Введение к работе
Настоящая работа посвящена решению задач, связанных с рациональным водоиспользованием и утилизацией ценных компонентов из жидких отходов от процессов сернокислого кадмиро-вания гальванических производств.
Актуальность работы: Изделия из углеродистой стали, омываемые морской водой, а также эскплуатируемые во влажной, особенно в морской атмосфере, как правило, подвергаются кад-мированию. В начале 90-х годов в странах СНГ ежегодно кадмиро-ванию подвергались изделия общей площадью около 30 млн. м2. На промывку 1 м2 изделия после кадмирования расходовалось до 0,5 м3 воды, т.е. расход воды на промывку доходил до 9 млн. м3 в год. При этом коэффициент использования соединений кадмия составляет 0,2-0,6.
Как показал анализ работы очистных сооружений машиностроительной и судостроительной промышленности широко распространенный реагентный метод обезвреживания кадмийсодер-жащих жидких отходов (промывных вод и отработанных электролитов) малоэффективен, т.к. не обеспечивает не только степень очистки, необходимую для повторного использованшг очищенных вод, но в большинстве случаев не удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к качеству очищенных вод при сбросе в канализационные сети населенных пунктов, а извлеченный осадок пока не находит применения в гальваническом производстве и не может утилизироваться, что создает проблему его складирования и захоронения.
Соединения кадмия весьма токсичны. Поступая в водоемы они оказывают вредное воздействие на экосистему водоем-почва-растительный и животный мир-человек. В организм человека более 90% кадмия попадает с продуктами питания. Соединения кадмия в организме животных и человека накапливаются в наиболее жизненно важных центрах и оказывают мутагенное, эмбриоток-сическое и гонадотоксическое и др. действия.
Одним из наиболее перспективных методов для очистки сточных вод от ионов кадмия и других тяжелых металлов является ионообменный метод. Он дает возможность извлекать вещества, содержащиеся в сточных водах, в виде концентрированных растворов (элюатов), повторно использовать очищенную воду в системе оборотного водоснабжения. Для извлечения кадмия из элюатов, отработанных технологических растворов и растворов ванн улавливания целесообразно применять электрохимический метод,
который обеспечивает утилизацию кадмия в виде готового товарного продукта.
На основании отечественных и зарубежных работ, посвященных использованию ионного обмена для очистки сточных вод от ионов кадмия и их электрохимическому извлечению из концентрированных растворов трудно определить параметры промышленных установок. К тому же приводимые данные часто противоречивы.
Исследования, разработка и расчет маловодных и малоотходных процессов кадмирования, которые позволяют уменьшить вредное влияние на окружающую среду является весьма актуальной задачей и имеет большое практическое значение.
Цель и задачи. Целью диссертационной работы является разработка маловодного и малоотходного процесса сернокислого кадмирования, методики его расчета, пути повышения эффективности использования воды в процессах кадмирования и утилизации: кадмия из жидких отходов гальванического производства, существенного уменьшения вредного влияния участков кадмирования на экосистему водоем-почва-растительный и животный мир-человек.
Для решения поставленной цели в диссертации основное внимание уделено решению следующих задач: П анализу состояния гальванического производства и, особенно,
процессов покрытий кадмием; П анализу влияния соединений кадмия на экосистему водоем-почва-растительный и животный мир-человек; п изучению изменения концентрации кадмия в ваннах улавливания и промывки с целью разработки методики расчета рациональных схем промывок; п изучению механизма ионообменного извлечения кадмия и их
десорбции из катионообменных смол; п изучению кинетики электрохимического осаждения кадмия из
концентрированных жидких отходов и элюатов; н разработке методики расчета одно- и двухступенчатых схем
промывок с ванной улавливания; и разработке маловодной и малоотходной технологии сернокислого кадмирования.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые проведен анализ процессов кадмирования с точки зрения их влияния' на экосистему водоем-почва-растительный и животный мир-человек; впервые исследован процесс изменения концентрации кадмия в ваннах улавливания и промывки, разработаны ана-
литические и графоаналитические методы расчета одно- и двухступенчатых схем промывок с ванной улавливания; изучены механизмы сорбции и десорбции кадмия на смоле КУ-2-8 и электрохимического осаждения кадмия на алюминиевых катодах; разработан способ очистки сточных вод кадмирования и основные параметры процесса, исключающие поступление токсичных кадмийсодержащих соединений на городские очистные сооружения или в водоемы, малоотходная технолопта сернокислого кадмирования.
На зашиту выносятся:
результаты аналитических исследований механизма промывки изделий после кадмирования при одно- и двухступенчатых схемах промывок с ванной улавливания;
результаты экспериментальных исследований изменения концентрации кадмия в ваннах улавливания и промывки при одно- и двухступенчатых схемах промывок;
закономерности сорбции и десорбции катионов кадмия на смоле КУ-2-8;
закономерности кинетики электрохимического осаждения кадмия из водного раствора на алюминиевых катодах;
методика расчета аналитическим методом одно- и двухступенчатых схем промывок изделий с ванной улавливания;
методика расчета графоаналитическим методом одно- и двухступенчатых схем промывок изделий с ванной улавливания;
разработанная технологическая схема очистки кадмийсодержащих сточных вод гальванического производства ионообменным способом в сочетании с электрохимическим осаждением кадмия из концентрированных растворов и элюата, позволяющая предотвратить сброс токсичных соединений кадмия в окружающую среду и возвратить их в производство, утилизировать в виде товарного продукта.
Практическая ценность работы. Разработана методика расчета одно- и двухступенчатых схем промывок с ванной улавливания, показана целесообразность применения этих схем при промывке изделий после кадмирования с целью снижения расхода воды и повышения коэффициента использования соединений кадмия.
Разработана технологическая схема локального обезвреживания кадмийсодержащих отходов с утилизацией кадмия в гальваническом производстве. Локальная очистка кадмийсодержащих промывных вод с применением двухступенчатых схем промывок с ванной улавливания обеспечивает сокращение расхода воды на
промывку, уменьшение расхода ценных реагентов, используемых в гальваническом производстве, возможность создания малоотходного производства; удешевление стоимости обезвреживания кадмийсодержащих промывных вод, существенное уменьшение вредного влияния процессов кадмирования на окружающую сре-
ДУ-
Внедрение результатов. Рекомендации для расчета одно- її двухступенчатых схем промывок с ванной улавливания включены в ГОСТ 9.314-90 «Единая система защиты от коррозии и старения. Вода для гальванического производства и схемы промывок. Общие требования» и «Рекомендации по проектированию водоснабжения и канализации цехов гальванопокрытий» СантехНИИ-проект.
Локальная схема обезвреживания кадмийсодержащих жидких отходов включена в «Рекомендации по проектированию водоснабжения и канализации цехов гальванопокрытий» СантехНИИ-проект и была использована при разработке рабочих) проекта участка обезвреживания кадмийсодержащих вод Севастопольского государственного предприятия «Висма». Внедрение двухступенчатой противоточной схемы промывки с ванной улавливания и технологии обезвреживания кадмийсодержащих жидких отходов на предприятии «Висма» позволило уменьшить расход воды в процессе кадмирования на 305 м3/год, вернуть в производство 220 кг кадмия и до 4 т других реагентов; получить экономический эффект в 65 млн.рублей в ценах на 1.07.94г.; повысить коэффициент использования соединений кадмия до 0,9-0,95.
Апробация работы. Основные положения работы рассмотрены на секции НТС «Канализация и очистка сточных вод» в НИИ ВОДГЕО и опубликованы в 10 источниках. Результаты работы докладывались на научно-технических конференциях и семинарах.
Диссертационная работа состоит из: введения, 7 глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений.Диссертация изложена на 155 страницах, содержит 24 рисунка, 9 таблиц и приложения. Библиография включает 138 источников.