Водоподготовка и очистка сточных вод

Комплексная мембранная технология очистки сточных вод гальванических производств с обеспечением замкнутого водооборота

Поворов А.А., к.т.н., Павлова В.Ф., к.т.н., Шиненкова Н.А., Краснов А.Н.

Сточные   воды гальванического производства оказывают негативное   влияние   на   экосистему. В их составе присутствуют соединения тяжелых металлов, растворы кислот и щелочей, кубовые остатки органических растворителей.

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

По традиционной технологии все гальваностоки смешиваются и подвергаются совместной переработке. Однако такой подход имеет ряд недостатков:

• при применении самого распространенного на отечественных предприятиях реагентного метода не обеспечивается качество очистки, соответствующее требуемым ПДК по ионам тяжелых металлов на слив;
• нерационально, с огромными потерями используется большой объем промывных вод;
• безвозвратно теряются ценные компоненты (кислоты, щелочи и цветные металлы

В связи с этим в области обезвреживания производственных сточных вод гальванических производств основной задачей является создание технологии раздельной переработки разбавленных сточных вод и концентрированных отработанных растворов. Это позволит в основной технологический цикл вернуть до 95% очищенной воды и 70-90% ценных продуктов из стоков в виде регенерированных сред.

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; *регенерация отработанных растворов и электролитов, т.е. восстановление их работоспособности за счет удаления примесей;
• *выделение     ценных     компонентов     из     отработанных     электролитов     и технологических растворов с возвратом их в производство;
минимизация образования отходов и снижение их экологической опасности.

в данной статье вопрос переработки концентрированных стоков не рассматривается.Выбирая наиболее рациональную схему очистки сточных вод, ЗАО «БМТ» учитывает качество и расход воды, используемой на промывные операции, состав и концентрацию примесей в воде после ее использования, режимы водопотребления и водоотведения в локальной системе, а также финансовое состояние предприятия.

Схема очистки будет экономически выгодна только при минимальных затратах электроэнергии, химикатов, воды, при совмещении части операций и утилизации металла на месте, а также при использовании стандартного недорогого оборудования.

Организация системы замкнутого водооборота целесообразна в том случае, когда штрафы за превышение концентраций загрязняющих веществ в сточных водах соизмеримы с потенциальными затратами на вложения в реконструкцию очистных сооружений, а качество очистки стоков до требований ПДК недостижимо с использованием только традиционных методов очистки.

Как показывают расчеты и практический опыт, локальные системы переработки концентрированных стоков наиболее выгодны, когда имеется возможность выделить из общего стока потоки с ценными компонентами или особо токсичными примесями.

Внедрение локальных установок обработки некоторых категорий сточных вод в централизованные очистные сооружения позволяют решить большинство проблем водного хозяйства гальванического производства при наименьшей себестоимости очистки. Обычно функция этих узлов - предочистка и доочистка стоков на базе реагентной обработки, электрокоагуляции, ионного обмена, сорбции. Для достижения требуемого качества очистки этими методами эффективно используются следующие прогрессивные разработки:

 

применяются новые виды флокулянтов, которые не только повышают эффективность процесса, но и приводят к снижению удельного расхода (до 10 раз) химических реагентов. Выбираются марки флокулянтов, действующих в широких интервалах рН (1 - 14) и температур (0 - 100º С); отстойники оснащаются тонкослойными элементами, которые за счет увеличения контактной поверхности осаждения интенсифицируют процессы осаждения и выделения из воды механических и коллоидных примесей. Применение технологии тонкослойных модулей позволяет уменьшить содержание взвешенных частиц в среднем в 5-10 раз. используются высокоэффективные сорбенты с повышенным ресурсом и избирательным действием к тому или иному элементу. Их применение позволяет очищать воду до норм ПДК по тяжелым металлам и нефтепродуктам;

Однако перечисленные традиционные методы очистки промывных вод с повышенным солесодержанием не позволяют достичь такого качества очищенной воды, чтобы можно было повторно использовать ее в технологическом процессе.

 

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» (рис. 1).

 

 

Рис.1. Принципиальная технологическая схема установки очистки гальваностоков

У – усреднитель; ЭК - электрокоагулятор; ОТ - отстойник с тонкослойными модулями; ФП - фильтр-пресс; ФЗ – механический фильтр с зернистой загрузкой, АД фильтр-адсорбер с загрузкой, селективной по тяжелым металлам; ФМ – механический фильтр; ММ - мембранный модуль; ВА – узел выпаривания.

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

 

1. 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.

2. 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.

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.

3. Выпаривание концентрата обратного осмоса с использованием энергосберегающих выпарных аппаратов с получением пресной воды (дистиллята) и сгущенного кубового продукта или суспензии кристаллических минеральных солей, пригодных для дальнейшей утилизации и получения ценных продуктов.

При использовании прямоточного роторно-пленочного испарителя (РПИ) достигается самый высокий коэффициент теплопередачи по сравнению с выпарными аппаратами других типов, а применение при выпаривании аппаратов с механической рекомпрессией вторичного пара и вакуумных выпаривателей позволяет снизить электропотребление в 15-20 раз.

Примером достижения высоких результатов внедрения системы замкнутого водооборота на базе мембранной технологии являются достигнутые показатели работы комплексной установки очистки производственных стоков и регенерации рабочих растворов линии никелирования на ОАО «Роберт Бош» (г. Энгельс), внедренной в 2004 году.

Доходы от реализации никельсодержащих шламов на этом предприятии составили не менее 250 тыс. руб./год по состоянию на 2006 год, а себестоимость кубометра очищенной воды - 92 руб. Был проведен анализ воды, прошедший очистку на комплексной установке, результаты которого приведены в табл. 1.

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.

style="line-height: 130%;">Солесодержание примесей в очищенной воде

 

 

Введение замкнутого водооборота позволило резко сократить объем потребляемой воды. С момента внедрения по сегодняшний день объем потребляемой воды сократился в 55,2 раза, объем стоков уменьшился в 4,2 раза. На предприятии полностью исключены штрафы в природоохранные органы.

На рис. 2 представлен график, отражающий зависимость величины эксплуатационных затрат в расчете на 1 м³ очищенной воды от производительности очистных сооружений для предприятий, на которых была внедрены установки очистки сточных вод на базе мембранной технологии производства ЗАО «БМТ».

Рис.2. Величина эксплуатационных затрат в зависимости от часовой производительности установок очистки гальваностоков

Для иллюстрации структуры эксплуатационных затрат при внедрении комплексной мембранной технологии приведем пример ОАО «АМЗ» (г. Арзамас, Нижегородская область).

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»;

- существенно уменьшить объемы твердых отходов - гальваношламов и минеральных солей, практически полностью переведя их в ценный безвредный продукт для утилизации;

- исключить слив сточных вод в канализацию, на рельеф местности, в водоемы рыбохозяйственного назначения, тем самым, повысив экологическую безопасность производства;

- снизить эксплуатационные затраты за счет экономии энергоэнергии, сырья и материалов, трудозатрат до 20% вследствие внедрения высокотехнологичных ресурсосберегающих процессов.

Теоретические решения, представленные в данной статье, подтверждены внедрением и эффективной работой комплексных установок очистки сточных вод гальванических производств более чем на 20 предприятиях, среди которых стоит выделить следующие:

- Очистные сооружения на базе обратного осмоса для гальванического производства, общая производительность - 35 м³/ч, Заказчик - ОАО «Пермский моторный завод», г. Пермь;

- Установка очистки засоленных вод с использованием обратного осмоса, производительность - 70 м³/ч, Заказчик - РУП «БМЗ», г. Жлобин (р. Белоруссия);

- Установка очистки сточных вод, производительность - 24 м3/ч, Заказчик - ООО «Северстальавто-ЕЛАБУГА», г. Елабуга;

- Установка по очистке концентрированных и промывных сточных вод линии меднения проволоки, 6 м³/ч, Заказчик - ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат», г. Новокузнецк;

- Установка очистки промывных вод гальванического производства, 5 м³/ч, Заказчик - ОАО «Роберт Бош- Саратов», г. Саратов;

- Установка комплексной очистки производственных сточных вод с линий подготовки и окраски алюминиевых изделий, производительность - 3,5 м³/ч, Заказчик - ООО «КиК», г. Красноярск;