Спосіб очищення стічних вод гальванічного виробництва

Реферат: UA 76053 U UA 76053 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Спосіб належить до очистки стічних вод гальванічного виробництва і може бути використаний в комбінованих системах для комплексного очищення стічних вод від операцій промивок та основних технологічних операцій. Стічна вода гальванічного виробництва являє собою багатокомпонентну систему, що містить речовини органічного та неорганічного походження: іони металів, кислоти лугів, що включають фториди, похідні амінів, полісахариди, аміакатні та пірофосфатні комплекси, ПАВ тощо [1]. Стічна вода гальванічного виробництва, як правило, належить до категорії кислих або лужних металовмісних стоків. Тому їх обробка включає основні методи для нейтралізації кислот, лугів та вилучення металів із застосуванням хімічних реагентів, що призводить до додаткового забруднення та необхідності їх доочищення від добре розчинних солей [2]. Найбільш близький по способу, що пропонується за технічного суттю та результатом є спосіб очистки стічних вод від сполук важких металів, що включає обробку хімічними реагентами в лужному середовищі з введенням як хімічного реагенту - коагулянту стічних вод гальванічного виробництва [3]. Недоліком найближчого аналога є: - не забезпечуються оптимальні умови очистки стічних вод від сполук металів, що утворюють міцні комплекси з аміакатами, органічними сполуками, амінами, по хелатному принципу, які відносно добре розчинні в умовах нейтрального слабкокислого та лужного середовища. В основу корисної моделі поставлена задача у способі очищення стічних вод гальванічного виробництва підвищити ступінь очищення шляхом використання як потоку хімічних реагентів на вході, стічних вод гальванічного виробництва, з врахуванням їх властивостей, і тим забезпечити оптимальні умови (рН, Eh) їх обробки та збільшити ступінь очищення. Поставлена задача вирішується тим, що у способі, що включає обробку в лужному середовищі з введенням як хімічних реагентів стічних вод гальванічного виробництва, здійснюють поділ стічних вод гальванічного виробництва, як потоків хімічних реагентів з врахуванням кислотно-основних та окисно-відновних властивостей. Поставлена задача вирішується в способі, в якому кислі стічні води від підготовки поверхні, що містять іони металів з рН=-1,5÷ +1,5 та Eh=+600÷ +1110 мВ застосовуються для очищення лужних стічних вод від операцій знежирення з рН=10÷12 та Eh=-200÷ -300 мВ до досягнення рН=3÷4 та Eh=+300÷ +330 мВ. Поставлена задача також вирішується в способі, в якому кислі стічні води від операції травлення, що містять іони феруму з концентрацією 20г/л, рН=0,2÷0,4 та Eh=+400 мВ, використовуються для очищення стічних вод від операцій аміакатного цинкування з концентрацією іонів цинку 8 г/л; рН=3 та Eh=+430 мВ до досягнення рН=8 та Eh=+430÷ +500 мВ. Поставлена задача вирішується в способі, в якому кислі стічні води від підготовки поверхні, що містять іони купруму з концентрацією 2,4 г/л використовуються як хімічний реагент для очищення лужних стічних вод від операцій проявления фоторезисту до досягнення рН=6 та Eh=+600 мВ. Введені як хімічні реагенти стічних вод гальванічного виробництва дає змогу зменшити витрату товарних реагентів, що знижує додаткове забруднення стічних вод. Таким чином збільшується ступінь очищення. Поділ стічних вод, як потоків хімічних реагентів з урахуванням кислотно-основних та окисновідновних властивостей забезпечує оптимальні умови їх обробки, тому що дозволяє впливати на різноманітні фізико-хімічні процеси, які відбуваються при очищенні стічних вод від сполук важких металів. Регулювання рН та Eh, тобто кислотно-основних та окисно-відновних властивостей дозволяє змінити потенціал направлення, швидкість хімічних реакцій, окисновідновлювальну активність речовини в розчині, міцність комплексних сполук Таким чином, забезпечуються оптимальні умови їх обробки та збільшення ефективності способу [4]. Використання як хімічного реагента кислих стічних вод від підготовки поверхні, що містять іони металів, дає змогу забезпечити оптимальні умови окислення органічних сполук та наступного їх вилучення з лужних стічних вод від операцій знежирення. Це пояснюється тим, що в даних стічних водах присутні сильні окислювачі та іони металів змінної валентності (Fe2+, Cu2+, Сr3+ та інші), які забезпечують область ефективного окислення більшості органічних сполук (що знаходяться в лужних стічних водах від операцій знежирення), а саме рН=2,9÷4 та Eh=+200÷ +300 мВ в присутності як каталізаторів іонів металів змінної валентності, в вказаному інтервалі рН, окислення органічних речовин може супроводжуватись сорбцією проміжних та кінцевих продуктів реакції на гідроксокомплексах металів, які утворюються при рН>3,5, що 1 UA 76053 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 додатково знижує їх вміст на 15-30 % в процесі окислення, таким чином забезпечуються оптимальні умови збільшується ефективність способу очищення [5] [6]. Використання хімічного реагенту кислих стічних вод від операцій травлення що містять іони феруму дає змогу забезпечити оптимальні умови вилучення цинку з комплексних сполук з наступною нейтралізацією лужним реагентом. Це пояснюється тим, що ефективність вилучення цинку з комплексних сполук збільшується при його співосадженні з ферумом. Відомо що гідросполуки феруму чутливі до змін рН та Eh водного середовища, тому регулювання рН=8, Eh=430÷500 мВ є достатнє для його перетворення в нерозчинну форму, а саме форму подвійного оксиду типу ZnFe2O4. Таким чином забезпечуються оптимальні умови процесу (рН=8, Eh=430÷500 мВ) та збільшується ступінь очищення [7], [8]. Використання як хімічного реагенту кислих стічних вод від підготовки поверхні, що містить іони купруму дає змогу забезпечити оптимальні умови вилучення іонів купруму та органічних речовин, за рахунок утворення металоорганічних сполук та сумісного їх осадження, що присутні у формі нерозчинних сполук. Відомо, що комплекси металів з молекулами органічних сполук здатні утворювати кристалогідрати, утворюючи об'ємну структуру, в пустотах якої розміщуються органічні сполуки [9]. При цьому за рахунок дисперсійних взаємодій забезпечується стійкість її структури. На фіг. 1 зображено графік ефективності процесу сумісного очищення кислих стічних вод від операцій травлення купруму проявлення фоторезисту. На фіг. 2 зображено графік залежності ефективності процесу сумісного очищення кислих стічних вод від операцій травлення купруму проявлення фоторезисту від значення окисновідновного потенціалу середовища. Дані, що наведенні на Фіг. 1 та Фіг. 2, свідчать про взаємодію між компонентами кислих стічних вод від підготовки поверхні та проявлення, що призводять до зменшення ХСК та концентрацій іонів купруму на 90 %. При їх змішуванні в співвідношенні 4:1 відбувається сумісне їх очищення. Подальше збільшення об'єму кислих стічних вод призводить до більш повного окислення органічних домішок, (кислі розчини містять сильні окислювачі) але збільшується концентрація іонів купруму [10]. З представлених даних також слідує, що процес сумісного знешкодження за рахунок утворення металоорганічних сполук та окислення можливо контролювати за показником, що характеризує окисно-відновну та кислотно-основну рівновагу розчину водного розчину, а саме найбільш ефективно протікає процес при Eh=+600 мВ рН=6 що відповідає теоретичним розрахункам, які наведенні у формі діаграм Пурбе [11]. Очищення в лужному середовищі кислих стічних вод, що містять комплексні сполуки не завжди є ефективними, а саме іони купруму в персульфатних розчинах утворюють тетраамінокомплекси, що перешкоджає повному їх виділенню. Таким чином, забезпечуються оптимальні умови та збільшується ефективність способу [10]. Запропонований спосіб здійснюється наступним чином: Кислі стічні води від підготовки поверхні, що містять іони металів (кислі стічні води 1), наприклад від операцій освітлення декапірування, анодування, прискорення з рН=0,2÷0,4, Eh=+600 мВ, та лужні стічні води від операцій знежирення (лужні стічні води 2) надходять на ділянку незмішуваними потоками в ємкості для накопичення в ємкості 1 і 2, відповідно. Далі надходять в хімічний реактор для обробки в співвідношенні: на 100 л лужних стічних вод 2 витрачається 3-6 літри кислих стічних вод 1 до досягнення рН=4 та Eh=+350 мВ. Після закінчення процесу що супроводжується повною коагуляцією ПАР (поверхнево-активних речовин) та освітлення, в хімічний реактор подається лужний реагент для нейтралізації до рН=7, наприклад 10 %-розчин NaOH в кількості 1,2 л на 100 л освітленого розчину (100-120 г NaOH). Без введення як хімічного реагенту кислих стічних вод 1 витрата товарного реагенту для очищення лужних стічних вод 2 складає 1800 г сульфатної кислоти та 520 г NaOH на 2+ 2+ нейтралізацію кислих стічних вод 1 що містять іони металів (Fe , Cu , тощо). Таким чином зменшується витрата товарних реагентів, що знижує додаткове забруднення стічних вод та збільшується ефективність способу очищення. Кислі стічні води від операцій травлення, що містять іони феруму (кислі стічні води 3), наприклад з концентрацією іонів феруму 20 г/л, рН=0,2÷0,4, Eh=+400 мВ, та кислі стічні води від операцій аміакатного цинкування (кислі стічні води 4), наприклад з концентрацією іонів цинку 8г/л, рН=3; Eh=+430 мВ надходять на ділянку незмішуваними потоками в ємкості для накопичення в 3 і 4 відповідно до досягнення рН=7,5÷8,5 та Eh=+400÷ +500 мВ. Далі надходять в хімічний реактор для очищення в співвідношенні на 180 л кислих стічних вод 4 витрачається 50 л кислих стічних вод 3, що відповідає ступеню очищення по іонах металів до 99 % (СZn2+=0,03 г/л; CFe заг=0,01 г/л). Без введення як хімічних реагентів кислих стічних вод 3 витрата реагенту NaOH складає 2000 г, при цьому досягається ступінь очищення по цинку лише 30 %. Таким 2 UA 76053 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 чином зменшується витрата товарних реагентів, що знижує додаткове забруднення стічних вод, збільшується ефективність способу очищення. Кислі стічні води, від підготовки поверхні, що містять іони купруму (кислі стічні води 5), наприклад від операцій персульфатного підтравлення з рН=0,8 та Eh=+1150 мВ з концентрацією іонів купруму 3,2 г/л, та лужні стічні води від операцій проявлення фоторезисту (лужні стічні води 6) з рН=9÷10,5; Eh=+80 мВ; ХПК=14 гО2/л надходять на ділянку не змішуваними потоками для накопичення в ємкості 3 і 4 відповідно, до досягнення рН=5,8÷6,5 та Eh=+600 мВ. Далі надходять в хімічний реактор для обробки в співвідношенні на 130 л лужних стічних вод 6 витрачається 23 л кислих стічних вод 5, що відповідає ступеню очищення по ХПК та іонах купруму до 90 %. (після обробки лужним реагентом ССu2+=75 мг/л, ХПК=1,2 мгО2/л). Без введення як хімічного реагенту кислих стічних вод 5 для очищення лужних стічних вод 6 витрачається 1600 г сульфатної кислоти, при цьому ХПК зменшується на 30 % (ХПК 9,7 гО2/л).Очищення, що включає обробку хімічним реагентом у лужному середовищі кислих стічних вод 5, потребує витрати 2300 г NaOH і ступінь очищення по купруму може складати від 30 до 50 % (ССu2+=1,6÷1,2 г/л). Таким чином, в способі що пропонується, забезпечується очистка стічних вод гальванічного виробництва, яка може бути використана в комбінованих системах для комплексного очищення стічних вод від операцій промивок та основних технологічних операцій. За рахунок використання як хімічних реагентів стічних вод гальванічного виробництва, як розділених потоків з урахуванням кислотно-основних та окисно-відновних властивостей, зменшується витрата товарного реагенту, знижується додаткове забруднення стічних вод, збільшується ефективність способу очищення. Джерела інформації: 1. Філіпчук В.Л. Очищення багатокомпонентних металовмісних стічних вод промислових підприємств: [монографія] / Філіпчук В.Л. - Рівне: УДУВГП, 2004. - С. 8-11. 2. Пат. 2377188, C02F1/62. Спосіб очищення стічних вод від іонів хрому (III, VI) / Курсаков С.М., Мустафін А.І. - № 2008124194/15, заявл.17.06.11, опубл. 27.12.09. 3. А.с. 1386584 СССР, МКИ C02F1/62. Способ очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов / Н.А. Кунаков, В.Н. Трофимов, Е.И. Смирнов (СССР). - № 3959630/23-26; заявл. 01.10.85; опубл. 8.05.88, Бюл. № 13. 4. Рогов В.М. Электрохимическая технология изменения свойств воды / В.М. Рогов, В.Л. Филипчук. - Львов: Вища школа, 1989. - 128 с. 5. Приминение каталитической системы Н2О2-Fe2+ (Fe3+) при очистке воды от органических соединений / Е.Г. Соложенко, Н.М. Соболева. В.В. Гончарук // Химияи технология воды. - 2004. - № 3. - С. 219-241. 6. Пат.72677, UAC 02 F 9/00, 2005. Спосіб комплексного очищення висококонцентрованих стічних вод / Н.М. Корчик, В.П. Омельчук, Ю.Г. Бухальська (Україна). 7. Пат. 12022 С02 Ф 1/64. Способ утилизации кислих железосодержащих растворов / Рослякова Н.Г. и др. (Российская Федерация). 8. Николадзе Г.І. Улучшение качества подземных вод / Г.І. Николадзе - М: Стройиздат, 1987. - С. 42-43. 9. Желыговская М.М. Химия комплексных соединений / М.М. Желыговская, О.И. Черняева. М.: Высшая школа, 1966. - С. 388. 10. Корчик Н.М. Очищення стічних вод гальванічного виробництва (друкованих плат) від органічних домішок / Н.М. Корчик, А.А. Нестер, С.В. Бєлікова // між. Наук.-тех. жур. Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2010. - № 2. – С. 204-208. 11. Рогов В.М. Электрохимическая технология изменения свойств воды / В.М. Рогов, В.Л. Филипчук. - Львов: Вища школа, 1989. - С. 8-10. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб очищення стічних вод від сполук важких металів, що включає обробку в лужному середовищі з введенням як хімічних реагентів стічних вод гальванічного виробництва, який відрізняється тим, що здійснюють поділ стічних вод гальванічного виробництва, як потоків хімічних реагентів з врахуванням кислотно-основних та окисно-відновних властивостей. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кислі стічні води від підготовки поверхні, що містять іони металів, застосовують для очищення лужних стічних вод від операцій знежирення. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кислі стічні води від операції травлення, що містять іони феруму, використовують як хімічний реагент для стічних вод від операцій аміакатного цинкування. 3 UA 76053 U 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кислі стічні води від підготовки поверхні, що містять іони купруму, використовують як хімічний реагент для очищення лужних стічних вод від операцій проявлення фоторезисту. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4