Содержание к диссертации
Введение
1. Экология мегаполисов 10
1.1 Урбанизация территорий и развитие экологии города 10
1.2 Проблемы городской среды и промышленных агломераций 22
1.3 Город и окружающая среда 29
1.4 Источники нарушений и загрязнения среды
1.4.1 Отходы производства и быга 32
1.4.2 Нарушения и загрязнения геологической среды 38
1.4.3 Измерение климатических условий и загрязнение атмосферы городов
1.5 Использование и загрязнение водных ресурсов 56
1.6 Загрязнение рекреационных зон.
1.7 Основные направления повышения экологической безопасности населения и улучшения экологической ситуации в городах 71
Выводы 79
2. Технологические процессы на предприятиях машиностроения и их воздействие на окружающую среду 81
2.1 Машиностроительная отрасль и экология 81
2.2 Технологические процессы на «Балтийском заводе». Влияние предприятия на окружающую среду 86
2.3 Промышленные стоки и способы их нейтрализации 92
Выводы 114
3. Экспериментальное изучение утилизации кеков гальванического производства 116
3.1 Основные направления утилизации гальванокеков 116
3.2 Методика исследований процесса переработки гальванических кеков 126
3.3 Термодинамическая вероятность процесса выщелачивания 146
3.4 Выбор рациональных параметров процесса выщелачивания гальванических кеков ОАО «Балтийский завод» 148
3.5 Организация рецикла при выщелачивании гальванического кека. Концентрирование цветных металлов 154
Выводы 160
4. Выбор рациональных параметров и эколого-экономическая оценка эффективности технологии переработки кеков гальванического производства 162
4.1 Принципиальная схема и схема цепи аппаратов переработки гальванических кеков 162
4.2 Оценка предотвращенного экологического ущерба 166
4.3 Оценка экономической целесообразности промышленной реализации предлагаемой технологии утилизации гальванических кеков 170
4.4 Рекомендации к промышленной реализации 175
Выводы 177
Заключение 179
Список литературы
- Город и окружающая среда
- Основные направления повышения экологической безопасности населения и улучшения экологической ситуации в городах
- Промышленные стоки и способы их нейтрализации
- Оценка экономической целесообразности промышленной реализации предлагаемой технологии утилизации гальванических кеков
Введение к работе
Актуальность работы. В последние десятилетия, как в нашей стране, так и за рубежом, остро встал вопрос об утилизации техногенных отходов. Содержания вредных веществ в подземных и поверхностных водах, зачастую, превышают значения норм ПДК. При этом особую роль в загрязнении окружающей среды играют гальванические отходы. Используемые в гальваническом производстве электролиты образуют токсичные сточные воды, содержащие цианистые соединения, ионы тяжелых цветных металлов, поверхностно активные вещества и т.д. Такие загрязнения являются сильными ядами, способными уничтожить биоту в естественных водах и сооружениях биологической очистки. Вещества-загрязнители попадают в окружающую среду вместе с промышленными сточными водами как после стадий их очистки, так и в результате выщелачивания твердых токсичных отходов гальванического производства кислыми ливневыми водами.
На отечественных предприятиях очистку сточных вод гальванотехники, в основном, осуществляют на станциях нейтрализации, в результате тяжелые металлы осаждаются в виде гидроксидов и карбонатов. Получаемые продукты - кеки, представляют собой смеси гидроксидов и карбонатов тяжелых металлов с гипсом и имеют влажность 85-90%. Проблема минимизации сточных вод гальванотехники решается, главным образом, путем внедрения в уже существующие технологические схемы таких мероприятий, как оптимизация межоперационной промывки, внедрение безреагентных методов очистки стоков, позволяющих существенно сократить объемы получаемых гальванических шламов и повысить глубину очистки.
Гальванические кеки - многокомпонентные продукты, и их полная переработка является сложной технолопгческой задачей. К сожалению, до сих пор еще доминирует взгляд на кеки как на вредные отходы, что и определяет пути их ликвидации. В литературе практически отсутствуют данные о разработках, направленных на переработку кеков гальванопроизводства, и получения продуктов, пригодных для использования в народном хозяйстве. В частности, стремление перевести их в водонерастворимое состояние, связывая с другими материалами.
Например, используют кеки как компонент стройматериалов, керамики, асфальтовой смеси, решая таким образом проблему их утилизации. Однако при этом безвозвратно теряются такие ценные компоненты кеков как цветные металлы. Попытки выделения цветных металлов в виде конечных продуктов или полупродуктов предпринимались рядом исследователей, но достаточно эффективная технология до конца так и не была разработана.
Цель работы - снижение техногенной нагрузки на окружающую среду от захоронения отходов гальванического производства путем внедрения комплекса технологических решений, направленных на утилизацию кеков гальванических производств.
Идея работы заключается в переработке осадков очистных сооружений гальваноцехов традиционными методами гидрометаллургической технологии с попутным получением тяжелых цветных металлов СЩМ) в качестве конечных продуктов.
Основные задачи работы:
анализ и оценка совокупности факторов, влияющих на здоровье и жизнедеятельность человека в зоне влияния крупных городов и промышленных агломераций;
анализ воздействия на окружающую среду предприятий машиностроения и, в частности, АО "Балтийский завод"; сточные воды гальванических и травильных отделений, сточные воды, содержащие поверхностно-активные вещества, способы их нейтрализации, переработка шламов гальванических производств;
постановка задачи исследования возможности переработки гальванических кеков и создание методик исследования;
отработка отдельных стадий технологии переработки кеков гальванических производств и выбор рациональных параметров технологического варианта утилизации на примере продуктов, взятых на АО "Балтийский завод";
- эколого-экономическая оценка предлагаемой технологии утили
зации гальванических кеков на примере АО "Балтийский завод".
Научная новизна работы заключается в установлении закономерностей хода процесса переработки гальванических отходов от различных технологических параметров работы установок.
Научная значимость работы:
определены основные направления утилизации кеков гальванического производства, представлена технологическая схема и, схема цепи аппаратов процессов переработки гальванических кеков;
разработана методическая основа для лабораторных исследований процессов гидрометаллургической переработки гальванических кеков;
установлены зависимости термодинамической вероятности ведения процессов выщелачивания от температуры;
на основании экспериментальных данных по растворению гальванических кеков получены основные кинетические зависимости.
Основные защищаемые положения:
-
Развитие общества связано с концентрацией основной части населения в крупных городах и промышленных агломерациях, обеспечивающих высокую экономическую эффективность производства и комфортность проживания, при одновременном создании агрессивной искусственной окружающей среды, в формировании которой активную роль играют техногенные источники.
-
Машиностроительные предприятия на территории городских и промышленных агломераций являются источниками опасных отходов, содержащих в сточных водах тяжелые цветные металлы и их соединения, которые могут быть в значительной мере нейтрализованы и использованы в качестве техногенного сырья при проведении очистки сточных вод гальваноцехов и получения кеков.
-
Рациональной технологией переработки токсичных гальванических отходов является перевод ценных компонентов кеков в раствор с последующим их селективным выделением цементацией и рафинированием.
-
Выбор рациональных параметров установки для утилизации гальванических кеков должен осуществляться на основе снятия кинетических кривых с последующей обработкой результатов методом, разработанным институтом "Гипроникель", что обеспечивает снижение экологической нагрузки на окружающую среду и получение экономического эффекта в основном производстве.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использован комплексный подход, включающий системный анализ проблемы по научной литературе, лабораторные исследования отдельных технологических стадий процесса переработки гальваниче-
ских кеков, эколого-экономическую оценку предлагаемых в работе технологических решений.
Достоверность научных положении, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием большого объема исходных данных, современных методов исследований, хорошей сходимостью экспериментальных данных с данными теоретических исследований.
Практическая значимость работы заключается в обосновании и разработке технологических решений утилизации отходов гальванического производства, позволяющих снизить техногенную нагрузку на окружающую среду от их захоронения.
Лично автором:
проведен анализ состояния городских и промышленных агломераций, показаны основные пути загрязнения окружающей среды крупных городов и промышленных центров;
проведен анализ воздействия предприятий машиностроения на окружающую среду, показаны основные пути переработки сточных вод гальванических и травильных производств, утилизации сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества, переработки и кондиционирования кеков гальванического производства;
разработана технологическая схема и схема цепи аппаратов предлагаемой технологии переработки кеков гальванического производства;
представлены и опробованы методики гидрометаллургической переработки гальванических кеков;
проведены экспериментальные исследования по оптимизации отдельных стадий процесса переработки гальванических кеков;
проведена эколого-экономическая оценка представленной технологии переработки кеков гальванического производства.
Апробация работы. Основные положения работы в целом и отдельные ее этапы обсуждались и получили одобрение в Санкт-Петербургском государственном горном институте (Техническом университете) на конференциях "Полезные ископаемые России и их освоение в 1997 - 2000 годах, Балтийском государственном университете на конференции "Новое в экологии" в 1999 году, Институте проблем региональной экономики РАН в 1998 - 1999 годах, в Санкт-Петербургском государственном техническом университете в 1997 году, на конференции Металлургические технологии и экология в рамках выставки "Металлургия-99" в 1999 году.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 11 печатных работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Изложена на 194 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 34 таблицы и список литературы из 119 наименований.
Автор приносит искреннюю благодарность научному руководителю, заведующему кафедрой экологии, аэрологиии и охраны труда, проф. Ю.В.Шувалову, вне. М.Ш.Баркану и сотрудникам кафедр ЭА и ОТ, МЦМ и ОФХ за ценные советы, внимание и помощь, оказываемые в процессе выполнения работы.
Город и окружающая среда
Современное состояние экологии городов и промышленных агломераций вызывает тревогу общества в связи с усиливающимися негативными явлениями техногенного воздействия на окружающую среду, ростом народонаселения [41,42] и переходом основной его части к городскому образу жизни.
1. Рост городских территорий сопровождается оскудением земель, сокращением площади лесов и плодородных земель. Сегодня они растут вдвое быстрее, чем городское население. Так, за 20 лет площадь 15 крупнейших урбанизированных ареалов мира выроста на 97%, а их население на 45%. В частности, для Токио эти показатели составили соответственно 300 и 55, для Мадрида - 75 и 31, Мельбурна - 155 и 74%. За 1960-1970 гг. территория 172 городских агломераций росла быстрее, чем их население [43]. По некоторым прогнозам к 2000 году площадь под застройкой, коммуникациями и рекреационными зонами сравняется с площадью пахотных земель.
Изучение селитебных ландшафтов показало в среднем 20% (иногда 50) превышения реально занятых городами площадей по сравнению с теми, которые были определены по картам. За 14 лет с 1968 г. площадь урбанизированного района городов Далласа и Форт-Уэрта увеличилась более чем в 10 раз, поглотив 11 окрестных городов. При этом площадь распространения загрязнений иногда вдвое превышает территорию города. С другой стороны, частная собственность на землю или же финансовая слабость городских муниципалитетов ведут к тому, что городские территории, полностью обеспеченные инженерными и социальными коммуникациями, пустуют и приходят в упадок. Так, в Англии, в городах Южного Уэльса пустыри составляют 6-10% городской территории, причем их 65% принадлежит государственным учреждениями [44].
До недавнего времени на большей части Земли воздействия города на природу носили локальный характер, и общие изменения природной среды были лишь суммой многих локальных изменений. Теперь же локальные и региональные воздействия распространяются на большие пространства, планету в целом.
Анализ вещественно-энергетических связей города и региона выявляет глобально-локальный принцип их функциональной организации, т.е. "поляризованного" развития антропогенного ландшафта. Интенсификация хозяйства и градостроительства в одних регионах ухудшат ресурсные возможности в других, требуя в них изменения характера социально-экономической деятельности. Превратить всю Землю в поле интенсивной человеческой деятельности, вероятно, невозможно.
В условиях России удельная величина земельного фонда составляет до 9 га/ чел, но фактически может использоваться лишь около 3 га на чел. При этом около 60% территории расположено в районах с многолетнемерзлыми породами и суровым климатом, около 10% населения проживают в сейсмически опасных районах, и около 1,5 млн. км территории заболочено [73].
Таким образом, рациональное использование земельных ресурсов и их защита являются актуальной проблемой нового века.
2. Интенсивно растет энергопотреление городов относительно и абсолютно. Например, население Гонконга [45] с 1950 по 1971 г. выросло вдвое, а его энергопотребление - в 5 раз; за 1971 и 1974 гг. население выросло еще на 7%, а энергопотребление—на 14% и т. д. Особенно быстро растет потребление жидкого топлива и электроэнергии. Отмечается все возрастающий темп потребления "экстрасоматической", т. е. промышленно вырабатываемой энергии по сравнению с соматической, мускульной (в 1971 г. для Гонконга это соотношение составляло 1:8; для США - 1:94; для мира в целом 1:17), что означает все большую зависимость здоровья и благосостояния людей от добычи природных ресурсов, используемых для производства энергии. Этот рост является следствием сложного комплекса причин экономического, технического и социального порядка, и потому экономия энергоресурсов города требует мер локального, регионального и общенационального уровня.
Города — основные потребители энергии, которая в конечном счете превращается в тепло. Если в среднем хозяйственная деятельность человека создает тепловой выброс около 0.01 ккал/см -год, то в промышленных районах эта величина на два порядка больше, достигает 1-2 ккал/см -год; на территориях больших городов, составляющих сегодня сотни и тысячи км2, эта величина достигает десятков и сотен ккал/см год, т. е. возрастает еще на один-два порядка [44].
Интенсификация промышленного и сельскохозяйственного производства в урбанизированных районах ведет к увеличению энергозатрат на единицу выпускаемой продукции. Сегодня по энерговооруженности и техническому оснащению современные агропромышленные комплексы не уступают промышленным предприятиям. Однако при этом темпы прироста продукции, в особенности сельскохозяйственной, оказываются достаточно скромными (табл. 1.7). В среднем десятикратное увеличение продуктивности овощеводства на закрытых грунтах по сравнению с открытыми потребовало 150-200 кратного увеличения затрат энергии.
Основные направления повышения экологической безопасности населения и улучшения экологической ситуации в городах
Отходы каждой отрасли промышленности имеют специфическую геохимическую характеристику, каждое предприятие внутри отрасли имеет свой геохимический облик. Наиболее крупными загрязнителями являются предприятия черной и цветной металлургии, химической промышленности и производства строительных материалов. Соотношение различных типов загрязнителей зависит от используемого сырья, топлива, технологии производства.
В процессе разработки ТКС охраны окружающей среды города при оценке загрязнения компонентов природной среды начальным этапом является инвентаризация источников загрязнения. Химическое загрязнение природной среды городов формируется, как правило, в результате действия нескольких источников и разных видов отходов. Их геохимическое многообразие определяет необходимость типизации химического воздействия в соответствии с возможным характером его влияния на природные процессы.
При группировке и ранжировании химических воздействий необходимо использовать следующие критерии: геохимическая специфика техногенных потоков вещества (химический состав, токсичность, устойчивость в природной среде, геохимическая активность), направленность, динамика и длительность химических воздействий.
На основе оценки концентраций загрязняющих химических веществ составляются схемы районирования территории города (М 1:25000) с выделением участков наиболее опасных ареалов загрязнения (в пределах территорий садов, детских площадок и т.д.).
Биологическое воздействие оказывают источники, которые поставляют в окружающую среду организмы и продукты жизнедеятельности последних. К источникам биологического воздействия на территории города относятся поля орошения, отстойники, сеть канализации, бытовые и промышленные свалки, кладбища. Во всех этих случаях в геологическую среду поступают продукты жизнедеятельности человека и животных, патогенные микроорганизмы. По данным городских СЭС кишечные палочки обнаруживаются в подземных водах на глубине до 300 м. Кроме того, в сточных водах названных источников, содержащих самые разнообразные органические соединения, развиваются различные группы микроорганизмов, которые вместе со своими продуктами обмена также попадают в почву, грунты, подземные воды.
Источниками биологического воздействия являются все предприятия пищевой промышленности. В сточных водах этих предприятий, содержащих преимущественно растительный и животный материал, также развиваются микроорганизмы, загрязняющие окружающую среду. Аналогичная картина наблюдается и на предприятиях кожевенной промышленности. Биологическое воздействие на окружающую среду оказывают крупнотоннажные предприятия микробиологической промышленности по производству микробного белка из углеводородов нефти. Использующиеся на этих предприятиях культуры дрожжей распространяются в воде в виде аэрозолей (взвесей). Со сточными водами они переносятся на несколько километров от производящих их заводов, попадают в почву и могут вызывать заболевания у людей.
Источниками биологического воздействия могут быть целлюлозно-бумажные, нефтеперерабатывающие и текстильные предприятия. В сточных водах этих предприятий будут развиваться микроорганизмы, использующие в качестве источника углерода и энергии сложные полимеры (целлюлоза, углеводороды и др.). В сточных водах и смазочном материале на металлообрабатывающих заводах обнаружена разнообразная микрофлора, достигающая концентраций 10 клеток на миллилитр. Субстратом для развития микроорганизмов служал углеводороды нефти и жирные кислоты, являющиеся основным компонентом сточных вод предприятий тяжелой промышленности.
К источникам биологического воздействия на геологическую среду можно отнести и терриконы, которые после разработки рудников и угольных шахт часто остаются в черте города. В состав пустой угольной породы входят минералы типа пирита. Установлено, что главную роль в окислении этих минералов и формировании кислых «желтых» стоков с терриконов играют тионовые бактерии. Кислые стоки микробного происхождения с терриконов попадают в почву, грунты и подземные воды, повышая агрессивность вод и угнетая растительность вокруг терриконов.
Территория России по климатическим условиям применительно к городскому строительству, разделена на три основные зоны: северную (тундровая, таежная, лесоболотная подзоны), умеренную (лесная, степная подзоны) и южную (полупустынные и субтропические подзоны) [57].
Исходными климатическими параметрами являются комплексные показатели (климатические и погодные условия, радиационно-тепловой режим, термовлажностный режим, световой климат, снегоперенос, пылеперенос, косые дожди) и пофакторные показатели (солнечная радиация, температура и влажность воздуха, ветер, осадки). На их основе составляется климатический паспорт города [57] (рис. 1.5), обеспечивающий рациональное планирование застройки, выбор мест расположения объектов различного назначения и инженерной подготовки территории для освоения.
Микроклимат города имеет существенные отличия от естественного в данном регионе, связанные с загрязнением атмосферы аэрозолями, изменением теплообмена и образованием искусственных потоков тепла, созданием «городских бризов» (табл. 1.12).
Промышленные стоки и способы их нейтрализации
Создание в замкнутых пространствах комфортных условий и прежде всего очищенного кондиционированного воздуха и пониженного уровня шумов может значительно уменьшить отрицательное влияние городской среды на здоровье человека, да и сами эти мероприятия требуют относительно небольших материальных затрат. Решению этого вопроса, однако, не уделяется достаточного внимания. В частности, даже в новых проектах жилых домов не предусматриваются возможности установки кондиционеров и воздушных фильтров. Помимо этого, в пределах самой жилой среды действует немало факторов, влияющих на её качество. К ним следует отнести газовые кухни, значительно повышающие загазованность воздуха, пониженную влажность воздуха (при центральном отоплении), наличие значительного количества разнообразных аллергенов - в коврах, мягкой мебели и даже в теплоизолирующих материалах, употребляемых в строительстве.
В системе городского озеленения выделяют четыре ландшафтно-экологических пояса: 1) пригородные леса внешнего кольца зеленой зоны; 2) лесопарковые и парковые насаждения, зеленые массивы ограниченного пользования и специального назначения; 3) городские скверы, бульвары, внутриквартальные насаждения, зеленые полосы вдоль улиц; 4) насаждения на улицах и площадях жилой застройки с интенсивным транспортным движением, на территории "грязных" промышленных предприятий [67].
Основные отрицательные факторы, снижающие экологическое благополучие зеленых насаждений: 1) загрязнение окружающей природной среды (воздуха, почвы и водных бассейнов); 2) рекреационная деятельность человека (в основном вытаптывание); 3) изменение гидрологического режима (характера перемещения, уровня и состава грунтовых вод). Воздействие этих факторов приводит к подрыву устойчивости биоценозов и заболеванию деревьев от разных возбудителей. Результаты воздействия загрязнения в крупном городе зависят в первую очередь не от величины городской территории, а от состава и видов деятельности промышленных предприятий, плана городской застройки, наличия санитарно-защитных зон около предприятий, площади и структуры зеленых насаждений. Эффект влияния атмосферного загрязнения определяется главным образом следующими показателями: 1) концентрацией и химическим составом загрязняющих веществ в воздухе; 2) высотой выброса загрязняющих веществ; 3) климатическими условиями региона; 4) физиологическими особенностями растений. Так, даже одиночные выбросы S02, достигающие 0,40 мг/м , вызывают тяжелые необратимые изменения в растениях и образование так называемой индустриальной пустыни. Массовая гибель хвойных пород на фоне загрязнения воздуха сернистыми соединениями наблюдается при постоянной высокой концентрации этих соединений (до 0,07-09 мг/м ) в атмосфере, тяжелые необратимые повреждения наступают при концентрации 0,05-0,07 мг/м , средние повреждения вызывает концентрация 0,03-0,04 мг/м , слабые - 0,025-0,035 мг/м . При концентрации сернистых соединений до 0,015 мг/м явных признаков повреждения обычно не наблюдается, но при длительной концентрации в атмосфере S02 более 0,052 мг/м3 очевидные признаки деградации появляются не только у хвойных, но и у лиственных пород, особенно у бука. Т.Келлер [68] считает, что при постоянной концентрации 0,08 мг/м этого газа в атмосфере для некоторых видов ели и 0,012 мг/м для сосны обыкновенной дальнейшее культивирование этих пород бесперспективно [69].
Таким образом, эффект влияния загрязнения воздуха на зеленые насаждения в значительной мере определяется интенсивностью промышленных выбросов и продолжительностью их воздействия. При значительных выбросах загрязнителей и длительном их воздействии происходит полное разрушение ассимиляционного аппарата и массовая гибель насаждений. Большое значение имеет расстояние между насаждениями и источником эмиссии загрязнителя. Максимальная концентрация загрязнения наблюдается на некотором расстоянии от источника (в зависимости от высоты трубы) и постепенно убывает по мере удаления.
Эффект влияния загрязняющих веществ на древесные насаждения в значительной мере зависит также от погодных условий во время воздействия этих загрязнителей. Выявлено, что повышенная температура и увеличение количества приходящей солнечной радиации, активизируя биохимические процессы в растениях, повышают их чувствительность к воздействию газов. При более высокой температуре происходит также более интенсивное поглощение газов поверхностью фотосинтезирующих органов.
Немаловажная роль принадлежит и загрязнению почвенного покрова. Кислые соединения, снижая плодородие почвы, одновременно уменьшают жизнестойкость и газоустойчивость растений; попадая в почву, они приводят к образованию легкоподвижных токсических элементов. Интоксикация растений происходит в основном соединениями хлора и натрия, которые в почве находятся в легко доступных для растений формах.
Весьма опасное для всех живых организмов загрязнение возникает под воздействием автотранспорта. Особенно ощутимо влияние этого вида загрязнения в городах, где оно часто составляет большую часть общего загрязнения. Выхлопные газы автомобилей содержат около 200 различных химических соединений, 170 из которых являются ядовитыми. В результате воздействия загрязненного автотранспортом воздуха у растений наблюдается хлороз листьев, свертывание листовой пластинки, появление некротических пятен. Листья могут потерять тургор и преждевременно опасть. В то же время некоторые из компонентов выхлопных газов растения могут использовать как дополнительные питательные вещества, например, некоторые соединения, содержащие углерод, азот и серу. Но большинство других компонентов даже в незначительных концентрациях действует как яды, например, углеводороды, свинец.
Оценка экономической целесообразности промышленной реализации предлагаемой технологии утилизации гальванических кеков
Переработка шламов гальванических производств. При очистке сточных вод гальванических цехов реагентным и электрокоагуляционным методом, кроме обезвреженной воды образуется шлам, который в виде суспензии вывозится в отвалы, загрязняя окружающую среду. Присутствие шламов в отвалах приводит к загрязнению водоемов, связанному с просачиванием в водоносные горизонты токсичных компонентов с поверхности. Имеющиеся в литературе данные свидетельствуют об огромных количествах шламов, образующиихся в машиностроительном производстве. Так, например, в США в 1977 году этих отходов было более 200 тыс.т в пересчете на сухой продукт. Из них гальванические шламы составляли 115 400 т [75]. Если учесть, что после вакуум- или пресс-фильтров влажность составляет не менее 70%, то количество шламов, вывезенных в отвал или на спецполигоны, составит не менее 14 млн. т. Вместе с тем шламы не только загрязняют окружающую среду, но и уносят с собой безвозвратно большие количества таких ценных элементов как хром, цинк, медь, никель, кадмий и другие металлы.
Вследствие высокой сорбционной активности осадки состоят не только из гидроксидов тяжелых металлов, но содержат и другие вещества (масла, ПАВ, красящие вещества), с которыми могут быть смешаны в суспензии. Свежеполученные осадки сохраняют сорбционную активность в течение определенного времени (2-3 часа), после чего она снижается.
Для сгущения и уплотнения образующейся взвеси наиболее простым способом является отстаивание, в процессе которого частицы хлопьевидной взвеси гидроксидов металлов изменяют свою форму, плотность и размеры. Для ускорения процессов осаждения применяют высокомолекулярные флоккулянты. Из высокомолекулярных коагулянтов-флоккулянтов, активно способствующих слипанию частиц между собой и образованию хлопьев, наиболее широко применяются полиакриламид (ПАА). Скорость осаждения в этом случае может возрасти более чем в 20 раз при увеличении диаметра частиц гидроксида в 40 раз. Не менее эффективно применение магнитной и электрической обработки суспензии [75, 80] с целью агрегатирования и концентрирования твердых взвесей, что способствует улучшению эффективности действия осветлителей.
Существенные затруднения встречаются при обезвоживании осадков. Обычно для обезвоживания высокодисперсных шламов рекомендуются автоматические камерные фильтр-прессы с механическим зажимом плит ФГТАКМ. В качестве фильтровальной перегородки используется хлопчатобумажная ткань типа «Бельтинг». В качестве фильтровальных полотен испытывались и другие типы технических тканей (предполагаемых заменителей бельтинга): лавсановая термообработанная ткань ТЛФТ-5, холстопрошивное лавсановое полотно ХЛП арт.931506, холстопрошивное полипропиленовое полотно (обр.501/а) при начальной влажности осадка 98%. Результаты испытаний приведены в таблице 2.4.
Для обезвоживания трудно фильтруемых осадков были предложены различные типы центрифуг, вакуум-фильтры, фильтр-прессы, роторный и керамический фильтры. Однако из них наиболее работоспособными являются фильтр-прессы типа ФГТАКМ, тарельчатые центрифуги с гидромеханической выгрузкой осадка и вакуум-фильтры с намывным слоем осадка. Следует отметить, что эффективность обезвоживания также повышается при введении флоккулянта полиакриламида, так как при этом образуются крупные агрегаты, повышается механическая прочность хлопьев и пористость осадка [75]. Рекомендуемое количество ПАА и продуктов его модификации 2-3 мг/л, что обеспечивает остаточное содержание взвешенных веществ 2-10 мг/л.
Времяфильтрации,мин Конечная влажность осадка, % Концентрациявзвешенныхвеществ вфильтрате, мг/л «а сЯ Я о Ч и се Времяфильтрации,мин Конечная влажность осадка, % Концентрациявзвешенныхвеществ вфильтрате, мг/л «Бельтинг» 0.1 1 78.0 7500 0.015 1 87.0 8500 ТЛФТ- 5 0.1 1 78.0 600 0.09 10 81.0 700 ТЛФТ- 5 0.2 2 77.5 6500 - - - ТЛФП (обр. 181/а) Ткань пропус :кает весь осад ок ХЛП(арт. 931506) ХПП(обр. 501/а) Для переработки образующихся шламов в гальваническом производстве исследователи предлагают следующие подходы [85]: сернокислотное выщелачивание, аммиачное выщелачивание и окисляющее сернокислотное выщелачивание. Существуют разработки в области пирометаллургических процессов переработки шламов гальванического производства [100, 101].
При сернокислотном выщелачивании шламы обрабатываются серной кислотой таким образом, что алюминий и железо остаются нерастворенными, а медьсодержащая фаза переводится в раствор сульфата меди, и в дальнейшем для извлечения меди шлам подвергается электролизу. После извлечения меди путем жидкой экстракции выделяют цинк, железо и никель. Хром осаждается в виде гидроксида трехвалентного хрома. При аммиачном выщелачивании шламов необходимым условием является отсутствие в нем гидроксида и сульфата кальция.
В процессе окисляющего сернокислотного выщелачивания шламы обрабатываются хлором при рН 4, при этом хром переводится в шестивалентный и в дальнейшем регенерируется на анионите. При дальнейшей обработке серной кислотой (рН 1.5 - 2.5) растворяются медь, никель, цинк. Соединения кремния и кадмия остаются в осадке. Медь выделяется путем жидкой экстракции и электролизом. Из сульфата цинка цинк извлекается методом экстракции.
Как правило, регенерация металлов из гальванических шламов применяется лишь в исключительных случаях, так как это крайне сложно из-за содержания в них железа, алюминия и особенно кальция и кремния. Положение усугубляется еще тем, что количество этих шламов на отдельном предприятии невелико и их переработка нерентабельна. В связи с этим, разработка эффективных методов переработки шламов и их осуществление связаны с большими трудностями.
Решение данной проблемы будет заключаться не в разработке и внедрении методов регенерации металлов из шламов, а в исключении его образования в гальваническом производстве. Основными предпосылками для этого являются: усовершенствование технологии промывки и разработка методов регенерации металлов из промывных вод. Из-за специфики местных условий гальванического производства, огромного разнообразия применяемых электролитов и разнотипности оборудования невозможно дать единый рецепт по применению того или иного метода нейтрализации сточных вод и регенерации ценных металлов и солей.