Технологии очистки воды

Главная | Карта сайта | Контакты | Ссылки

Projet Ecologique Transnational Transnational Ecological Project Русская версия ТЭП
   

Транснациональный экологический проект, +7 495 7680646


Очистка сточных вод от ПАВ

Очистка сточных вод от красителей

Очистка сточных вод от фенола

Вакуумные технологии очистки воды

Мембранные технологии

Обратный осмос

Нанофильтрация

Ультрафильтрации - керамика

Ультрафильтрации - полимеры

Электродиализ

Первапорация

Электрофлотация

Фильтр-прессы

Сорбционные технологии

Выпарные установки

Требования ПДК



Оборотное водоснабжение


РХТУ им. Д.И. Менделеева



Министерство природных ресурсов



Лучший экологический проект года



Ионообменные фильтры


Ионообменные технологии

      Состав промывных вод гальванических производств определяется технологией процесса, а концентрация примесей - характером водопользования в целом и способами отмывки деталей в частности. На действующих предприятиях, проектирование которых относится ко времени, когда расходование воды не ограничивалось, наиболее распространенной является промывка деталей в одной ванне при затратах воды до 1000 л на 1 м2 поверхности металла. Расчет показывает, что при выносе с деталями 0,1-0,2 л/м2 электролита со средней концентрацией солей 200 г/л содержание их в промывных водах увеличится всего на 0,5-1,5 мэкв/л. Анализ сточных вод ряда гальванических цехов подтвердил результаты этих расчетов.
       В последнее время расход воды на промывку деталей стараются сократить. Проектируют в основном каскадно-противоточные системы промывки. В наиболее распространенном случае использования двух ванн расход воды удается уменьшить в 10-30 раз. Концентрация солей в сточных водах при этом соответственно возрастает. Еще большее сокращение расхода воды и концентрирование примесей в сточных водах требует резкого увеличения производственных площадей, что при существующих ценах на чистую воду не всегда реализуется по экономическим соображениям.
       Следует отметить, что, варьируя способы отмывки, можно изменить только концентрацию примесей в сточных водах, но отнюдь не абсолютное количество присутствующих веществ. Последнее зависит от выноса электролита вместе с деталями из основной ванны. Поэтому совершенствование процесса переноса деталей из гальванической в промывочную ванну является главным и решающим фактором экономичного использования воды.
       Единственным практически осуществимым способом возвращения промывных вод является метод ионного обмена, с помощью которого возвращается обессоленная вода, а сорбированные примеси извлекаются из ионитов при их регенерации. Целесообразность использования ионного обмена как метода очистки и возвращения 85-95% промывных вод ограничивается приростом содержания солей от 1 до 5 м-экв/л (50-250 мг/л). Это следует учитывать при определении или разработке режима водопользования в гальваническом производстве. Очевидно, при каскадно-противоточной промывке в двух или трех ваннах, в связи с высокой концентрированностью промывных вод, метод ионного обмена нецелесообразен, а предпочтителен обратный осмос.

Ионообменный фильтр

Рис.1. Ионообменный фильтр для очистки сточных вод от тяжелых металлов

       В промывных водах электрохимического цеха крупного машиностроительного завода содержится до 30 различных ионов: катионы Na, Ca, Fe, Cu, Zn, Ni, Cd и др., анионы H2SO4, НСl, HNO3, HF, H3B03, сульфосалициловой и других кислот. И это необходимо учитывать при выборе марок ионитов и их соотношений, условий регенерации и других факторов.
       В зависимости от конкретных условий производства предлагаются следующие варианты очистки сточных вод: локальная очистка воды каждой ванны с помощью переносных ионообменных фильтров соответствующей производительности, очистка общих усредненных сточных вод, разрешенных для смешивания.
       Могут быть и промежуточные варианты: локально-групповая очистка, объединяющая несколько однотипных ванн промывки деталей, и смешанная локально-групповая, когда объединяются разные промывные воды по признаку совместимости или целесообразности. Например, целесообразно смешивание кислых и щелочных вод после ванн соответствующего травления металлов. При этом не только частично нейтрализуются сточные воды, но и плохо сорбируемые анионы (типа алюминатов) перейдут в хорошо сорбируемые катионы. В основу объединения сточных вод могут быть положены и другие критерии, например, совместимость извлеченных ионов при дальнейшей переработке регенератов электромембранными методами.
       Выбор варианта очистки воды определяется характером гальванического цеха и химизмом взаимодействия ионитов с индивидуальными веществами и их смесями.
       Сточные воды, содержащие масла, детергенты, клеи и другие органические вещества, не могут непосредственно подаваться на ионообменные установки. Их предварительно удаляют, обрабатывая стоки коагулянтами и флокулянтами, а затем извлекают образовавшиеся дисперсные вещества методом электрофлотации, фильтрации, а также сорбции на активированных углях или озонированием. Циансодержащие сточные воды обезвреживают окислительным методом (лучше озоном).
       Как правило, промывные воды гальванического производства имеют кислый характер; в них содержатся ионы тяжелых металлов и ионы натрия, попадающие из ванн щелочного травления и обезжиривания. В связи с этим возможны два основных варианта подачи воды на ионообменные фильтры: очистка после нейтрализации и очистка без нейтрализации.

       Ионообменная очистка после нейтрализации. Вода нейтрализуется до рН 8,0-8,5 растворами соды или щелочи, раствором извести. При этом основная масса содержащихся в сточных водах металлов выпадает в виде соответствующих гидроксидов или основных карбонатов (ионы никеля, меди и свинца более полно удаляются в виде основных карбонатов). Для перевода железа из двух- в трехвалентное в аппарат для нейтрализации подают воздух.
       Нейтрализации может сопутствовать электрофлотационная очистка от масел и других органических примесей. Выбор метода осветления зависит от концентрации тяжелых металлов, объема обрабатываемой воды и ряда других факторов. Следует иметь в виду, что осветление должно быть достаточно полным для последующей переработки воды любым из известных методов. В этих целях независимо от полноты осветления после нейтрализации необходимо предусматривать механический фильтр и на самой обессоливающей установке.
       Нейтрализованные и осветленные воды разделяют на две группы: содержащие соли только сильных кислот и содержащие соли сильных и слабых кислот. Катионный состав той или другой группы определяется ионами натрия при нейтрализации щелочью и содой и ионами кальция при обработке раствором извести. Кроме особых случаев, при организации оборотного водоснабжения в гальваническом производстве достаточная очистка обеспечивается на одноступенчатых схемах катионит - анионит; но для второй группы вод рекомендуется использовать схему катионит -анионит слабоосновный - анионит сильноосновный.

       Катионитовый ионообменный фильтр рассчитывают по ионам Na+ или Са2+ для нейтрализации сточных вод известковым раствором. Слабоосновный анионит рассчитывают по сумме анионов сильных кислот, принимая рабочую обменную емкость равной 90% восстановленной при регенерации. Сильноосновный анионит рассчитывают по сумме анионов слабых кислот, принимая рабочую обменную емкость равной 300-400 экв/м3 при пяти- шестикратном расходе щелочи на регенерацию. Высота слоя ионообменных смол в фильтровальной установке принимается более 1 м, а скорость фильтрации до 15 м/ч.

       Как и при обессоливании природных вод, когда концентрация солей превышает 4-5 мэкв/л, рекомендуется применять обратный осмос. Для вод, содержащих соли слабых кислот (борной, кремневой, сульфосалициловой), предварительное обессоливание экономично проводить обратным осмосом. При электродиализе анионы этих кислот практически не переносятся из камер обессиливания в рассольные камеры, в то время как в аппарате обратного осмоса через мембраны переносится только вода, а соли слабых кислот преимущественно остаются в рассоле. Если предусматривается элёктродиализ или обратный осмос, целесообразно нейтрализовать сточные воды щелочью, содой или их смесью, а не известковым раствором, особенно когда в доде содержатся анионы, образующие осадки с катионом кальция. В гальванических цехах, где разрешается применение водопроводной воды, ею подпитывают систему на величину потерь воды при обессоливании.
       Очистке без предварительной нейтрализации подвергаются промывные воды, свободные от примесей, мешающих функционированию селективных ионообменных смол или ионообменных мембран (масла, детергенты и др.). Воды с рН 2-4, содержащие ионы тяжелых металлов и натрия, подают на сильнокислотный катионит (Dowex). Желательно предварительно отделить тяжелые металлы от одновалентных. Для этого устанавливают последовательно два ионообменных фильтра, из которых первый работает до проскока тяжелых металлов, а второй - до проскока ионов натрия. При регенерации фильтров и последующей переработке регенератов такая схема имеет определенные преимущества. Кислые промывные воды гальванического цеха очищают в целях их возврата в производство с помощью установок, работающих по схеме: предварительный фильтр - сильнокислотные катиониты I и II ступени - анионит слабоосновный или предварительный фильтр - сильнокислотные катиониты I и II ступени катионит слабоосновный - анионит сильноосновный.
       В отличие от нейтрализованных кислые промывные воды с повышенной концентрацией солей тяжелых металлов не всегда можно деминерализовать электродиализом или обратным осмосом из-за возможного образования осадков на ионообменных мембранах в первом случае или непрочности мембран при низких рН во втором.
       Очистка без предварительной нейтрализации наиболее целесообразна как локальная очистка, когда можно утилизировать извлеченные из воды примеси в основном технологическом процессе.
       Промышленная установка ионообменной очистки общего стока цеха гальванических покрытий: в состав каждой технологической линии очистки входят фильтры предварительной очистки от взвешенных частиц и органических примесей, катионообменный фильтр и два анионообменных со слабо- и сильноосновным анионитом. Растворы, образующиеся при регенерации ионитов, обезвреживаются с помощью реагентов.
       Регенерат катионообменных фильтров при очистке без нейтрализации содержит ионы тяжелых металлов, запрещенные к сбросу в канализацию или водоем; его подвергают нейтрализации и последующей электрофлотационной обработке. Регенерат анионита, если в нем нет токсичных веществ, можно использовать для нейтрализации кислотного регенерата. Таким образом, при организации оборотного водоснабжения с помощью ионного обмена традиционные способы очистки не исчезают, а переносятся на относительно малые объемы регенератов: их объем в 100 и 200 раз меньше объема очищаемой воды, если прирост солей в процессе ее использования достигает соответственно 4 и 2 м-экв/л.
       При экологической оценке ионообменной очистки промывных вод надо помнить, что возвращение их в производство сопровождается по меньшей мере утроенным сбросом солей в водоемы по сравнению с приростом в актах технологического использования воды и традиционной 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.
       Если для отмывки деталей не требуется обессоленная вода, а допускается содержание солей, при котором прирост может быть снят безреагентным методом (обратный осмос, электродиализ), последним надо отдать предпочтение. Но в связи с технологическими преимуществами ионообменного метода получает развитие и другой путь - электрохимическая переработка регенератов ионообменных фильтров.
       Рассмотренные схемы очистки не затрагивают хромсодержащих сточных вод. Для них предпочитают локальную очистку, при которой в производство возвращается не только вся вода, но и извлеченные из нее соединения шестивалентного хрома.
       Хроматы (бихроматы) являются сильными окислителями, поэтому для очистки хромсодержащих промывных сточных вод используют стойкие иониты на основе сополимеров стирола и дивинилбензола, например, Dowex и Bayer. Одновременно на этой же установке на отдельном фильтре отработанный электролит очищают от накапливающихся в нем примесей Fe(III) и Cr(III).

Схема очистных сооружений

       Очищенная вода направляется в цех на промывку деталей и частично используется для нужд ионообменной установки (регенерация, кондиционирование и промывка фильтров). Элюат, содержащий ионы железа, хрома(III) и кальция, нейтрализуют раствором щелочи.
       Для очистки отработанного электролита используют катионитовый фильтр 6. Электролит пропускают со скоростью 1 м/ч вначале через механический, а затем через катионитовый фильтр. Один объем катионита на 70-80% очищает 2-3 объема электролита от примесей железа и хрома (III). Очищенный электролит возвращается в ванны хромирования. Регенерат фильтра 6 нейтрализуют также известковым раствором.
       Расход воды на собственные нужды установки (10-20%) компенсируется добавкой водопроводной воды. Она очищается на этой же установке вместе с промывными водами, поэтому состав подпиточной воды влияет не только на ход очистки промывных вод,- но и на технологию превращения регенерата анионитового фильтра в хромовый ангидрид нужной степени чистоты.
       Если с подпиточной водой в систему оборотного водоснабжения вводятся посторонние ионы (сульфаты, хлориды) в количестве, сопоставимом с количеством анионов хрома (VI), выносимых из электролита, схема ионообменной очистки промывных вод усложняется. Необходимо либо обессоливать на отдельной установке воду для подпитки системы оборотного водоснабжения, либо усложнить единую установку очистки промывных вод. По второму пути была создана установки для очистки хромсодержащих сточных вод производительностью 5 м/ч. В качестве подпиточной используют артезианскую сульфатно-кальциевую воду минерализованностью более 30 мэкв/л поэтому очистку промывных вод ведут по схеме: катионит — анионит сильноосновный — анионит слабоосновный. Катионит работает до проскока солей натрия, анионит — ионов хрома (VI), анионит слабоосновный - ионов хлора. По сорбируемости на сильноосновном анионите анионы располагаются в ряд:

Cr2O72- > CrO42- > SO42- > NO3- > Cl-

       Поэтому большая часть сульфат- и хлорид-ионов вытесняется на слабоосновный анионит, а сильноосновный анионит обогащается бихромат-ионами. При благоприятном соотношении примесей регенерат сильноосновного анионита при последующем Н-катионировании может превратиться в раствор хромового ангидрида с допустимым содержанием примесей. Отметим, что полнота хроматографического разделения ионов, присутствующих в хромсодержащих сточных водах, зависит от их соотношения: чем больше посторонних ионов, тем сложнее технология отделения хрома и возвращения его в производство. Может, например, возникнуть необходимость в очистке регенерата анионитового фильтра от посторонних примесей мешающих возвращению хрома в производство.
       Наиболее простой и надежной является локальная ионообменная очистка хромсодержащих сточных вод с подпиткой системы обессоленной водой из автономного источника. При этом прирост солей в промывной воде (их природа и соотношение отдельных ионов) соответствует составу электролита, что позволяет повторно использовать не только воду, но и электролит. Выбор оптимального варианта требует учета конкретных обстоятельств, складывающихся в производстве.

Скачать опросный лист - Очистка сточных вод

 


Рейтинг   ТранснЭкоПроект   АкваЭксперт.ру: рейтинг сайтов водной тематики Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2005-2012 Транснациональный экологический проект - Разработка сайта Moodle
Очистка промышленных сточных вод. Оборотное водоснабжение. Наилучшие доступные технологии.
Вся информация на данном сайте защищена авторскими правами.