РАЗДЕЛ 2
ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ И СООРУЖЕНИЙ ЛОКАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ПРОМЫВНЫХ ВОД ЛИНИИ НИКЕЛИРОВАНИЯ
Результаты представленного анализа научной литературы и изучения работы существующих очистных сооружений отечественных гальванических производств свидетельствуют о том, что на подавляющем большинстве предприятий реализованы реагентные и ионообменные технологии очистки всего объема сточных вод. Применение этих способов очистки связано со сложностью реализации технологических процессов регенерации металлов и повторного использования воды на предприятии, а также с высокой стоимостью очистных сооружений и систем управления ими. Кроме того, такие системы не обеспечивают требуемого качества очистки сточных вод и обильно загрязняют окружающую среду токсичными шламами и концентрированными растворами, содержащими тяжелые металлы.
2.1. Формирование сточных вод линии никелирования
Разделение сточных вод по характеру основного загрязнителя на отдельные потоки обеспечивает целенаправленное извлечение и регенерацию ценного металла и значительно облегчает создание малых замкнутых систем водопользования [304]. Наиболее перспективным решением проблемы ресурсосбережения и одновременно защиты окружающей среды от загрязнения сточными водами гальванических производств в настоящее время является создание компактных сооружений для систем локальной очистки воды отдельных технологических участков гальванического предприятия, в том числе линии никелирования [305]. Размещение и монтаж таких систем очистки целесообразно осуществлять непосредственно в цеху нанесения никелевых покрытий.
Разбавленные сточные никельсодержащие воды образуются в результате промывки изделий после разнообразных процессов, которые включает линия никелирования гальванических производств (рис. 2.1) [5].
Рис. 2.1. Принципиальная схема линии никелирования
Непременным условием успешного проведения гальванических операций является тщательная очистка поверхности изделия перед нанесением на него никелевого покрытия. Очистка поверхности начинается с операции химического или электрохимического обезжиривания в щелочных растворах с добавками поверхностно-активных веществ. После промывки изделия горячей и холодной водой проводится травление в растворах, содержащих серную или соляную кислоту. Далее следует промывка поверхности изделия холодной водой. Для обеспечения полной активации поверхности перед нанесением никелевого покрытия обычно применяют декапирование. После промывки в холодной воде изделие поступает в ванну электрохимического никелирования. Обычно для нанесения матового никелевого покрытия используется сульфатный электролит. Для получения блестящих покрытий в раствор электролита никелирования прибавляют специальные органические добавки-блескообразователи (табл. 1.9). После операции никелирования следует промывка изделия для удаления с поверхности компонентов электролита. Таким образом, промывные сточные воды линии никелирования образуются в результате объединения стоков после перечисленных выше операций промывки изделий.
В настоящее время на участках никелирования гальванических производств успешно применяются различные виды промывки и при оптимальном выборе способа промывки возможно достижение существенного сокращения количества промывных сточных вод [7, 15]. Качественной промывке изделия соответствует критерий окончательной промывки = 5000 [68]. Из формулы (1.2) можно определить предельно допустимую концентрацию для ионов никеля в последней промывной ванне после нанесения никелевого покрытия. Поскольку для электролитов никелирования концентрация основного компонента (Ni2+) в технологическом растворе ? 50 г/л, то предельная концентрация ионов никеля в промывной воде ? 100 мг/л, что и подтверждается на практике.
Изучение физико-химических характеристик и состава промывных сточных вод показало их фактическую идентичность для участков никелирования различных гальванических производств Украины (табл. 2.1), причем следует отметить, что суммарная концентрация ионов тяжелых металлов ? никеля и железа в промывных водах линии никелирования, как правило, не превышает 200 мг/л [211].
Таблица 2.1
Характеристика промывных вод линии никелирования
рН3-4Взвешенные вещества, г/м3? 50 ХПК, г/м3? 50 Ионы тяжелых металлов, г/м3:
Ni2+
Fe2+
50?60
50?60
Исходя из качественного и количественного состава промывных вод, разработанные и изложенные ниже процессы очистки воды содержат три основных технологических узла:
1) удаления взвесей и органических загрязнений;
2) селективного выделения железа из раствора;
3) регенерации или утилизации никеля.
Существующие на отечественных предприятиях технологические схемы обезвреживания этих вод не предусматривают возможности, как регенерации дорогостоящего никеля, так и повторного использования воды. Это главным образом связано с проблемой создания экономичного и эффективного метода разделения ионов никеля и железа. Поэтому особое внимание в данной работе уделялось решению задачи селективного извлечения тяжелых металлов из промывных вод, представляющих собой систему ионных водных растворов Ni2+?Fe2+ с примесями органических и взвешенных веществ.
В зависимости от объемов промывных вод участков никелирования отдельно рассматриваются два варианта технологических процессов обработки воды:
- для крупных производств (с объемом сточных вод ? 2,5 м3/ч);
- для мелких производств (с объемом сточных вод < 2,5 м3/ч).
2.2. Разработка процессов очистки промывных вод линии никелирования крупных гальванических производств
На крупных отечественных гальванических производствах промывные сточные воды обезвреживаются, как правило, реагентными методами, которые не предусматривают комплексной очистки воды с возможностью выделения никеля и приводят к образованию на предприятиях объемных отходов, не подлежащих регене