Ресурсный потенциал сточных вод гальванических производств

Гальванические процессы применяются на большинстве предприятий машиностроения и смежных отраслей промышленности. Они всегда характеризуются огромным водопотреблением, причем крайне редко на гальваническом производстве организуется система оборотного водоснабжения или хотя бы внедряются прогрессивные схемы расходования воды. Это приводит к образованию значительных количеств сточных вод гальванических производств, содержащих тяжелые металлы в растворенной форме (медь, цинк, железо, кадмий, хром разной степени окисления, никель и др.), а также различные анионы: от относительно безобидных, например, сульфат-ион или хлорид-ион, до цианида.

Сточные воды образуются практически на всех стадиях нанесения гальванических покрытий – это отработанные гальванические растворы, вода со стадий промывки деталей, от операций травления металла, от других видов обработки поверхности деталей перед нанесением покрытий.

Ресурсный потенциал гальванических стоков включает в себя возможности:

• 1.    Повторного использования гальванических растворов.

• 2.    Повторного использования промывной воды (оборотное водоснабжение).

• 3.    Получения концентрированных растворов солей тяжелых металлов или натриевых (калиевых) солей, соответствующих анионам в гальванических стоках.

• 4.    Осаждения тяжелых металлов в виде нерастворимых соединений.

• 5.    Извлечения тяжелых металлов в металлической форме или в виде металлургических концентратов.

Повторное использование гальванических растворов обычно заключается в том, что при сниже- нии в них концентрации основных компонентов можно эти компоненты просто добавить в рабочий раствор до требуемого содержания [1]. Данное действие нельзя повторять до бесконечности, т.к. металл, на который наносится покрытие, в небольших количествах растворяется в гальваническом процессе и накапливается в регенерируемом рабочем растворе. К составу же рабочих гальванических растворов предъявляются очень жесткие требования, т.к. от этого зависит качество наносимого покрытия.

Теоретически для приготовления рабочих гальванических растворов можно использовать и промывные воды. Для этого необходимо внедрение каскадной противоточной промывки деталей после нанесения гальванических покрытий [1, 2, 5], однако, ограничения те же: получаемый рабочий раствор не соответствует по составу рецептуре приготовления, в нем присутствуют примеси, как минимум, ионов металла, на который наносится покрытие.

Повторное использование воды от различных операций нанесения гальванических покрытий требует ее предварительной очистки до установленных норм (ГОСТ 9.314-90).

Процесс очистки стоков гальванических производств обычно заключается в реагентном обезвреживании циансодержащих сточных вод, реагентном переводе хрома из шестивалентного в трехвалентное состояние и реагентном же осаждении ионов тяжелых металлов в виде малорастворимых в воде гидроксидов [1]. Кроме реакторов, технологические схемы таких сооружений включают в себя отстойники. Крайне редко имеется механический фильтр для уменьшения содержания взвешенных веществ в очищенной воде и система отжима (обезвоживания) образующегося в отстойниках осадка. Сброс очищенной воды редко производится в природные водоемы: в виду традиционного расположения заводов, на которых есть гальванические цеха, в черте населенных пунктов, вода после очистных сооружений направляется в коллекторы канализации населенного пункта и далее на канализационные очистные сооружения. Перед сбросом в канализацию очищенные гальванические стоки смешиваются с хозяйственно-бытовыми стоками предприятия, которых значительно больше, т.е. осуществляется их разбавление, поэтому нет стимула к повышению качества очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов.

Результатом являются значительные безвозвратные потери тяжелых металлов, повышается вероятность их попадание в окружающую среду.

Для создания замкнутых систем водооборота необходимо значительно повышать эффективность работы очистных сооружений гальваностоков. И здесь имеются три проблемы: требуется повышение качества очистки стоков от тяжелых металлов, тре- буется удаление из воды смеси анионов (сульфатов, хлоридов, ацетатов, карбонатов, боратов и т.д.), использование реагентного метода приводит к вторичному загрязнению воды реагентом.

Для увеличения степени осаждения тяжелых металлов из гальваностоков рекомендуется переводить их в практически нерастворимые соединения (сульфиды, ферриты), выделять в металлической форме или в виде концентрированных растворов. Для этого требуется либо переходить на другие реагенты, либо отказываться от реагентного метода очистки стоков в пользу более интенсивных, но энергозатратных, например, гальванокоагуляция, электрокоагуляция, электролиз, либо использовать методы концентрирования растворов – выпаривание, ионный обмен, мембранные методы [1, 5].

Для доведения качества очищаемой воды до установленных норм для возврата воды на приготовление рабочих гальванических растворов и промывку деталей (ГОСТ 9.314-90) обязательно требуется дополнение технологической схемы очистных сооружений стадией очистки от анионов [1, 5]. Здесь также возможно несколько направлений решения задачи – реагентное осаждение или концентрирование растворов.

Перечисленные меры для реализации ресурсного потенциала гальванических сточных вод приводят к значительному удорожанию очистки стоков и, несомненно, требуют немалых капиталовложений. Окупаемость таких мероприятий зависит, в первую очередь, от получения в результате очистки стоков продуктов, имеющих своего потребителя. Анализ направлений использования концентратов, осадков, очищенной воды, полученных в результате работы очистных сооружений гальванических стоков, является первым и самым важным этапом реализации ресурсного потенциала сточных вод гальванических производств.

Концентрированные растворы солей тяжелых металлов, а также натриевых (калиевых) солей, соответствующих анионам в гальванических стоках, не находят реального потребителя, поскольку кроме целевых компонентов в них содержится много примесей, в первую очередь, соединения железа, и, кроме того, в исходных растворах всегда присутствует смесь катионов и анионов.

Как уже говорилось, достаточное осаждение тяжелых металлов достигается при переводе их в практически нерастворимые соединения. И здесь следует обратить особое внимание на процесс фер-ритизации гальванических стоков, позволяющий получать осадок, состоящий из ферритов тяжелых металлов. Ферритизация может проводиться с использованием химических реагентов (сульфат железа и др.), а также осуществляется при электро- и гальванокоагуляции. Ферриты индивидуальных металлов, смеси ферритов разных металлов находят широкое применение в производстве черепицы, бетонных изделий, цветной глазури для керамики [4].

Металлургические концентраты, электрохимически выделенный из гальванических стоков металл легко находят свое применение на металлургических предприятиях, но такого рода процессы требуют селективного сбора сточных вод загрязненных тем или иным металлом.

Электролиз требует расхода значительного количества электрической энергии. При этом возможно образование токсичных и взрывоопасных побочных продуктов. Альтернативный вариант, к сожалению, подходит только для медьсодержащих сточных вод. Это очень дешевый способ извлечения меди путем контактирования медьсодержащих стоков с природными карбонатами кальция. Образовавшиеся в результате хемосорбции комплексные соединения обрабатываются острым паром [3]. Получаемый металлургический концентрат представляет собой смесь основных сульфатов меди, гипса и остатков кальцита с содержанием меди 10–30%, что позволяет производить ее выплавку.

Таким образом, подводя итого вышесказанному, можно повторить, что ресурсный потенциал сточных вод гальванических производств очень высок. Однако, его реализация на действующих очистных сооружениях гальванических стоков с экономической точки зрения проблематична: требуются большие капиталовложения, которые окупятся не мгновенно, к чему большинство предприятий не готово. Другое дело – проектирование и строительство новых гальванических производств. При их проектировании необходимо предусматривать использование ресурсного потенциала гальваностоков, позволяющее решать определенные вопросы ресурсосбережения, т.е. получать прибыль, а также снижающее вредное воздействие очистных сооружений на окружающую среду в районе их расположения.