Сточные воды после обезвреживанияхроматов, а также кислотно-щелочные стоки должны быть очищены от ионов тяжелыхметаллов (никеля, цинка, хрома, меди и др.). Традиционно воду от соединенийтяжелых металлов очищают путем перевода их в нерастворимые в воде соединения,которые затем удаляют отстаиванием, флотацией, фильтрацией и др. способамиразделения твердой и жидкой фаз. Перевод в твердую фазу в основном осуществляютвведением щелочи с образованием гидроксидов, гидроксокарбонатов, карбонатов, атакже сульфидных ионов, что приводит к образованию водонерастворимых сульфидовтяжелых металлов.
На результаты очистки сточных водсущественное влияние оказывают происхождения стоков, исходная концентрациязагрязнителей, рН, наличие комплексообразователей, ионная сила раствора,природа щелочного реагента, а также особенности технологии коагуляции,флуктуации и разделения осадков и жидкой фазы.
С увеличением рН растворимостьгидроксидов тяжелых металлов уменьшается, достигает минимума и затемвозрастает. При высоких значениях рН некоторые гидроксиды амфотерных металлов(цинк, хром) легко образуют растворимые гидрокомплексы при небольшом избыткещелочи.
Гидроксиды тяжелых металлов оказываютвзаимное влияние на полноту очистки смешанных сточных вод. Присутствие ионовхрома(3) при очистке цинкосодержащих сточных вод снижает растворимостьгидроксида цинка и его содержание в исходной воде проявляется в меньшей мере.[23]
Но основными проблемами, которыевозникают сегодня при очистке стоков гальванотехники от соединений хрома,являются : обезвреживание хрома (6) до ПДК (0,005-0,01 мг/л); минимальныерасходы реагента и электроэнергии при восстановлении; эффективное удалениедисперсной фазы Cr(ОН)3до концентрации 0,1-,05 мг/л. Важной задачей является так же сокращение расходареагента-восстановителя [27].
Очисткасточных вод от ионов хрома.
Источникипоступления соединений хрома в сточные воды.
Сточные воды гальванического производства составляют от 30 до 50% общегоколичества сточных вод, которые образуются на предприятиях. Средний объемгальванических сочных вод, образующихся на одном гальваническом производстве,составляет 600-800 м3/сутки. Гальваническое производство относится кчислу наиболее неэкономичных, отличается вредными условиями труда, большимколичеством отходов. Ежегодно сбрасывается до 1 км3 токсичныхсточных вод, содержащих до 50 тыс. тонн тяжелых металлов, 25-30% этих сточныхвод попадает в водные бассейны.
В результате экономический ущерб, причиняемый гальваникой народномухозяйству, оценивается в 2 млр. рублей в ценах 1990 года [1].
Отходы в гальванотехнике образуются вследствие выносавысококонцентрированных (порядка 100г/л) растворов. С отходами тесно связана ипроблема обезвреживания – очистки двух вспомогательных потоков: промывной воды(2 м3/м2) и воздуха (100 м3/м2).Необходимость применения воды и воздуха в таких значительных количествахсвязана с несовершенством применяемого оборудования [1-2].
Сточные воды гальванического производства часто содержат в своем составесоединения трех- и шестивалентного хрома [1-2].
Источником поступления Cr (VI) служат промывные воды ванн хромирования,хроматирования, травления меди и латуни, анодирование алюминия [2,3]. СоединенияCr (III) реже встречаются в промывных водах гальванотехники и в основномявляются продуктом восстановления Cr (VI) ионами Fe (II), органическимивосстановителями или при травлении меди. В последнее время в практикухромирования стали внедрять электролиты на основе соединений Cr (III) [4,5].
Проведенные эксперименты и исследования показывают, что даже принезначительной толщине покрытия деталей средней сложности, количествоматериала, выносимое из гальванической ванны в проточно-промывные воды, в несколькораз превышает расход металла на покрытие.
Ежегодно при промывке изделий теряется более 3,3 тыс. тонн цинка, 2,4тыс. тонн никеля, 0,5 тыс. тонн хрома и ограниченное количество воды – 3,2 км3/год[3].
Приведенные данные показывают, что сточные воды гальваническогопроизводства, содержащие ионы тяжелых металлов, наносят огромный экономическийи экологический ущерб. Он связан с потерей дефицитных материалов и разрушениемокружающей среды и здоровья человека.
Основной задачей обезвреживаниясточных вод, содержащих соединения хрома(6), является восстановление дотрехвалентного состояния. Соединения хрома(3) более чем в 100 раз менеетоксичны и склонны к гидролизу в щелочной среде, что позволяет удалять их ввиде гидроксида при последующей очистке.
Известные способы восстановленияхрома(6) можно условно подразделить на протекающие в жидкой фазе (в кислотной,щелочной и нейтральной средах) и гетерофазные (восстановительные,сорбционно-восстановительные и электрохимические).
Ход реакции восстановления хрома вкислой среде зависит от исходной концентрации хрома(6), величины рН,температуры. Эти параметры влияют на полноту восстановления и необходимуювеличину избытка восстановителя. Присутствие ионов железа, кадмия, цинка вдвоезамедляет процесс.
Восстановление хрома в кислой средеможно осуществлять при любых объемных расходах воды в довольно широкомдиапазоне концентраций.[23]
Современные методы очистки сточныхвод от ионов хрома.
Из анализа литературы следует, чтоперспективными способами решения указанных задач в нашей стране могут статьэлектрохимические методы и, в частности, электрофлотация с нерастворимымиэлектродами, электрокоррекция рН, мембранный метод, электродиализ и электролиз.Несмотря на то, что электрофлотация известна в нашей стране с 70-х годов, ееиспользование для решения экологических проблем гальванотехники ранее неприводилось. В тоже время этот метод является достаточно универсальным,высокоэффективным, экологически безопасным и достаточно экономичным. [8, 20]
Проблема с осаждения ионов тяжелых ицветных металлов заключается в том, что оптимальное значение рН для различныхионов не одинаково.
Так, например, для ионов Fe(III),Cr(III), Al(III) оптимальным является рН=6-7; для Сu(II), Zn(II), - рН=9,0-9,5;для Ni(II) и Cd(II) рН=10-10,5. Для повышения степени извлечения тяжелыхметаллов применяют различные флокулянты, осадители и коагулянты [9].
Использование новых физико-химическихметодов очистки в сочетании с реагентным позволяют решить проблему снижениясодержания ионов тяжелых металлов в сточных водах до 0,01-0,05 мг/л содновременной утилизацией отходов. Наиболее доступные на сегодняшний день –электрохимические.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОД.
К физико-химическим методам очистки сточных водотносят флотацию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, выпаривание, дистилляциюи др. Эти методы используют для удаления из сточных вод тонкодиспергированныхвзвешенных частиц (твердых и жидких), растворимых газов, минеральных иорганических веществ.
Использование физико-химических методов для очисткисточных вод по сравнению с использованием биохимических методов имеет рядпреимуществ: 1) возможность удаления из сточных вод токсичных, биохимическинеокисляемых органических загрязнений; 2) достижение более глубокой истабильной степени очистки; 3) уменьшение размеров сооружений; 4) уменьшениечувствительности к изменениям нагрузок; 5) возможность полной автоматизации; 6)более глубокая изученность кинетики ряда процессов, а так же вопросовмоделирования, математического описания и оптимизации, что важно дляправильного выбора и расчета аппаратуры; 7) отсутствие контроля задеятельностью живых организмов; 8) возможность рекуперации различныхвеществ.[1]
ФЛОТАЦИЯ.
Флотацию применяют для удаления из сточных воднерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохоотстаиваются. В некоторых случаях флотацию используют и для удалениярастворенных веществ, например, пав. Такой процесс называют «пенной сепарацией»или «пенным концентрированием». Флотацию применяют для очистки сточных водмногих производств. Она используется также для выделения активного или послебиохимической очистки.
Достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широкий диапазонприменения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура,селективность выделения примесей, по сравнению с отстаиванием большая скоростьпроцесса, а так же возможность получения шлама более низкой влажности (90-95%),высокая степень очистки (95-98%), возможность рекуперации удаляемых веществ.Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации пав илегкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Все это способствуетуспешному проведению последующих стадий очистки сточных вод.
Элементарный акт флотации заключается в следующем: при сближенииподымающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицейразделяющая их прослойка воды при некотором критической толщине прорывается ипроисходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс пузырек – частицаподымается на поверхность воды, где пузырьки собираются и возникает пенный слойс более высокой концентрацией частиц, чем в исходной воде.
Вероятность прилипания зависит от смачиваемости частицы, котораяхарактеризуется величиной краевого угла θ. Чем больше краевой уголсмачивания, тем больше вероятность прилипания и прочность удержания пузырька наповерхности частицы. Прилипание происходит при столкновении пузырька с частицейили при возникновении пузырька из раствора на поверхности частицы. На величинусмачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбционные явления иприсутствие в воде примесей пав,электролитов и др.