе фильтрования обменные катионы и анионы заменяются катионами и анионами, извлекаемыми из сточных вод. Это приводит к истощению обменной способности материалов и необходимости их регенерации.

В промывных водах гальванического содержится до 30 различных ионов: катионы Cu, Zn, Ni, Сr, Fe, Cd и пр., анионы SO₄, Сl^-, NO₃, F^- и других кислот. Это необходимо учитывать при подборе типа ионообменных смол, условий регенерации, кондиционирования и других факторов.

В зависимости от технологии производства применяются различные методы очистки сточных вод: локальная очистка воды каждой ванны с помощью переносных ионообменных фильтров, очистка усредненных кислотно-щелочных сточных вод.

Выбор метода определяется характером гальванического цеха и химизмом взаимодействия ионообменных смол с загрязняющими веществами и их соединениями.

Стоки, содержащие масла, ПАВ и другие органические вещества, не могут непосредственно подаваться на ионообменные фильтры. Их предварительно очищают, обрабатывая флокулянтами, а затем извлекая образовавшиеся дисперсные вещества методом электрофлотации, фильтрации либо сорбции на активированных углях. Циансодержащие сточные воды обезвреживают гипохлоритом натрия.

Главный недостаток технологии ионного обмена состоит в том, что для выделения из воды элементов или солей необходимы регенерирующие кислоты или щелочи, которые впоследствии в виде солей поступают в окружающую среду, вызывая вторичное загрязнение последней [22 - c.74].

1.4 Мембранные методы

Мембранная технология основана на применении мембран, которые способны задерживать практически все многовалентные катионы. Для удаления ионов никеля и меди может применяться гиперфильтрация (обратный осмос). Процесс гиперфильтрации состоит в отделении воды от ИТМ через полупроницаемую мембрану. Диаметр пор такой мембраны составляет 0,001 мкм. Вода подается под давлением 60 - 100 атм. Гиперфильтр задерживает 50-70 % примесей. Поэтому применение мембран для очистки промывных сточных вод и регенерации электролитов представляется наиболее перспективным.

1) Обратный осмос - мембранный процесс очистки воды, для осуществления которого применяются мембраны с минимальным размером пор, соизмеримым с размером одиночных ионов, благодаря чему из воды удаляются все растворенные ионы и молекулы. Рабочее давление процесса в зависимости от солесодержания раствора составляет от 10 до 70 бар. Наиболее эффективно использование обратного осмоса для очистки воды.

Рисунок 5 - Принцип 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 [24 - c.41].

Рисунок 6- Обратноосмотическая установка

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) В технологии используются мембранные модули следующих основных конструкций:

половолоконные;

плоские;

трубчатые.

а                                   б                                    в

Рисунок 7 - Мембранные модули а - половолоконный; б - плоскорамный; в - трубчатый

В таблице 4 приведено краткое качественное сопоставление различных типов мембранных модулей, основанное на их конструктивных особенностях.

Таблица 4 - Сопоставление мембранных модулей различных конструкций

Как видно из таблицы, половолоконные мембранные модули обладают наиболее высокой плотностью упаковки, низкой материалоемкостью и минимально стоимостью. Видимо, именно в связи с этим они находят наиболее широкое применение как в режиме безнапорной погружной, так и в режиме традиционной напорной фильтрации.

Плоскорамные мембранные элементы представляют собой две плоские мембраны, разделенные дренажом и загерметизированные по периметру. Одной из уникальных особенностей мембранных модулей на основе плоскорамных элементов является возможность их эффективной работы под действием гравитационных сил. Таким образом, они обладают оптимальным набором эксплуатационных характеристик и на их основе могут проектироваться как комплектные (блочно-модульные), так и стационарные очистные сооружения высокой производительности.

Мембранные методы очистки: рулонный мембранный элемент для установки обратного осмоса состоит из трубки с прорезями для прохода пермеата и герметично присоединенного к ней пакета мембран, расположенного между ними дренажного листа и сетки-сепаратора, образующей межмембранные каналы. В процессе скручивания пакета для герметичного разделения напорной полости и полости сбора пермеата кромки дренажного листа пропитывают специальным клеем [15 - c.17].

Рулонный мембранный элемент для установки обратного осмоса состоит из трубки с прорезями для прохода пермеата и герметично присоединенного к ней пакета мембран, расположенного между ними дренажного листа и сетки-сепаратора, образующей межмембранные каналы. В процессе скручивания пакета для герметичного разделения напорной полости и полости сбора пермеата кромки дренажного листа пропитывают специальным клеем.

Рулонные мембранные элементы для установок обратного осмоса работают по принципу тангенциальной фильтрации. В процессе обессоливания, воды, она разделяется на два потока: фильтрат (обессоленная вода) и концентрат (раствор с высоким солесодержанием). Разделяемый поток воды движется в осевом направлении по межмембранным каналам рулонного элемента, а фильтрат спиралеобразно по дренажному листу в направлении отвода фильтра. Концентрат выходит с другой стороны мембранного модуля обратного осмоса.

Рисунок 8 - Рулонный модуль

Преимущества установок обратного осмоса с мембранными элементами рулонного типа:

удобство монтажа и демонтажа мембранного элемента в корпусе мембранной установки обратного осмоса;

низкая стоимость и простота конструкции напорного корпуса мембранной установки;

относительно низкие потери давления в установке;

использование для изготовления разделительных элементов плоской мембраны, качество которой может быть предварительно проконтролировано несложными способами.

Вода, прошедшая процесс предварительной очистки, подается на мембранную установку обратного осмоса. Обратноосмотические мембранные элементы задерживают все загрязнения диаметром более 0,1 нм. Мембрана пропускает молекулы растворителя (воды) и задерживает ионы растворимых солей: Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, К⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, SО₄²⁺, Cl^- и полный спектр органических веществ и коллоидов с размером, значительно превышающим диаметр пор мембран, в том числе вирусы и бактерии [31 - c.92].

1.5 Вакуумное выпаривание

Вакуумный выпариватель - это установка для индустриальной очистки стоков, в результате которой получается чистая деминерализованная вода, которую можно повторно использовать, и концентрированный остаток, который в 10-60 раз меньше исходного объема стоков и содержит все загрязняющие вещества. Кроме очистки воды, в ряде производств вакуумный вакуумно-выпарная установка может быть использована для восстановления исходных растворов, применяемых в технологическом процесc (например, при обработке промывочных вод после гальванических ванн можно концентрировать и возвращать в рабочие ванны драгоценные металлы (Ni, Cr, Cu, Ag), электролиты и другие активные растворы. Важной характеристикой данных установок является их способность значительно уменьшать объемы отходов переработки, что приводит в свою очередь к уменьшению затрат на их утилизацию.

Современные вакуумные выпарные установки представляют собой экономичные, малогабаритные установки, позволяющие эффективно решать проблемы водоочистки в различных отраслях промышленности.

Принцип действия вакуумно-выпарных установок, базируется на физических закономерностях, связанных с различием температур кипения разных растворов. Вода, достигнув температуры кипения, испаряется, освобождаясь таким образом, от растворенных и нерастворенных примесей. Пар поднимается вверх, а растворенные химические вещества, достигая предела растворимости, выпадают в осадок и могут быть концентрированы и затем удалены. Образовавшийся пар охлаждается, конденсируется и превращается снова в воду. Эта вода является высокоочищенной и может быть вновь использована.

Рисунок 9 - Выпарная установка

Важной особенностью вакуумных выпарных установoк является то, что oни функционируют с использованием вакуума (в отличии от традиционных систем, работающих с применением высоких температур). Это позволяет достигать процесса кипения уже при 20-35 градусах ( a не при 100 градусах, как это происходит в условиях нормального атмосферного давления). Как следствие этого происходит резкое снижение энергозатрат ( более 75 %)- чтобы выпарить 1 литр воды при нормальном атмосферном давлении требуется - 600 Вт, чтобы выпарить 1 литр воды с помощью вакуум-выпарной установки с тепловым насосом требуется 160 Вт, и 90 Вт в случае установки с высокой степенью энергосбережения.

Важной особенностью вакуумной выпарной установки является eё способность:

очищать одновременно различные стоки;

очищать стоки даже с высокой концентрациeй загрязняющих веществ (что довольно проблематично при многих других методах очистки);

очищать стоки, содержащие агрессивные жидкости. В результате очистки получается очищенная деминерализованная вода, которую можно снова использовать (или сливать в канализацию) и концентрированый отход. Вода, очищенная с помощью вакуумно-выпарной установки обладает удельной электропроводимостью ниже, чем 10мкСименс/см и является высокоочищенной (сравнима с дистиллированной водой, электропроводимость которой порядка 5 мкСименс/см).

Рисунок 10 - Технология работы выпарной установки

При обработке вод после гальванических ванн можно осуществлять концентрирование и восстановление драгоценных металлов (никель, хром, медь, серебро) из промывочных вод и возвращать их снова в рабочие ванны, а очищенный дистиллят в свою очередь напрявляется снова в промывочные ванны. Так как процесс кипения осуществляется при низких температурах, не происходит кроме того разложения органических добавок, присутствующих в активных растворах.

Способность вакуумной выпарной установки концентрировать, для ряда производств может быть использована для восстановления растворов, что позволяет возвращать их в технологический процесс [33].

2. Общая характеристика предприятия и основные производственные процессы

2.1 Производственная деятельность предприятия

Основной деятельностью ООО «УК Татпроф» является изготовление алюминиевого профиля и производство строительных конструкций и изделий из алюминия. Профили изготавливаются методом горячего прессования, согласно ГОСТ 22233-2001 из алюминиевых сплавов системы алюминий- магний-кремний.

Завод входит в корпорацию «Расстал», но функционирует как самостоятельное предприятие, имеет собственную территорию и, расположенную к ней производственный корпус с технологическим оборудованием.

Фактический и юридический адрес предприятия 423802, Республика Татарстан, г.Набережные Челны, пр.М.Джалиля,78, ИНН предприятия 1650089015, код ОКПО 27854486, код ОКВЭД 28.1, 36.6.

Производственные корпуса предприятия расположены к югу от города Набережные Челны на территории базы строительной индустрии (БСИ). Удаленность предприятия от жилых массивов составляет: от пос.Сидоровка - 2км, от пос.ГЭС - 4км, от пос.ЗЯБ - 5км. С восточной стороны на расстоянии 80 метров предприятие граничит с территорией ДСК; севернее на расстоянии 100 метров расположены предприятия по производству товаров народного потребления ООО «Сатурн», ООО «ДИЕВ»; с западной стороны- пустырь; с юга расположены корпуса ЖБИ-210.

Общая площадь промплощадки составляет 3,1921 га, в т.ч. кровли - 2,599 га, асфальтобетонных покрытий - 0,12 га, грунта - 00,4731 га.

Санитарно-защитная зона - 300 метров согласно р.4.1.2 СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Машиностроительное и металлообрабатывающие предприятия с применением литья под давлением из алюминиевых сплавов» [7-c. 5].

Временной режим работы 365 дней в году.

Численность данного предприятия составляет 487 человек, в том числе: производственный персонал - 462 человек, административно-управленческий персонал - 25 человек.

Предприятие осуществляет производственную деятельность в пределах одной промплощадки.

.2 Производство на предприятии ООО «УК Татпроф»

Для производства алюминиевого профиля используется высококачественное сырье, соответствующее требованиям ГОСТ 4784-97 и международным стандартам DIN 1725. На предприятии действует стопроцентный входной контроль поступающего сырья.

На всех предприятиях компании ТАТПРОФ разработана, сертифицирована и успешно функционирует система качества на основе требований международных стандартов ИСО 9000-2001.

В состав ООО «УК ТАТПРОФ» входят следующие структурные подразделения:

литейное производство;

цех изготовления профилей (прессовый комплекс);

цех механической обработки;

цех полимерно-порошкового покрытия;

автостоянка [12 - c.7].

.2.1 Литейное производство

В литейном производстве используется стационарная отражательная печь плавления. С одной стороны плавильной печи установлены две двойные регенеративные автономные промышленные газовые горелки высокой мощности, расположенные под наклоном для обеспечения наибольшей степени теплоотдачи, что ускоряет процесс плавки алюминиевой шихты внутри плавильной печи. Для достижения наибольшей эффективности горения около горелок установлены дутьевые устройства. Система горения полностью автоматизирована и управляется регуляторами допустимой температуры, которые с помощью температурных датчиков автоматически отключает систему при температуре, превышающей допустимую.

Основные рабочие циклы печи: подогрев → загрузка сырья → жидкая плавка → шлак → дегазация и флюсование → плавка → загрузка при температуре на разлив.

Запуск литья слитков производиться в следующей последовательности:

металл разогревается в печи до температуры 735-745 ⁰С;

открываются электрозадвижки подачи охлаждающей воды;

на пульте управления выставляется скорость литья;

открывается задвижка сброса воды и задвижка подачи воды в коллектор;

открывается вентиль подачи аргона из системы газоснабжения;

подается расплав из печи в приемные блок металлопровода, лигатурный пруток направляется в металлопровод;

расплавом заполняется металлопровод, блоки дегазации и фильтрации, приемный распределительный желоб коллектора до верхнего уровня заслонок.

Далее управление прессом литья может осуществляться в ручном или автоматическом режимах. В результате получается слитки заданной длины. При завершении литья слитков прекращается подача металла в металлопровод, остатки металла сливаются в специальные емкости. Остатки окислов и шлака вычерпываются из блока дегазации с помощью шумовок в специальные емкости. Слитки после остывания вынимаются мостовым краном. Укладка слитков производиться на специальные подкладки [12 - c.8].

.2.2 Цех изготовления профилей (прессовый комплекс)

Изготовление алюминиевого профиля из стандартного цилиндрического слитка - осуществляется на прессовых комплексах: Р-150 с усилием прессования 1500 тонн; Р-280 с усилием прессования 2800 тонн; Р-188 с усилием прессования 1705 тонн; Р-146 с усилием прессования 1320 тонн; Р-147 с усилием прессования 1320 тонн; Р-200 с усилием прессования 2000 тонн.

Для всех комплексов характерен высокий уровень автоматизации производственного процесса производства алюминиевого профиля, включающего несколько этапов: нагрев слитка с созданием градиента температур по длине → резка слитка в размер, необходимый для прессования → собственно прессование с натяжением → закалка полученного профиля правка профиля с помощью правильно-растяжного устройства → резка профиля → окончательная термообработка (старение) в специальных автоматических газовых печах.

Наличие прессов разного усилия прессования и использующих слитки разного диаметра позволяет предприятию гибко и оперативно реагировать на возрастающие требования заказчиков. В настоящее время производством освоено более 3000 наименований профиля.

Прессовый комплекс ПБ 8841 имеет в своем составе гидравлический горизонтальный пресс с индивидуальным приводом, закалочное устройство, пуллер, правильно-растяжной агрегат, отрезной станок и печь старения. Прессовые комплексы Р-150, Р-280 управляются современными промышленными компьютерами и имеют в своем составе гидравлический горизонтальный пресс с индивидуальным приводом, закалочное устройство, пуллер, правильно-растяжной агрегат, отрезной станок и печи старения.

С места хранения слитки перемещаются на разгрузочный стол пресса. Слитки подаются по одному в газовую печь нагрева, где они нагреваются до температуры 450-480⁰С. От слитка отрезается заготовка горячими ножницами и подаётся в контейнер пресса.

В прессе заготовка выдавливается через прессовую фильеру, образую профиль.

Изделие нужной формы на закалочном столе охлаждается до температуры окружающей среды.

Изготовленный профиль распиливаются на мерные длины и укладывают в тары. Тары с профилем подвергаются термообработке в газовых печах старения.

В печи старения профиль нагревается до 190 ⁰С и выдерживается при такой температуре 5-8 часов.

Состаренный профиль отправляется на участок полимерно-порошкового покрытия [12 - c.11].

2.2.3  Цех полимерно-порошкового покрытия

Окраска профиля производится методами полимерно-порошкового покрытия и анодирования на современных автоматических линиях. Весь технологический процесс от подготовки профиля до нанесения защитной пленки на лицевые поверхности профилей позволяет получать высококачественные покрытия всей гаммы цветов системы RAL, соответствующие требованиям ГОСТ 9.410 и ГОСТ 22233-2001 [29].

Анодирование производится на немецкой линии анодирования «LUDI Гальванотехник» производительностью 50000 м² в месяц. Используются шесть основных цветов окраски, от бесцветного до черного.Покраска профиля полимерно-порошковым осуществляется следующим образом:

. Полимерно-порошковое покрытие осуществляется на двух автоматических линиях:

производительность линий 260 000 м² в месяц;

возможность окраски в любой цвет по каталогу RAL;

покрытие полиэфирной краской фирмы «TEКNOS» (Финляндия).

. Формирование (закрепление) покрытия на изделии в конвективных

печах с температурой 200 ⁰С [12 - c.13].

2.2.4  Упаковка и складирование

Складирование продукции, упаковка и комплектование заказов производится в корпусе участка полимерно-порошкового покрытия. Участок упаковки, оснащенный кондукторами, упаковочными столами, пилой для резки брусков, полуавтоматами для упаковки изделий в стрейч-пленку, позволяет упаковывать до 50 тонн изделий в смену.

На предприятии внедрены следующие виды упаковки:

в горфокартонные коробки габаритами от 200*200 мм, 600*600 мм, максимальным весом коробок 1,5 т;

в стрейч-пленку, небольшими партиями;

в стяжки, рассчитанные на перевозку алюминиевых профилей на близкие расстояния;

в полиэтиленовую пленку, с максимальным весом упаковки 30 кг, для профилей с порошково-полимерным покрытием.

Готовые изделия протираются обтирочным материалом, скрепляются в одной упаковке по несколько штук стальной лентой с использованием деревянных брусков. С целью сохранения потребительских свойств (предотвращение царапин и других повреждений) профиль упаковывается предварительно в горфкартон по всей длине профиля, затем оборачивается полиэтиленовой стрейч-пленкой и упаковывается в горфкартон или в деревянные ящики.

Для изготовления деревянных ящиков закупается мерный деревянный брус и используется стальная лента. При изготовлении деревянных ящиков нестандартного образца (5-6 ящиков в месяц) осуществляется торцовка в размер дисковой пилой. Пила оборудована отсосом с брезентовым мешком для сбора деревянных опилок [12 - c.14].

3. Предприятия как источник техногенного загрязнения

3.1    Воздействие предприятия на атмосферный воздух

На территории площадки предприятия расположены следующие цеха и участки, загрязняющую атмосферу: цех изготовление профилей, цех полимерно-порошкового покрытия, цех механической обработки, автохозяйство, стоянки автотранспорта, покрасочный участок.

К основным источникам загрязнения атмосферы на предприятии относятся:

-        печи нагрева заготовок, работающие на газе;

-        печи старения, работающие на газе;

         сварочные аппараты;

         ванны травления, осветления, фосфатирования;

         печь полимеризации;

         дисковые пилы;

         отрезные пилы и станки;

         металлообрабатывающие станки;

         автомобили при заезде и выезде с автостоянок.

В процессе производственной деятельности ООО «УК Татпроф» от 30 источников выбросов в атмосферу выбрасывается 93,897935 тонн вредных веществ 35 наименований.

Печи нагрева и старения работают на газе. Через дымовые трубы выбрасываются: оксиды азота, оксид углерода. Выброс организованный.

Сварочные посты производят электросварку штучными электродами типа: УОНИ, вольфрамовые, МР-3, МР-4. Выброс организованный и неорганизованный. Воздух выбрасываются: оксиды железа, соединение марганца, фтористые соединения, азота диоксид, углерода оксид, пыль неорганическая.

При нанесении полимерно-порошкового покрытия выбрасываются взвешенные вещества, выброс организованный.

От гальванического производства в атмосферный воздух поступают: натрия карбонат, едкий натр, азотная кислота, ортофосфорная кислота. Выброс от ванн травления, осветления, фосфатирования организованный.

При работе дисковых пил для дерева выделяется пыль древесная, которая после прохождения через рукавный фильтр выбрасывается в рабочую зону, а затем через неплотности оконных и дверных проемов в атмосферу. Выброс неорганизованный.

При производстве окрасочных работ выделяются следующие загрязняющие вещества: ксилол, толуол, спирт н-бутиловый, спирт этиловый, этилцеллозольв, бутилацетат, ацетон, уайт-спирит, взвешенные вещества. Выброс неорганизованный [4 - c.26].

На открытых автомобильных стоянках являются двигатели внутреннего сгорания автомобилей. При прогреве, заезде и выезде, пробеге по площадкам стоянок автотранспорта выделяется: углерода оксид, оксиды азота, сажа, серы диоксид, керосин, бензин. Выброс от стоянок неорганизованный.

В 2008 году предприятие ввело в эксплуатацию участок плавки и литья алюминия. Источниками выделения загрязняющих веществ являются: отражательная пламенная печь и печь гомогенизации, работающем на природном газе, тросовая литейная машина и отрезной станок. Выбросы от всех источников организованные через трубы. От литейного производства в атмосферу поступает: алюминия оксид, азота диоксид, водород хлористый, углерод оксид, серы диоксид, фтористые соединения газообразные.

Выбрасываемые вещества образуют 4 группы суммаций:

-        суммация (6009): азота диоксид + ангидрид сернистый;

-        суммация (6022): вольфрама оксид + ангидрид сернистый;

         суммация (6039): ангидрид сернистый + фтористые соединения газообразные (фтористый водород);

суммация (6049): углерода оксид + пыль неорганическая.

Рисунок 11 - Доля распределения загрязняющих веществ в общих выбросах в атмосферу по классам опасности.

Расчеты приземных концентрации и рассеивания выбросов вредных

веществ в атмосфере от источников промплощадок предприятия как без учета, так и с учетом фонового загрязнения атмосферы показали, что максимальное концентрация всех загрязняющих веществ на границе СЗЗ и в жилой зоне не превышает ПДК и ОБУВ, установленные для населенных мест [6 -c. 45].

.2 Образование сточных вод

Водоснабжение ООО «УК Татпроф» осуществляется из одной водозаборной скважины глубиной 75 м, пробуренной на его территории в 1987 году. Нормативно-расчетное водопотребление из скважины составляет 192 м³/сутки или 64,860 тыс. м³/год, в том числе на хозяйственно-питьевые нужды расходуется 22 м³/сутки (7,63 тыс. м³/год), на производственные 170 м³/сутки (57,23 тыс. м³/год).

Скважиной эксплуатируется водоносная нижнеказанская карбонатно-терригенная свита, кровля которой залегает на глубине 60м, что соответствует абсолютной отметке 60м. Водовмещающие породы представлены песчаниками, известняками, вскрытая мощность которых составляет 13м. Водоносная свита защищена от загрязнения с поверхности толщей плотных глин казанского яруса общей мощностью порядка 40 м. По химическому составу подземные воды характеризуются общей жесткостью 7,5 ммоль/дм³, сухим остатком 393,9 мг/м³, содержанием сульфатов 32,5 мг/дм³, хлоридов 25,1 мг/дм³, железа 0,1 мг/дм³, нитратов 13,6 мг/дм³, нитритов 0,006 мг/дм³. По изученным компонентам качество воды соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода» [2-c.3].

Скважина оборудована насосом ЭЦВ6-16-80 на глубину м. Водосборная скважина эксплуатируется круглогодично круглосуточно в автоматическом режиме, в среднем 11 часов в сутки производительностью 16м³/час.

Добываемая из скважины вода подается на водонапорную башню объемом 15 м³, расположенную вблизи скважины, а затем - в разводящую сеть. Учет объемов забираемых подземных вод ведется с помощью водомерного счетчика «ВЗЛЕТ ЭР» с октября 2002 года, данные по водоотбору заносятся в журнал установленной формы. Уровень воды замеряется с помощью электроуровнемера УСК-ТЭ-100 с записью результатов в журнале.

Вокруг скважины установлено ограждение в радиусе 15м.

Так же водоснабжение предприятия осуществляется в соответствии с договором с ЗАО «Челныводоканал» (Договор № 104/С - 259-ВК от 01.01.2009 г.), объем которого составляет 65 040 м³/год.

Отвод производственных и хозяйственно-бытовых вод осуществляется в систему городской канализации г.Набережные Челны согласно заключенному договору с ЗАО «Челныводоканал».

Предусматриваются следующие сети водоснабжения:

водопровод хозяйственно-питьевой, противопожарный;

водопровод горячей воды.

Хозяйственно-питьевая воды используется на бытовые, производственные нужды, приготовление горячей воды и внутреннее пожаротушение. На производстве применяется для промывки осветлительных фильтров и для заполнения ванн цеха гальванопокрытий.

Горячая вода предусматривается для подачи воды к санитарным приборам. Приготовление горячей воды предусматривается в электронагревателях.

На предприятии запроектированы следующие сети канализации:

бытовая канализация;

канализация концентрированных кислых вод;

канализация концентрированных щелочных стоков;

канализация промывных кислотощелочных вод;

внутренний водосток.

На линии предварительной подготовки поверхности в ваннах травления

осуществляется приготовление следующих растворов:

раствор обезжиривания (основным компонентом является моющая композиция КМ-25 ТУ6-00-0209714-9-91 концентрацией 24-40г/л);

раствор щелочного травления (основным компонентом является NaOH ГОСТ 2263-79- натр едкий технический);

раствор химической очистки (осветления) (основным компонентом является азотная кислота HNO₃ ОСТ 113-03-270-90 концентрацией 100-150 г/л).

Для анодирования того или иного изделия из алюминия его поверхность нужно тщательно подготовить, очистив от любых загрязнений и удалив естественную оксидную пленку. С этой целью изделия подвергают обезжириванию и травлению. После травления металла проводится его промывка, нейтрализация и осветление при помощи 15-20% раствора азотной кислоты.

Алюминий легко растворяется в растворах щелочей, поэтому для обезвреживания их применяют менее концентрированные щелочные растворы, в присутствии которого на металле образуется пленка, предохраняющая поверхность от разрушения. Щелочное обезжиривание проводят в ванне для щелочного обезжиривания объемом 10 м³, где удаляется масло, грязь с поверхности.

Промывка после обезжиривания осуществляется в ванне промывки объемом 10 м³, которая предназначена для промывки алюминиевых деталей после обезжиривания. Промывка происходит технической водой при комнатной температуре.

Щелочное травление осуществляется в ванне травления объемом 10 м³, предназначенной для травления алюминиевых деталей. Здесь удаляется оксидная пленка, сглаживаются механические дефекты экструзии, придается поверхности эффект матирования. Травление происходит в растворе едкого натрия при t= 55-65ºС .

После травления проводится тщательная промывка изделия водой в двух резервуарах объемом 10 м³, а также дополнительное орошение чистой водой после его выхода из последнего резервуара. Промывка происходит технической водой при комнатной температуре.

Неотъемлемый этап после щелочного травления - процесс кислотного осветления. Его задача - предохранение от переноса щелочи в последующие ванны. Но это не единственная задача такой обработки. В зависимости от вида алюминиевого сплава в его состав могут входить такие компоненты, как Mg, Si, Zn, Cu, Fe и др. Некоторые из них нерастворимы в щелочах (Cu, Fe, Si), а следовательно после травления будут оставаться на обработанной поверхности алюминия в виде темного осадка. Чтобы это устранить и используется, собственно говоря, дополнительный процесс кислотного осветления или нейтрализации.

Осветление металла производится при помощи 25-30% азотной кислоты, в ванну с которой при комнатной температуре погружается изделие.

Промывка после осветления осуществляется в ванне промывки. Промывка происходит технической водой при комнатной температуре.

Затем профиля отравляются в ванны анодирования, которые позволяют создать оксидные пленки с высокой твердостью и износостойкостью. Для этого предназначена ванна анодирования объемом 10 м³, где наносится анодно-окисное покрытие на поверхность деталей. Далее изделие подаются на последующее промывание, после которого изделие поступает на электролитическое окрашивание.

Нанесение полимерно-порошкового покрытия на всю поверхность профиля в камере осуществляется электростатистическим способом. Производится в ванне электролитического окрашивания, предназначенной для окрашивания анодированных деталей электролитическим способом в цвет золота. Окрашивание происходит в кислом растворе хим. реагента Tecnostab и калия марганцовокислого при t= 18-20 ºС. В данном процессе переменный ток подается через трансформатор в комплекте с системой автоматического управления. Изделие снова погружают в ванну промывания и после чего поступает на сушку.

Формирование (закрепление) покрытия на изделии производится в

конвективных печах с температурой 200 ºС.

Итак, в результате образуются следующие стоки:

концентрированные кислые стоки;

концентрированные щелочные стоки;

промывные кислотощелочные стоки.

При процессе химической обработки поверхности алюминия на предприятии ООО «УК Татпроф» образуются сточные воды объемом 89,9 м³/сутки, которые отличаются высоким содержанием взвешенных веществ, тяжелых металлов, в частности алюминия,цинка и железа.

Количество образующихся в цехе анодирования загрязняющих веществ приведена в таблице 5.

Таблица 5 - Состав сточных вод гальванического участка на ООО «УК Татпроф».

Превышения допустимой концентрации наблюдаются по взвешенным веществам, нитрат-ионам, нитрит-ионам, алюминию, железу общему и цинку [8 -c. 37].

.3 Характеристика образовавшихся твердых отходов производства

В процессе деятельности предприятия образуется 1237,3144 тонн в год отходов производства и потребления 52 видов, в том числе:

-        0,088 т отходов 1 класса опасности;

-        0,832 т отходов 2 класса опасности;

         15,1194 т отходов 3 класса опасности;

         778,666 т отходов 4 класса опасности;

         442,609 т отходов 5 класса опасности.

Отходы 1-4 классов опасности от сторонних юридических и физических лиц в целях дельнейшего использования, обезвреживания, транспортирования, размещения не принимаются.

Рисунок 12 - Распределение образующихся отходов по классам опасности, т/год

На территории предприятия оборудованы специализированные места для временного накопления отходов. Предельное количество накопления отходов на территории предприятия обосновано вместимостью объектов (емкостей) для хранения отходов. объемами транспортных партий, санитарными, противопожарными и экологическими требованиями по хранению отдельных видов отходов. Суммарный по всем видам отходов норматив предельного количества их накопления на территории предприятия составляет 76,6693 т. Предельный срок накопления отходов 1-4 класса опасности на территории предприятия не превышает шесть месяцев.

Отходы, образующиеся в процессе деятельности предприятия и являющиеся вторичным сырьем, передаются предприятиям, имеющим лицензию на вид деятельности по обращению с опасными отходами и осуществляющим деятельность по сбору, транспортированию, использованию, обезвреживанию отходов, являющихся вторичным сырьем. Вывоз отходов 1-4 класса опасности, подлежащих передаче на повторное использование, самостоятельно не производится.

ООО «УК Татпроф» не осуществляет деятельность по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортированию, размещению отходов 1-4 класса опасности.

Предприятие не использует отходы в собственной деятельности. Специализированные установки по обезвреживанию отходов на предприятии отсутствуют.

Передача отходов для захоронения производится на основании заключенных договоров на полигоне ТБО г.Набережные Челны в размере 67,19 т/год.

Собственных объектов размещения отходов для длительного хранения и захоронения предприятие не имеет.

Отходы, образующиеся на предприятии, перечислены ниже.

1.  Ртутные лампы, люминесцентные ртутьсодержащие трубки

отработанные и брак хранятся в специально отведенном месте с бетонным основанием. Лампы размещены в картонную коробку, которая с свою очередь, помещается в герметичный металлический контейнер объемом 1м³ (2шт.). На предприятии производится сбор и временное хранение ламп до передачи 2 раза в год в ООО ПЭК. Норматив предельного накопления - 0,0261т;

2.  Отходы лакокрасочных средств собираются и хранятся в специально отведенном месте склада с бетонным покрытием в металлическом контейнере до передачи 1 раз в год в ООО ПЭК. Норматив предельного накопления - 0,1497т;

3.      Отходы рубероида собираются и хранятся на бетонированной площадке под навесом в металлическом контейнере с крышкой объемом 0,5м³ до передачи в ООО ПЭК. Норматив предельного накопления- 0,1575т;

.        Прочие твердые минеральные отходы собираются и хранятся на бетонированной площадке под навесом в металлическом контейнере с крышкой объемом 1м³ в металлических контейнерах ТБО с крышкой до передачи в ООО ПЭК. Норматив предельного накопления - 11,2967 т;

.        Отходы черных металлов с примесями (тара из-под ЛКС) собираются и хранятся в специально отведенном месте склада с бетонным покрытием в металлическом контейнере до передачи 4 раз в год в ООО ПЭК. Норматив предельного накопления - 0,7485т;

.        Отходы бумаги и картона от канцелярской деятельности и делопроизводства собираются и хранятся в специально отведенном месте склада с бетонным покрытием в металлическом контейнере до передачи в ООО ПЭК. Норматив предельного накопления - 0,8445 т;

. Бой строительного кирпича собираются и хранятся в специально отведенном месте склада с бетонным покрытием в металлическом контейнере до передачи в ООО ПЭК. Норматив предельного накопления - 4,2701 т;

8.  Лом черных металлов несортированный собираются и хранится в специально отведенном м0сте склада с бетонным покрытием в металлическом контейнере до передачи в ООО ПЭК. Норматив предельного накопления - 7,000 т;

9. Полиэтиленовая тара, поврежденная собираются и хранится в специально отведенном месте АБК, с асфальтовым покрытием, без тары, навалом до передачи в ООО ПЭК. Норматив предельного накопления - 0,0611т;

. Обрезки и обрывки тканей смешанных хранятся в специально отведенном месте с бетонным основанием. Норматив предельного накопления- 1,314 т [9 -c.58].

4. Характеристика станции очистки сточных вод гальванического производства

.1 Действующая станция очистки гальванических стоков на ООО «УК Татпроф»

В гальваническом производстве вода используется на хозяйственно-бытовые, противопожарные и технологические нужды. Технологические нужды включают в себя: приготовление технологических растворов, промывка деталей, охлаждение оборудования (выпрямители) и растворов (ванны), прочие нужды (промывка фильтров, профилактика оборудования). Расход воды на приготовление технологических растворов определяется объемом ванн и составом растворов. Расход воды на охлаждение выпрямителей определяется их типом и мощностью и указывается в технической документации (паспорте). До 90-95% воды в гальваническом производстве используется на промывочные операции, причем удельный расход воды зависит от применяемого оборудования и колеблется в широком диапазоне от 0,2 до 2,3 м³ на 1 м² обрабатываемой поверхности. Основным видом отходов в гальваническом производстве являются промывные воды смешанного состава, содержащие несколько видов тяжелых металлов, объединяющиеся с кислотно-щелочными [5-с.192].

Промывные кислые воды образуются в ваннах холодной промывки после фосфатирования, химической очистки. Промывные щелочные воды образуются в ванне горячей промывки после обеззараживания и щелочного травления. Концентрированные кислые стоки образуются в ванне осветления. Концентрированные щелочные стоки образуются в ванне обезжиривания и травления. При смешивании вод кислых и щелочных, во время замены растворов воды в промывных ваннах происходит нейтрализация. При нейтрализации для осаждения ионов тяжелых металлов концентрированные стоки сбрасываются в запасную емкость, хорошо перемешиваются и отстаиваются [7- с.69].

Система очистки гальванических стоков работает следующим образом: промывные и сточные воды гальванического производства подаются в накопительную емкость Е1. Из емкости Е1 стоки насосом Н1 подается в реактор Р1. В реактор Р1 для предварительной обработки сточных вод дозаторами НД2 и НД3 дозируются реагенты: раствор щелочи и флокулянта. Из реактора Р1 стоки поступают в отстойник. После осаждения, осветленная вода сбрасывается в канализацию, а осадок в фильтр-пресс, который после обезвоживания подается на утилизацию. [10 - c.15].

Схема существующей станции очистки приведена на Листе № 1.

Недостаток системы очистки в том, что кислые и щелочные сточные воды смешивают друг с другом без учета их рН, что приводит к тому, что рН смешанных сточных вод может изменяться от кислой до основной.

Растворимые неорганические загрязнения, представляющие собой электролиты, удаляют из сточных вод гальванического производства переводом ионов тяжелых металлов в малорастворимые соединения, используя для этого реагентный метод. Реагентная обработка, как самый распространенный способ очистки стоков, предусматривающий последующий слив очищенной воды в канализацию, часто не позволяет очистить воду до требуемых показателей по тяжелым металлам.

.2 Создание оборотного водоснабжения на станции очистки

Гальваническое производство является одним из наиболее водоемких, промывные воды здесь составляют 50% от общего количества стоков, образующихся на предприятиях металлообработки.

Последние годы проблема создания водооборота на предприятиях Российской Федерации стоит особенно остро. Повышение цен на водопотребление и водоотведение заставляет предприятия лихорадочно искать способы обеспечения рентабельности производств. При этом в различных технологических циклах требования к качеству оборотной воды различны. Соответственно и рынок производителей и поставщиков систем оборотного водоснабжения для получения воды высокого качества развивается довольно стремительно.

Цель всех работ по созданию эффективных систем очистки сточных вод гальванопроизводств сводится к решению следующих задач:

обеспечение соответствующего качества очищенных стоков;

снижение водопотребления на операциях промывки и соответственно сбросов в канализацию за счет создания замкнутого водооборота [11 - с.109].

При необходимости создания замкнутого водооборота уместно использование комплексной мембранной технологии, сочетающей традиционные методы очистки и метод обратноосмотического обессоливания, применение которой позволяет доводить содержание примесей в очищенной воде до требуемых норм по ГОСТ 9.314-90 «Вода для гальванического производства и схемы промывок. Общие требования» [36].

Применение ультрафильтрации позволит снизить расход свежей воды и исключить сброс сточных вод, образующихся при промывке изделий. В этом процессе осуществлен замкнутый цикл водооборота, при котором очищенную воду повторно используют для промывки. За счет этого достигается высокая рентабельность процесса.

Технология очистки гальванических сточных вод с применением комбинирования электрофлотации, микрофильтрации (ультрафильтрации) и обратного осмоса представлена на рисунке 13.

Рисунок 13 - Оборотное водоснабжение гальванического производства

На первом этапе производится извлечение дисперсных веществ в электрофлотаторе, на втором этапе производится микро- ультрафильтрационная очистка воды перед подачей на установку обратного осмоса, на третьем этапе производится обессоливание воды. Оборотное водоснабжение осуществляется благодаря удалению из воды тяжелых металлов, органических соединений и растворимых солей, что позволяет получить очищенную воду очень высокого качества, которую можно использовать по замкнутому циклу.

Схема предлагаемой станции очистки приведена на листе № 2.

Предлагаемые технические решения характеризуются:

высоким качеством очищенной - оборотной воды (в соответствии с ГОСТ 9.314);

возможностью регулирования качества чистки воды (после микро-, ультрафильтрации и/или после обратного осмоса);

сокращением водопотребления на 90-95 %,

отсутствием жидких отходов и платы за превышения ПДК сброса в водные объекты;

низкими эксплуатационными затратами (срок службы нерастворимых электродов электрофлотатора - до 10 лет, срок службы мембран - до 5 лет);

возможностью повышения мощности очистных сооружений за счет модульности исполнения;

малыми занимаемыми площадями (10-12 м² площади/1 м³ очищаемой воды в час при двухъярусном размещении оборудования) [19 - c.12].

Данное техническое решение позволяет получить два различных типа воды для повторного использования на операция промывки и приготовления растворов электролитов (Вода категории 2 и 3 по ГОСТ 9.314). Использование воды различного качества позволяет снизить эксплуатационные затраты без ухудшения качества нанесения покрытий.

Данная система очистки сточных вод является классической для очистных сооружений гальванических производств и производств печатных плат. Она включает в себя несколько стадий обработки промывных вод и отработанных концентрированных растворов электролитов. Рассмотрим стадии очистки сточной воды более подробно:

усреднение промывных вод в накопительных емкостях и пропорциональное дозирование отработанных концентрированных растворов для отсутствия залпового сброса и обработка флокулянтом (Суперфлок А-100) в реакторе для более эффективной очистки сточных вод;

высокоэффективная очистка сточной воды от тяжелых металлов, предварительно переведенных в фазу гидроксидов в электрофлотаторе с получением пенного продукта относительно низкой влажности» 96%;

безвоживание пенного продукта флотации (шлама) на рамном фильтр прессе до» 70%. Обезвоженный шлам может использовать в качестве вторсырья в строительном производстве;

тонкая фильтрация воды на мембранном фильтре 5-20 мкм для очистки от остаточных взвешенных веществ;

глубокая очистка воды от тяжелых металлов в растворенном (ионном) состоянии обратноосмотиечкой установке.

Система работает следующим образом: промывные и сточные воды гальванического производства подаются в накопительную емкость. Из емкости стоки насосом подается в реактор. В реактор для предварительной обработки сточных вод дозаторами дозируются реагенты: раствор щелочи и флокулянта. Из реактора стоки поступают на электрофлотатор, в котором по представленному ниже механизму осуществляется извлечение гидроксидов тяжелых металлов, нефтепродуктов и СПАВ. Из накопительной емкости в другую емкость дозатором дозируются отработанные технологические растворы. Из электрофлотатора очищенная вода поступает в сборную емкость. Осветленная вода из сборной емкости подается насосом на мембранный фильтр, и далее на обратноосмтическую установку в которых происходит извлечение следовых концентраций ионов тяжелых металлов до региональных требований ПДК по сбросам. После очистки вода возвращается в технологический цикл на повторное использование для технических нужд предприятия (в соответствии с ГОСТ 9.314-90 вода 2-й категории). Шлам подается для обезвоживания на фильтр-пресс. Обезвоженный шлам влажностью не более 70% утилизируется [14 - с.138].

Подробно рассмотрено оборудование для очистки промышленных сточных вод на базе электрофлотаторов, ультрафильтрации и мембранных технологий обратного осмоса.

.3 Выбор оборудования и технологической схемы очистки сточных вод

.3.1 Электрохимический аппарат

Одним из основных технических узлов системы оборотного водоснабжения является электрофлотационный модуль, состоящий из электрофлотатора, блока нерастворимых электродов, пеносборного устройства и энергосберегающего источника питания.

Работа электрофлотатора основана на процессах выделения электролитических газов при электролизе воды и флотационном эффекте. Модуль может работать как в непрерывном, так и в периодическом режиме. В процессе электрофлотации происходит извлечение из сточных вод комплекса загрязняющих веществ: гидроксидов и фосфатов тяжелых металлов на 95-99 %, взвешенных веществ на 95-99 %, нефтепродуктов на 70-90 %, поверхностно-активных веществ на 50-70 %, в присутствии различных анионов.

Электрофлотационное оборудование является достаточно компактным, высокопроизводительным, значительно упрощает технологические схемы очистки воды, процессы управления и эксплуатации сравнительно просто автоматизируются. Весьма позитивным является тот факт, что при электрохимической очистке сточных вод, как правило, не увеличивается анионный (солевой) состав предварительно очищенной воды. При этом значительно снижается количество и влажность образующегося осадка, который легко обезвоживается на недорогих рамных фильтр-прессах отечественного производства.

Кроме того, очистка сточных вод методом электрофлотации одновременно сопровождается такими процессами, как снижение концентрации бактерий и микроорганизмов, мутности и химического потребления кислорода ХПК. Благодаря этим особенностям процесса снижается нагрузка на установку микро-, ультрафильтрации, что продлевает периоды времени между ее регенерациями и срок службы мембранных элементов. В электрофлотационных установках для проведения процесса флотации используют газообразные продукты - водород и кислород, выделяющиеся на электродах при электролизе обрабатываемой воды. На катоде происходит разряд молекул воды с образованием водорода:

Н₂О + 2е → Н₂ + 2НО^-

На аноде процесс окисления сопровождается выделением кислорода:

Н₂О → О₂ + 4Н⁺+ 4е

В этом процессе очистка сточных вод от взвешенных частиц проходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. На аноде возникают пузырьки кислорода, а на катоде - водорода. Поднимаясь в сточной воде, эти пузырьки флотируют взвешенные частицы. Следовательно, при электрофлотации извлечение загрязнений происходит в результате прилипания к частицам подымающихся в воде пузырьков, а также образования на поверхности частичек пузырьков из пересыщенного раствора.

Величина пузырьков газа зависит от электропроводности сточной воды: чем меньше электропроводность, тем выше напряженность электрического поля и тем мельче пузырьки. Размер пузырьков водорода значительно меньше пузырьков кислорода, выделяющихся на аноде, и меньше, чем при других методах флотации. Диаметр пузырьков водорода меняется в пределах от 20 до 40 мкм, тогда как диаметр пузырьков кислорода в двое больше водородных. На размер пузырьков влияет плотность тока_; свойства поверхности электрода, его форма, рН и температура среды, поверхностное натяжение на границе раздела фаз электрод-раствор.

Таблица 6 - Технические характеристики электрофлотационного модуля

Электрофлотатор работает следующим образом. Очищаемая вода поступает через патрубки 1 в нижнюю часть камеры флокуляции 2 и проходит между анодом 3 и катодом 4, на которых образуются пузырьки газа, захватывающие твердые частицы и флотирующие их на поверхность жидкости.

Пена собирается на поверхности, а жидкость поступает в камеру 5, где также обрабатывается пузырьками газа в нисходящем потоке и поступает в камеру 6, где она обрабатывается в восходящем потоке. В камере 7 происходит осаждение тяжелых нефлотируемых частиц, которые собираются в коническом днище 9 и отводятся через трубу 10 с диафрагмой для обеспечения восхождения потока в камере 7 с помощью подпора жидкости в трубе 10.

Из камеры 7 жидкость поступает в камеру 8, где обрабатывается пузырьками газа в нисходящем потоке, проходит между анодом 3 и катодом 4 и уже осветленная с минимальным содержанием твердых частиц выводится через камеру 8 через отводную трубу 11.

Образующиеся на поверхности всех камер 2, 5, 7, 8 пена при помощи устройства 12 сбрасывается в приемник пены 13, откуда через штуцер 14 выводится из флотатора [18 - c.56]. Сборочный чертеж электрофлотатора приведен на листах №3,4.

Интенсификация процесса флотации осуществляется путем дозирования в очищаемую воду рабочего раствора флокулянта. Ввод флокулянта осуществляется через промежуточные реактор-смеситель, либо непосредственно в питательный трубопровод электрофлотатора.

Процесс очистки сточных вод полностью автоматизирован. Системаавтоматизации предусматривает автоматическое измерение, регулированиеи сигнализацию основных параметров технологического процесса: величинырН, расхода и уровней жидкости, степени очистки, значений тока и напряжения.

Простота конструкции электрофлотатора и эффективность его работы обеспечат широкое использование изобретения в практике.

Оптимальными параметрами процесса электрофлотационнойочистки сточных вод в установке производительностью 5,5-6 м³/ч являются:плотность тока 0,5-1 А/дм², продолжительность процесса 20-25 мин. Эффекты очистки составляют: по ПАВ - 98%, по химическому потреблению кислорода- 95%, взвешенным веществам - 99,9%, по цветным и тяжелым металлам - 96-98%. Расход электроэнергии составляет 0,2-0,5 кВт•ч/м³.

Таблица 7 - Технические характеристики электрофлотатора

Преимущества использования электрофлотационных аппаратов:

высокая эффективность извлечения дисперсных веществ (гидроксидов и фосфатов тяжелых металлов и кальция, нефтепродуктов, поверхностно-активных и взвешенных веществ);

высокая производительность (1 м² оборудования - 4 м³/ч очищаемой воды);

отсутствие вторичного загрязнения воды благодаря применению нерастворимых электродов ОРТА;

низкие затраты электроэнергии от 0,5 до 1 кВт·ч/м³;

простота эксплуатации, автоматический режим работы не требуют ежегодного ремонта и остановок;

прок эксплуатации до 50 лет

шлам менее влажный (94-96%), в 3-5 раз легче обезвоживается и может быть использован при изготовлении строительных материалов и / или пигментов для красителей.

Недостаток:

необходимость замены нерастворимых электродов 1 раз в 5-10 лет, который требует капиталовложений как для покупки, так и для замены [21 -c.234].

.3.2 Ультрафильтрационный мембранный модуль FM

Микрофильтрация и ультрафильтрация применяются как альтернатива глубинной фильтрации. Мембраны для микрофильтрации наиболее распространены на рынке и изготавливаются как правило из полипропилена, акрилонитрила, нейлона, фторопласта и керамики. Микрофильтрация и ультрафильтрация применяются как альтернатива глубинной фильтрации с целью снижения мутности, удаления остаточных взвешенных веществ после электрофлотатора, а также как предварительный этап очистки для обратного осмоса (нанофильтрации) в системах, предусматривающих оборотное водоснабжение предприятий.

Фильтрация предназначена для удаления частиц и коллоидных веществ из сточной воды. Диапазон размеров частиц, удаляемых путем фильтрации через полупроницаемую мембрану, достаточно широк и составляет обычно 0,0001-10 мкм. Роль мембраны заключается в том, что она служит избирательным барьером, пропускающим одни компоненты, находящиеся в воде, и удерживающим другие. Отделение загрязняющих веществ в случае микрофильтрации и ультрафильтрации можно объяснить с помощью ситового механизма [35].

Новой конструкцией аппарата с плоскими мембранами, сочетающей преимущества плоскорамных (возможность переработки сильно загрязненных растворов и замены единичной бракованной мембраны) и рулонных элементов (высокая плотность упаковки мембран и легкость их замены) является диско-трубчатый аппарат ДТ разработки фирмы « Rochem » являются плоскорамные фильтрационные пакеты FM («подушка»). Он предназначен для микро- и ультрафильтрации.

Модуль состоит из набора фильтрационных кассет, т.н. «подушек», расположенных между двумя полуцилиндрами из пластика. Фильтрационные мембраны представляют собой плоские четырехугольные мембраны, сваренные по краям. Внутри мембранной подушки расположены дренажная пластина и дренажная сетка для отвода фильтрата. Через два отверстия в мембране (фильтрационные каналы) происходит отвод фильтрата.

Рисунок 14 - Мембранные пакеты

Между фильтрационными мембранами расположены дистанционные прокладки, которые определяют высоту направляющего канала и могут меняться в зависимости от качества исходной воды и целей фильтрования. Высота канала может изменяться от 0,5 до 3 мм . Мембранные подушки при необходимости подлежат замене или контролю.

Рисунок 15 - Мембранный фильтр

Мембранные подушки, имеют относительно низкую упаковочную плотность, около 400 м²/м³ . Это объясняется тем, что, кроме водоподготовки, плоские модули FM широко используются для фильтрации сточных вод с большим содержанием взвешенных частиц. Фильтрационные модули с высокой плотностью упаковки мембран - например, рулонные (плотность выше 1000 м²/м³) для этих целей не подходят. Поэтому при конструировании модуля было найдено оптимальное решение, а именно - уменьшение плотности упаковки мембранного пакета за счет увеличения высоты канала для исходной воды.

В таблице 8 приведены основные технические характеристики мембранного фильтрационного модуля FM.

Таблица 8 - Основные технические характеристики фильтрационного модуля FM

Рисунок 16 - Фильтрационная кассета (около 1 м² мембран) модуля ФМ при сборке

Типичный режим работы: фильтрование около 15 минут, сброс концентрата: около 5 сек.

Содержимое циркуляционного цикла (концентрат) сбрасывается в канализацию:

Входной и циркуляционный насосы работают.

Регулирующий вентиль открыт.

Верхний вентиль промывочной воды открыт.

Вентиль сброса фильтрата закрыт.

Обратная промывка пермеатом около 30 секунд:

Входной и циркуляционный насосы отключены.

Регулирующий вентиль полностью открыт.

Верхний промывочный вентиль открыт.

Нижний промывочный вентиль открыт.

Сброс фильтрата закрыт.

Промывочный насос работает и обратный промывочный вентиль открыт.

Количество промывочной воды на модуль : около 100 литров/30 сек.

Давление для обратной промывки (TMP): 1,0 - 1,5 бар (макс. 2,0 бар)

Общее время цикла около 46 мин.

Дезинфекция со стерилизацией проводится ежемесячно в течение 8 минут:

Проводится в конце обратной промывки пермеатом.

Насос обратной промывки включается на 30 секунд.

Дополнительно производится дозировка активного хлора в промывочную воду (раствор гипохлорида натрия = NaOCl).

При этом модуль полностью дезинфицируется активным хлором (концентрация около 10 ppm свободного хлора).

Под действием трансмембранного давления (ТМД) вода проходит вертикально через мембранный слой, образуя поток фильтрата (пермеата). Взвешенные вещества, гидроксиды тяжелых металлов и органические молекулы массой более 50 КДа задерживаются внутри мембраны, образуя поток концентрата. Таким образом, происходит очистка сточных вод и других загрязненных жидкостей [20 - c.14].

Технологическая схема работы и сборочный чертеж мембранного модуля приведен на листах № 5,6.

.3.3 Установка обратного осмоса серии ДВС-М

Установка обратного осмоса (нанофильтрации) выполняет в технологическом цикле замкнутого водооборота две важных задачи:

. Обессоливание предварительно очищенных от тяжелых металлов и нефтепродуктов сточных вод для возврата воды в гальванический цех на операции холодной промывки деталей холодной и приготовления растворов электролитов (при этом состав воды соответствует категории 2 и/или 3 по ГОСТ 9.314);

. Сокращает объем сточных вод, поступающих на последующую утилизацию, в 3,5-4,5 раза за счет мембранного концентрирования, и, следовательно, значительно снижает капитальные затраты на приобретение вакуумной выпарной установки или роторного пленочного испарителя и эксплуатационные затраты на оборотное водоснабжение (электроэнергия, химические реагенты, производственные площади и прочее).

Обратный осмос - технология, позволяющая получить обессоленную воду. Процесс обратного осмоса заключается в фильтровании исходной воды через специальную полупроницаемую мембрану, способную пропускать воду и задерживать ионы солей. Степень обессоливания может достигать 99,6 %.

Базовая модель обратноосмотической установки серии ДВС-М включает:

насос высокого давления;

защиту насоса по «сухому» ходу;

высокоселективные обратноосмотические мембранные элементы в корпусах из нержавеющей стали;

водосберегающий контур рециркуляции воды;

блок химической мойки обратноосмотических мембран с набором реагентов;

комплект расходомеров;

систему автоматики;

стационарный цифровой кондуктометр.

Система подключается к линии исходной воды, линии отвода пермеата, линии дренажа. В комплекте с системой может поставляться внешний блок реагентной промывки, включающий в себя: промывной бак, промывной насос, приборы контроля, арматуру и трубопроводы.

Рисунок 17 - Обратноосмотическая установка

Система может работать как полностью в автоматическом, так и в ручном режимах.

В автоматическом режиме включение и отключение режима фильтрации контролируется датчиком уровня, установленным в накопительной емкости чистой воды.

При повышении трансмембранного давления выше максимального значения, а также при истечении времени предустановленного фильтроцикла системы, фильтрование прекращается, и система переходит в режим обратной промывки и/или в режим химически усиленной промывки.

При прохождении определенного числа химически усиленных промывок проводится тест на целостность волокон в мембранных модулях.

Это необходимое условие в случае работы установки для получения воды хозяйственно-питьевого назначения; данное условие гарантирует отсутствие микробиологических загрязнений в очищенной воде.

Таблица 9 - Технические характеристики установки

По качеству получаемой воды обратный осмос может быть сравним с ионным обменом, электродиализом, дистилляцией.

Преимущества обратноосмотических установок:

низкое количество стоков (при пересчете на ПДК);

отсутствие реагентного хозяйства;

возможность использования мембран различной селективности;

низкие эксплуатационные затраты;

компактность;

любой уровень автоматизации;

простота эксплуатации.

Обратноосмотическое фильтрование происходит на молекулярном уровне и требует повышенного качества исходной воды. Это требование обеспечивается установкой надежных систем предварительной очистки.

Работа установки очистки промывных вод на базе обратного осмоса осуществляется в следующей последовательности:

. Предподготовка, включающая следующие процессы: корректировка рН; электрокоагуляция для перевода металлов в нерастворимую гидроксидную форму, тонкая очистка от взвешенных и коллоидных веществ с использованием отстойника, оборудованного тонкослойными модулями и системы фильтров.

Целью предочистки является снижение нагрузки на обратноосмотическую установку, что позволяет в несколько раз увеличить срок службы мембранных элементов.

. Глубокая очистка методом обратного осмоса, одновременного удаления неорганических и органических примесей, что особенно важно в системах оборотного водоснабжения. Для уменьшения объема утилизируемого концентрата солей тяжелых металлов используется 2-ступенчатая схема обратноосмотического обессоливания. В установках обратного осмоса применяются специальные рулонные композитные мембраны, предназначенные для обработки сильнозагрязненных сред [26 - c.9].

Обратноосмотическое 2-ступенчатое обессоливание позволяет уменьшить объем концентрата, в котором сосредоточено до 99% солей тяжелых металлов, до 25 раз в зависимости от исходного солесодержания в сточных водах. Для эффективного восстановления транспортных характеристик мембран используются специально подобранные моющие композиции, которые позволяют удалять с поверхности мембран отложения солей кальция, магния, железа и органических осадков.

Содержание примесей в очищенной воде сравнивалось с требованиями ГОСТ 9.314-90 кат.2 «Вода для гальванического производства и схемы промывок.Общие требования». Как видно из таблицы, качество воды выше, чем предусмотрено нормативными документами.

Периодически следует проводить очистку мембранных элементов в установках оборотного водоснабжения. Универсальным методом очистки мембран является сброс давления на несколько минут и промывка аппарата сильным потоком воды. В процессе промывки загрязнения отслаиваются от мембраны и вымываются из обратноосмотической установки. Значительный эффект оказывает промывка мембранных модулей слабым раствором соляной кислоты (рН = 3) с последующей окончательной промывкой потоком воды под давлением [24 - c.32].

Отличительные особенности и достоинства обратноосмотических установок водоподготовки серии ДВС-М:

высокий уровень автоматики и надежности;

низкие эксплуатационные расходы;

простота в обслуживании;

компактность;

доступность, безопасность;

отсутствие реагентного хозяйства;

использование высококачественных комплектующих ведущих мировых производителей.

Оборотное водоснабжение с предварительным обессоливанием воды на установке обратного осмоса по сравнению с выпариванием сточных вод имеет важные преимущества: сниженные примерно в 2 раза затраты электроэнергии, работа установок при нормальной температуре; отсутствие «теплового загрязнения» окружающей среды; относительно простое достижение требуемого качества воды; низкие капитальные затраты на установки невысокой производительности, отсутствие ограничений для размещения оборудования [28].

Сборочный чертеж установки обратного осмоса приведен на листах № 7,8.

.3 Характеристика результатов очистки станции очистки

В ходе работы был рассмотрен вариант реконструкции станции очистки гальванических стоков путем добавления узла доочистки установками, в результате чего планируется организовать систему оборотного водоснабжения на ООО «УК Татпроф». Введение замкнутого водооборота позволило резко сократить объем потребляемой воды.

Результат работы очистных сооружений сточных вод гальванических производств приведен в таблице 10.

Таблица 10 - Результат очистки станции

Эта система очистки сточных вод является более высокотехнологичной благодаря применению технологии ультрафильтрации на половолоконных мембранах. Ее главными отличиями от классической схемы являются:

более высокая степень надежности и автоматизации процесса водоочистки;

более высокие капитальные затраты на приобретение оборудования, но существенно более низкие эксплуатационные затраты благодаря отсутствию необходимости ежегодной замены ионообменных смол, закупки реагентов для их регенерации, длительный (до 10 лет для керамических мембран и до 5 лет для полых волокон) срок службы мембранных элементов в установке ультрафильтрации, что впоследствии приведет к значительной экономии финансовых средств предприятия;

отсутствие возможности проскока остаточных концентраций тяжелых металлов при несвоевременной регенерации ионообменного оборудования, а также потребности в самих реагентах для регенерации и кондиционирования ионообменных смол, и, следовательно, значительное снижение анионного состава очищенных сточных вод.

Использование комбинации электрофлотации, ультрафильтрации и низконапорного обратного осмоса позволяет значительно сократить как водопотребление и водоотведение, так и затраты на эксплуатации очистных сооружений промышленного предприятия. При этом существенно повышается рентабельность гальванического производства [32].

Разработанная технология очистки сточных вод с применением комбинирования электрофлотации, ультрафильтрации и низконапорного обратного осмоса, рекомендуется к внедрению на модернизируемых и вновь строящихся очистных сооружениях гальванического производства в регионах с жесткими требованиями ПДК.

Основные характеристики технологии:

очень высокая эффективность очистки воды;

низкие эксплуатационные затраты;

возможность регулирования качества очистки воды (после микро- ультрафильтрации и/или после обратного осмоса);

возможность увеличения производительности очистных сооружений благодаря модульности исполнения;

компактное оборудование (низкая высота и/или занимая технологическими установками площадь);

сокращение водопотребления на 90-95% и отсутствие сброса жидких отходов (оборотное водоснабжение).

Реализация мероприятий на всех уровнях разработки и внедрения систем замкнутого водооборота определяет перспективы создания экологически безопасного гальванического производства, что позволяет:

достичь стабильности очистки за счет гибкости и высокой приспособляемости мембранной технологии к изменению качественного и количественного состава сточных вод;

обеспечить замкнутый водооборот на предприятии с возвратом воды в производство не менее 95%;

получать очищенную промывную воду, соответствующую требованиям ГОСТ 9.314-90 кат.2 «Вода для гальванического производства и схемы промывок. Общие требования»;

исключить слив сточных вод в канализацию, на рельеф местности, в водоемы рыбохозяйственного назначения, тем самым, повысив экологическую безопасность производства [31].

Схема оборотного водоснабжения представлена на листе №2.

4.5 Технико-экономический расчет

С целью определения экономической эффективности мероприятия по внедрению оборотного водоснабжения в работе произведены следующие расчеты.

Объем сточных вод, поступающих на очистку на станцию нейтрализации площадки 90 м³/сут. Количество рабочих дней в году - 365 дней. Работа осуществляется в две смены.

) Расчет капитальных вложений. Цена оборудования, входящего в систему, находится по формуле:

 (1)

где  - цена оборудования, руб.;

 - стоимость материала, руб.;

- стоимость строительно-монтажных работ, руб.;

 - стоимость конструктивных особенностей, руб.

1.1)   Расчет стоимости электрохимического аппарата

См = 409 000 руб.

Стоимость строительно-монтажных работ установлено фирмой:

С_р = 20 000 руб.

С_д = 5 000 руб.

Ц₁= 409 000 + 20 000 + 5 000 = 434 000 руб.

1.2)   Расчет стоимости ультрафильтрационной установки

См = 275 000 руб.

Стоимость строительно-монтажных работ установлено фирмой:

С_р = 25 000 руб.

С_д = 10 000 руб.

Ц₂= 275 000 + 25 000 + 10 000 = 310 000 руб.

1.3)   Расчет стоимости обратноосмотической установки

См = 513 000 руб.

Стоимость строительно-монтажных работ установлено фирмой:

С_р = 25 000 руб.

С_д = 10 000 руб.

Ц₂= 513 000 + 25 000 + 10 000 = 548 000 руб.

Общие капитальные вложения составляют

Таблица 11 - Капитальные вложения в ОПФ (К)