Введение к работе
Актуальность работы. Мировая общественность уделяет большое внимание охране озера Байкал, признанного ЮНЕСКО участком мирового наследия. Одной из главных задач сохранения чистоты озера Байкал является снижение антропогенной нагрузки, сокращение сброса недостаточно очищенных сточных вод, особенно в крупные притоки озера, такие как река Селенга. В долине реки Селенги сосредоточен промышленный комплекс Бурятии и ежегодно объем сброса недостаточно очищенных сточных вод превышает 100 млн. м3.
В условиях растущего антропогенного пресса на водные объекты, в частности озеро Байкал, необходим переход на новый качественно более высокий уровень организации рационального использования воды на промышленных предприятиях путем создания замкнутых систем оборотного водоснабжения. Особенно это актуально для металлообрабатьгоаюгцих предприятий, и прежде всего гальванических производств, так как ионы тяжелых металлов представляют серьезную опасность для водных объектов поскольку обладают кумулятивными свойствами, могут передаваться по трофическим цепям и накапливаться в донных отложениях.
На большинстве металлообрабатывающих предприятий, имеющих локальные очистные сооружения, используют реагентную обработку известью и флокулянтами для осаждения гидроксидов металлов. При этом образуются большие объемы осадков, увеличивается общее солесодержание и вода не может быть использована в обороте без дополнительной ступени доочистки. Все это обуславливает необходимость разработки и реализации современных технологий очистки стоков от тяжелых металлов, позволяющих обеспечить высокую эффективность процессов очистки, а также возможность создания на их основе комгеїексньїх технологий с замкнутым циклом водопотребления.
Широкому внедрению физико-химических технологий, в частности гальванокоагуляции и ультрафильтращш препятствуют недостаточная изученность закономерностей этих процессов, конструкционные недостатки гальванокоагуляторов. Этим и определяется актуальность данной работы.
Цель работы. Повысить эффективность работы локальных очистных сооружений гальванических производств за счет совершенствования конструкции гальванокоагулятора, выбора оптимального режима обработки сточных вод методом комплексообра-з ов ания-ультр афильтр ации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: провести детальный анализ эффективности су-
ществующих схем, технологий и конструкций локальных очистных сооружений металлообрабатывающих предприятий; разработать новые более эффективные конструкции и технологические схемы локальных очистных сооружений гальванических производств, позволяющих извлекать не только тяжелые металлы, но и снижать общее солесодержание; изучить механизмы гальванокоагуляцион-ных процессов с использованием различных активных загрузок (железо-кокс, железо-активированный уголь, железо-цеолит ) и ультрафильтрационного концентрирования меди с лигносульфоната-ми; определить технологические параметры работы гальванокоагулятора с загрузками железо-кокс, железо-активированный уголь, железо-цеолит с учетом особенностей и специфики технологий гальванопокрытий и ультрафильтрационной очистки сточных вод производства печатных плат; разработать комплексігую схему замкнутого водооборота в процессах нанесения гальванических покрытий (цинкование, хромирование, меднение и др.) и травления печатных плат.
Работа выполнена в рамках программы СО РАН "Биосферные и экологические исследования" по теме "Новые технологические методы и средства защиты окружающей среды от техногенных воздействий", ГНТП "Экологические процессы химии и химической технологии" по проекту "Новые комбинированные системы обессоливания и опреснения воды". Результаты работы включены также в рад отчетов по хоздоговорам.
Методы исследования. В работе для решения конкретных задач использовались современные физические и химические методы исследования: ИК-, УФ-спектроскопия, фотоколориметрия, высокоэффективная жидкостная хроматография, газожидкостная хроматография, гель-хроматография, атомно-абсорбционная спектроскопия, потеїщиомєтрия, рентгено-фазовьш анализ. Результаты экспериментов обрабатывались с использованием современных компьютерных технологий.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: обоснованы и экспериментально подтверждены механизмы гальванокоагуляционной очистки сточных вод от тяжелых металлов, солей жесткости, сульфатов; разработана новая конструкция гальванокоагулятора; впервые показана целесообразность использования в качестве катодной составляющей гальванопары в процессе гальванокоагуляции активированного угля и природного цеолита, позволяющих интенсифицировать процесс растворения железа и обеспечить высокую эффективность очистки; исследовано влияние компонентного состава загрузочного материала на скорость и глубину окисления анодной составляющей (железной
стружки) в сточной воде, на природу образующихся в процессе очистки нерастворимых гидр оксосо единений железа и тяжелых металлов; экспериментально установлена зависимость эффективности процесса гальванокоагуляции от параметров электрического поля; найдены оптимальные значения технологических параметров очистки сточных вод на разработанном гальванокоагуляторе; дано теоретическое обоснование интенсификации процессов извлечения меди из сточных вод производства печатных плат методом ком-плексообразования-ультрафильтрации; установлено, что при ультрафильтрации медьсодержащих промывных вод в присутствии лигносульфонатрв происходит комплексообразоваїше за счет сшивания преимущественно низкомолекулярных фрагментов, наряду с комплексообразованием осуществляется формирование динамической мембраны на поверхности полимерной подложки, а также происходит перевод металла в нерастворимое состояние с образованием коллоидной системы, стабилизированной лигаосульфона-тами; найдены оптимальные условия электрохимической регенерации меди из ультрафильтр анионных концентратов.
Практическая значимость работы заключается в создании и промышленном освоении новых технологий очистки сточных вод металлообрабатывающих предприятий. По результатам работы реализованы следующие технологии: очистка хромсодержащих и общих стоков гальванического производства з-да "Теплоприбор" (Улан-Удэ), локальная схема очистки промывных вод производства печатных плат с замкнутым циклом водопотребления и регенерацией меди на АО "Приборостроительное объединение" (Улан-Удэ), локальная схема очистки сточных вод участков гальвашгческих покрытий и регенерации аккумуляторов Локомотиво-вагоно-ремонтного завода (Улан-Удэ) с замкнутым циклом водопотребления. Экономический эффект от реализации технологии замюгутого водопотребления на участке гальванических покрытий ЛВРЗ составил в ценах 1995 года - 235.495 млн. рублей. Предотвращенный экологический ущерб составил 184.360 млн. рублей.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на региональных конференциях - "Научно-технический прогресс и проблемы охраны природной среды в бассейне о.Байкал" (Улан-Удэ, 1987), III конф. молодых ученых (Рига, 1989), "II конф. Жидкость: проблемы и решения" (Улан-Удэ, 1996), Республиканских и Всесоюзных конференциях - II респ. конф. "Замкнутые технологические системы водоиспользования" (Кишинев, 1985), IV всесоюзн. конф. "Водорастворимые полимеры и их применеіше" (Иркутск, 1991), "II конф. Мембраны и мембранная технология" (Киев, 1991), "Экотехнология-96" (Иркутск, 1996), меж-
дународной конференции - NATO Advanced Research Workshop "Sustainable Development of the Lake Baikal Region as a Model Territory for the World"(Ulan-Ude, 1994), Международном конгрессе "Вода: экология и технология" (Москва, 1996), Советско-немецком форуме на Байкале "TerraТес (Глобальные рынки окружающей среды)" (Иркутск, 1996), Российско-скандинавском научно-технический семинаре "Проблемы питьевого водоснабжения и пути их решения" (Стокгольм, Швеция, 1996).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе патент на изобретение N 2057080.
Структура и объем работы, Диссертационная работа изложена на 152 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, списка литературы из 133 наименований, 5 приложений, содержит 27 рисунков, 26 таблиц.