На початку ХХІ століття значно зросла актуальність розв’язання проблеми глобальних екологічних викликів. Сьогодні людство практично наблизилося до тієї межі, коли подальше ігнорування необхідності збереження екосистеми Землі може дуже дорого обійтися майбутнім поколінням. Глобальних екологічних проблем існує чимало, і кожна з них заслуговує на увагу. У цій статті йтиметься про захист гідросфери від виснаження та забруднення.

Внаслідок господарської діяльності людини утворюються промислові стічні води. Скидання таких речовин у відкриті водойми без додаткової обробки може призвести до непоправних наслідків. Ситуація ускладнюється тим, що промисловість розвивається стрімкими темпами, а разом із нею зростає й обсяг стічних вод. Тому очищення стічних вод цеху від важких металів дозволить покращити екологічну ситуацію та зберегти навколишню екосистему.

На думку Всесвітньої організації охорони здоров’я, захворювання людини, викликані споживанням неякісної води та продуктів харчування, можуть становити до 80% від загальної кількості проблем зі здоров’ям. Саме тому очищення промислових стоків є одним із найактуальніших та першочергових завдань.

Загальна характеристика гальванічного виробництва

Гальванічне виробництво отримало свою назву від електрохімічного методу нанесення механічних і хімічних покриттів на різні матеріали для надання їм твердості, зносостійкості, антикорозійних, декоративних та захисно-декоративних властивостей.

На гальванічних підприємствах можуть виконувати цинкування, хімічну пасивацію нержавіючих сталей, анодування алюмінію, хімічне оксидування сталей, хімічне оксидування алюмінію тощо. Поява стічних вод обумовлена необхідністю промивання деталей у процесі підготовки та нанесення гальванопокриттів.

Склад стічних вод гальванічних цехів

До складу стічних вод гальванічного виробництва зазвичай входять промивні води (розбавлені стоки) та концентровані розчини (травильні, мийні, знежирювальні, хромовмісні та ціанвмісні електроліти).

Найбільшу шкоду довкіллю завдають сполуки металів, які виносяться стічними водами гальванічного виробництва. Наприклад, ціанвмісні стоки містять вільний ціанід натрію (калію), комплексні ціанідні солі цинку, кадмію, міді та інших металів, а також солі лужних і лужноземельних металів. Концентрація ціану може коливатися в межах 5–300 мг/л, а кислотність перевищує позначку «7».

Хромовмісні стічні води гальванічних цехів містять шестивалентний і тривалентний хром, іони заліза, міді, нікелю, цинку, а також сірчану кислоту.

Сполуки кадмію навіть у відносно невеликих кількостях мають різко негативний вплив на риб та інших мешканців водойм. Добре вивчене і шкідливе вплив інших важких металів: вони можуть потрапляти в організм людини через системи водопостачання та продукти харчування, спричиняючи патологічні зміни в печінці, серці, мозку, а також розвиток злоякісних пухлин.

Існуючі способи очищення стічних вод гальванічного виробництва

Основною метою методів очищення стічних вод гальванічних виробництв є зниження вмісту важких металів до гранично допустимих концентрацій. Це дозволяє або зливати очищену воду в каналізацію, або повертати її назад у виробництво. Оскільки гальванічні стоки містять широкий спектр важких металів, кожен із яких потребує різних умов осадження, на практиці застосовують багатостадійну обробку. Розчинені іони важких металів переводять у нерозчинні хімічні сполуки, після чого здійснюється відокремлення та зневоднення твердої фази.

У загальному випадку процес очищення складається з таких етапів:

• Нейтралізація — процес, необхідний для хімічного осадження металів. Полягає у вирівнюванні рівня рН до певного значення за допомогою гідроксидів натрію та кальцію.

• Флокуляція — утворення макрофлокул завдяки додаванню органічних флокулянтів.

• Осадження — відокремлення твердої фази та зневоднення шламу.

• Доочистка — фільтрацією, сорбцією або йонним обміном.

Попри досягнення, іонообмінні, реагентні та коагуляційні методи не дозволяють у повній мірі забезпечити ефективне й економічне очищення, а також раціональне використання водних ресурсів. Крім того, під час застосування зазначених методів очищення стічних вод від іонів важких металів утворюються так звані гальваношлами. Такі речовини не можна захоронювати на полігонах для твердих побутових відходів. Для їх утилізації потрібні спеціальні полігони, кількість яких є вкрай малою. Тому більшість підприємств змушені зберігати такі відходи на власній території або створювати тимчасові шламосховища.

Іонообмінні та реагентні методи з використанням традиційного обладнання є тривалими та трудомісткими, потребують значних витрат реагентів, відрізняються великою металоємністю та громіздкістю обладнання.

Застосування апарату вихрового шару в процесах очищення стічних вод гальванічних цехів

З огляду на вищевикладене, можна стверджувати, що пошук нових, більш ефективних підходів до вирішення проблеми очищення стічних вод гальванічних виробництв є надзвичайно актуальним. Компанія GlobeCore виробляє апарати вихрового шару, технологічні лінії з якими успішно працюють у різних галузях промисловості.

Аналізуючи інтенсифікуючі чинники, що мають місце в апаратах вихрового шару, можна припустити, що на процеси очищення стічних вод можуть суттєво впливати:

• електрохімічні фактори, електромагнітна обробка та активація речовин у вихровому шарі;

• диспергування фаз;

• геометричні параметри та режим роботи вихрового шару, його гідродинамічні характеристики, що забезпечують інтенсивне перемішування оброблюваних середовищ.

Було проведено дослідження очищення стічних вод гальванічного цеху від важких металів за допомогою апарата вихрового шару типу АВС-100 (лабораторного). Як реагент-відновник використовувалося сірчанокисле залізо FeSO₄. Відновлення трьох- та шестивалентного хрому реагентом здійснювалося в лужному середовищі, для чого у воду вводилося вапняне молоко Ca(OH)₂.

Оскільки в лужному середовищі додатковим відновником виступає гідроокис заліза, підкислення стоків не потрібне. В очищувану воду об’ємом 0,5 л було додано 10 мг 10%-го розчину сірчанокислого заліза.

Для обробки застосовувалися феромагнітні частинки довжиною 20 мм і діаметром 1,8 мм (загальна маса 200 г). Час обробки становив 3 с.

У таблиці 1 наведені результати процесу очищення стічних вод гальванічного цеху від важких металів за допомогою апарата вихрового шару АВС-100, а також порівняння отриманих даних із початковими значеннями та гранично допустимими концентраціями, встановленими для країн Європейського Союзу.

Таблиця 1

Результати процесу очищення стічних вод гальванічного цеху від важких металів за допомогою апарата вихрового шару АВС-100

Висновки проведених досліджень:

1. Використання апарата вихрового шару типу АВС-100 в процесах очищення стічних вод гальванічних цехів дозволяє знизити концентрацію важких металів до рівня, що не перевищує гранично допустимих значень, встановлених у країнах Європейського Союзу. У випадку нікелю та шестивалентного хрому вдалося досягти повної відсутності цих речовин у очищеній воді, що свідчить про перспективність використання апаратів вихрового шару у країнах із жорсткішими вимогами щодо їх вмісту.

2. Очищення води відбувається миттєво та не потребує перевитрати реагентів.

3. Осад відстоюється значно швидше, ніж при використанні апаратів із мішалкою.