Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО Уральский государственный горный университет

Мембранные технологии, как современный способ решения экологической проблемы сточных вод от гальванического производства

Пушкарева М.А.

Аннотация

загрязнённость мембранный сточный гальванический

В данной статье рассматривается экологическая проблема загрязнённости сточных вод предприятий с гальваническим производством, поскольку на данном этапе развития большинства существующих предприятий основная часть гальванических цехов имеет серьезные проблемы с системами очистки не только атмосферного воздуха, но и воды.

Это приводит к тому, что в настоящее время гальваническое производство нуждается в создании недорогой, но сложной системы очистки сточных вод для предотвращения загрязнения окружающей среды.

Объектом исследования являются сточные воды от гальванического производства, слабая очистка которых может привести к различным заболеваниям, в том числе наследственного характера, при попадании химических веществ в организм человека через водные бассейны и питьевую воду.

В процессе исследования проведен анализ мембранного метода очистки сточных вод от загрязнений, как наиболее эффективного среди других существующих методов.

Ключевые слова: сточные воды, гальваническое производство, методы очистки, мембранные технологии, обратный осмос

Annotation

Membrane technologies as a modern way of solution of the ecological problem of sewage from galvanic production

Pushkareva M.A., Ural state mining University

This article discusses the ecological problem of sewage contamination of enterprises with galvanic production, since at the current stage of development of most existing enterprises, the main part of the electroplating workshops has serious problems with the systems of the cleaning not only atmospheric air, but also water.

This leads to the fact that at the present time the galvanic production requires the creation of an inexpensive but complex sewage treatment system to prevent environmental pollution.

The subject of the study are waste water from galvanic production, weak cleaning of which can lead to various diseases, including hereditary, as chemicals enter the human body through water basins and drinking water.

In the course of the research, an analysis of the membrane method of wastewater treatment from pollution was carried out, as the most effective among other existing methods.

Key words: sewage, galvanic production, purification methods, membrane technologies, reverse osmosis

Во всем мире экологические проблемы от выбросов промышленных предприятий остаются одной из глобальных проблем человечества, так как постоянно возрастает антропогенная нагрузка на окружающую среду. В сфере производственной деятельности одним из главных источников загрязнения окружающей природной среды вредными веществами, в том числе примесями тяжелых металлов, являются гальванические производства.

Гальванические цеха - это одни из крупнейших элементов промышленности, чьи сточные воды остаются преимущественно токсичными, поскольку содержание вредных примесей тяжёлых металлов, неорганических кислот и щелочей, поверхностно-активных веществ и других высокотоксичных соединений, зачастую превышают установленные пороги предельно допустимых концентраций (ПДК).

Так, ежегодно в окружающую среду попадает до 1 км3 токсичных гальванических отходов, которые содержат 50 тысяч тон тяжелых металлов, 100 тысяч тон кислот и щелочей, при этом 25-30% этих стоков попадает в водные бассейны.

Для того чтобы максимально предотвратить загрязнения водоемов производственными сточными водами необходимо разрабатывать мероприятия по снижению потребления чистой воды на технологические нужды и уменьшать количество сбрасываемых стоков. Практически самым рациональным путем для достижения поставленных целей на данном этапе развития экономики остается создание локальных систем очистки, в которых происходит извлечение ценных компонентов и использование очищенных сточных вод в оборотном цикле предприятия. [1]

При нанесении гальванических покрытий осуществляется электрохимический процесс, сопровождающийся осаждением тонкого слоя металла на поверхности изделия в специализированных ваннах для повышения износоустойчивости деталей, защиты стали от коррозии и т.д. В качестве покрытий используются хром, цинк, кадмий, олово, медь, серебро и химические никелевые покрытия, содержащие 3-12% фосфора.

Каждый технологический процесс гальванического нанесения металлических покрытий включает в себя ряд отдельных операций, которые можно объединить в 3 группы: подготовительные работы, основной процесс и отделочные операции (окраска, полировка, лакирование). После каждой стадии изделие промывают холодной проточной водой, а после обработки в щелочных растворах - последовательно обрабатывают в горячей и холодной воде. На заключительном этапе обработки также проводится последовательная промывка и сушка. Таким образом, гальваническое производство тесно связано со сбросом отработанных промывных вод. [2]

Сточные воды в гальванических цехах составляют от 30 до 50% общего количества сточных вод, образующихся на предприятиях металлургии и машиностроения. Средний объем гальваностоков, возникающих на одном гальваническом производстве, равен 600-800 м3 в сутки. При этом основная масса используемых химикатов поступает при промывке деталей со сточными водами в канализацию.

Гальваническое производство имеет два вида сточных вод:

- концентрированные отработанные растворы гальванических ванн и ванн химической обработки;

- промывные воды ванн горячей и холодной промывки.

По составу загрязнений сточные воды подразделяются на четыре группы:

кислотно-щелочные, циансодержащие, хромосодержащие, фторсодержащие. Их характеристики даны в таблице 1. [3,8]

Таблица 1. Классификация сточных вод гальванических цехов по химическому составу загрязнений

Химические вещества, поступающие в водоёмы и через питьевую воду в организм человека, кроме токсического воздействия, обладают:

- канцерогенным действием, что способно вызывать злокачественные новообразования;

- мутагенным действием, способствующим изменениям в

наследственности;

- тератогенным действием, характеризующим основную причину появления уродства у рождающихся детей.

Ионы тяжёлых металлов (хрома, никеля, меди, кадмия, цинка, свинца) негативно влияют на работу кальмодулина - одного из основных регуляторов процессов жизнедеятельности организма и других важнейших белков. Токсикологическое действие тяжёлых металлов обуславливает расстройства сердечно-сосудистой системы, рак, наследственные болезни, паралич, эпилепсию.

Это доказывает, что гальванические производства являются одними из наиболее опасных источников загрязнения окружающей природной среды и не могут функционировать без специальных очистных сооружений. [4]

Для каждого вида загрязнения используют свои методы очистки сточных вод. Наиболее распространенными и часто применяемыми являются следующие методы [5]:

- реагентный;

- электрохимический;

- метод отстаивания;

- механическое обезвоживание осадков (фильтр-пресс или установка вакуумного обезвоживания);

- механическая фильтрация;

- сорбционная очистка в адсорберах с загрузкой из активированного угля.

Однако данные методы очистки в отдельности не позволяют достичь выполнения современных требований: очистки до норм ПДК сточных вод (особенно по тяжелым металлам); возврата воды на оборотное водоснабжение гальванического цеха; низкую стоимость очистки. Поэтому в настоящее время следует обратить внимание на внедрение новых технологий очистки сточных вод, одной из которых является мембранная технология.

Мембранная технология - это направление науки и техники, связанное с использованием полупроницаемых мембран для разделения, очистки, фракционирования и концентрирования жидких и газовых смесей.

Существует несколько стандартных видов мембранных процессов, представленных в таблице 2. [6]

Таблица 2. Классификация мембранных процессов

Тем не менее, среди мембранных технологий наиболее перспективным методом для создания водооборотных циклов по достигаемой глубине очистки одно из первых мест занимает обратный осмос.

Обратный осмос - мембранный процесс очистки воды, для осуществления которого применяются мембраны с наиболее минимальным размером пор, которые соизмеримы с размером одиночных ионов, благодаря чему из воды удаляются все растворенные ионы и молекулы.

Обратноосмотические мембраны характерны тем, что имеют самые узкие поры, поэтому задерживают все бактерии и вирусы, большую часть растворенных солей и органических веществ, что в среднем составляет 97-99 % всех растворенных веществ. Они пропускают лишь молекулы воды, растворенных газов и легких минеральных солей. Но в процессе фильтрации, перед мембраной скапливаются соли и различные примеси, чтобы избежать ее засорения, перед мембраной формируют принудительный поток воды, который смывает сконцентрированные загрязнения в дренаж.

Сейчас в водоочистителях обратного осмоса наиболее широкое распространение и наименьшую стоимость имеет компоновка мембран в рулонные мембранные элементы. Такие элементы для установки обратного осмоса состоят из трубки с прорезями для прохода фильтрата (фазы, очищенной через мембрану) и герметично присоединенного к ней пакета мембран, расположенного между ними дренажного листа и сетки-сепаратора, образующей межмембранные каналы. Таким образом, поток воды разделяется и движется в осевом направлении по межмембранным каналам рулонного элемента, а фильтрат спиралеобразно по дренажному листу, направляясь к отводу фильтрата. Концентрат (фаза, задержанная мембраной) выходит с другой стороны мембранного модуля обратного осмоса.

Огромным плюсом такой очистки является то, что обратноосмотические мембранные элементы задерживают все загрязнения диаметром более 0,1 нм, а также эффективно удаляют из воды гуминовые кислоты и их соединения, отличающиеся тем, что их практически невозможно полностью удалить при помощи других технологий. [7]

Помимо степени очистки и других перечисленных факторов, к достоинствам метода обратного осмоса следует относить и такие показатели, как:

- возврат в производство до 95 % очищенной воды;

- относительно малые габариты установки, не требующие больших производственных площадей;

- простота аппаратурного оформления;

- снижение расхода химических реагентов на нейтрализацию сточных вод.

В таблице 3 можно увидеть наиболее распространенные области применения технологии «обратный осмос» для водоочистки. [9]

Таблица 3.Сферы применения обратноосмотических мембран в водоочистке

Но в то же время, существуют и недостатки таких систем. Основное несовершенство мембранного обессоливания представляет собой необходимость тщательной предварительной очистки сточных вод, для которой используются обычная фильтрация (механические и адсорбционные фильтры), а также стандартные виды микрофильтрации и ультрафильтрации.

Таким образом, сочетая существующие традиционные методы очистки сточных вод гальванического производства с мембранными технологиями, а именно с обратноосмотическим обессоливанием, промышленные предприятия получают возможность качественно очистить сточные воды.

Следовательно, внедрение методов очистки в производство с гальваническими цехами позволяет значительно уменьшить нагрузку на городские очистные сооружения и водные объекты и, что приоритетнее, предотвратить загрязнение окружающей среды.

Список литературы

1. Курицына О. А., Ермолаева Е. В. Гальванические производства: экологические проблемы и современные способы их решения. - Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых, http://www.scienceforum.ru/2015/982/11550

2. Гамбург Ю. Д. Гальванические покрытия. Справочник по применению.- м.: Техносфера, 2006. - 216 с.

3. Карманов А.П., Полина И.Н. Технология очистки сточных вод. Учебное пособие. -- Сыктывкар: СЛИ, 2015. -- 207 с.

4. Быкова Я.П. Задача оптимального проектирования системы очистки сточных вод гальваничского производства/ Я.П. Быкова, Б.В. Ермоленко// Химическая технология. - 2009. - № 10. - с. 623-631.

5. Бейгельдруд Г.М. Технология очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов - М.: Строиздат, 1999. - 445 с.

6. Дытнерский, Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей: учебное пособие/ Ю.И. Дытнерский - М: Химия, 1995. - 232 с.

7. Свитцов, А.А. Введение в мембранные технологии/ А.А.Свитцов - М.: ДеЛи принт, 2007. - 280 с.

8. Загурский А.В. Варианты технологических решений очистки сточных вод гальванического производства, http://www.scienceforum.ru/2013/333/6274#1

9. РХТУ: Мембранные технологии очистки воды. http://enviropark.ru/course/category.php?id=15/

Размещено на Allbest.ru