С каждым годом растет потребность людей в воде, пригодной для использования, и в то же время, естественные воды непрерывно загрязняются деятельностью человека. Индустриальная деятельность человека сопровождается непрерывным сбросом многообразных по своему химическому составу сточных вод, которые, попадая в водоемы, а также в источники питьевой воды, создают серьезную угрозу здоровью людей и окружающей среде.
Одним из источников загрязнения окружающей среды вредными веществами и, в первую очередь, тяжелыми металлами, являются гальванические производства.
Гальванические покрытия используются практически во всех отраслях промышленности. В Российской Федерации по оценке специалистов существует сегодня около 7000 таких цехов. Гальваническое производство является одним из крупнейших потребителей цветных металлов и воды, достаточно дорогих химических реактивов, а его сточные воды являются самыми токсичными и вредными, так как содержат вредные примеси тяжёлых металлов, неорганических кислот и щелочей, поверхностно-активных веществ и других высокотоксичных соединений. Снижению количества сточных вод может способствовать применение современной малоотходной технологии производства. Однако это потребует значительных материальных затрат, что нереально на данном уровне развития экономики страны. В результате остается единственный на данном этапе путь сохранения окружающей среды – повышение эффективности очистки сточных вод.
Предотвращение загрязнения водоемов производственными сточными водами тесно связано с разработками мероприятий по сокращению потребления свежей воды на технологические нужды производства и уменьшению количества сбрасываемых стоков. Один из наиболее рациональных путей для достижения этих целей - создание локальных систем очистки с извлечением ценных компонентов и использованием очищенных сточных вод в оборотном цикле.
1. Общая характеристика гальванического производства
Гальваника- электролитическое осаждение тонкого слоя металла на поверхности какого-либо металлического предмета для защиты его от коррозии, повышения износоустойчивости, предохранения от цементации, в декоративных целях и т. д. Нанесение гальванических и химических покрытий производится обычно в специальных ваннах, конструкция которых определяется видом покрытий, формой и размерами деталей и технологическим процессом [1].
Нанесение гальванических покрытий представляет собой электрохимический процесс, при котором происходит осаждение слоя металла на поверхности изделия. В качестве электролита используется раствор солей наносимого металла. Само изделие является катодом, и при прохождении тока через раствор соли положительно заряженные ионы металла направляются к катоду (изделию), в результате чего происходит электроосаждение металла.
Гальваническое производство способно выполнить различные покрытия [2,4]:
Покрытие хромом. С его помощью повышают твердость и износостойкость поверхности изделий, инструмента, восстанавливают изношенные детали. Широко применяется для защиты от коррозии и с целью декоративной отделки поверхности изделий.
Покрытие цинком защищает от коррозионного разрушения черные металлы не только механически, но и электрохимически.
Покрытие кадмием.Химические свойства кадмия аналогичны свойствам цинка, однако он химически более устойчив. Покрытие, так же как и цинковое, применяется для защиты черных металлов от коррозии. Особенность кадмиевого покрытия заключается в том, что оно обеспечивает электрохимическую защиту стали в тропических условиях. Кадмий значительно пластичнее цинка, поэтому детали с резьбовым соединением предпочитают кадмировать.
Покрытие никелем. Никелем покрывают изделия из стали и цветных металлов (медь и ее сплавы) для защиты их от коррозии, декоративной отделки поверхности, повышения сопротивления механическому износу и для специальных целей. Никелевые покрытия имеют высокую антикоррозионную стойкость в атмосфере, в растворах щелочей и в некоторых органических кислотах, что в значительной степени обусловлено сильно выраженной способностью никеля к пассивированию в этих средах.
Химическое никелевое покрытие, содержащее 3-12% фосфора, по сравнению с электролитическим имеет повышенные антикоррозионную стойкость, износостойкость и твердость, особенно после термической обработки. Главным достоинством процесса химического никелирования является равномерное распределение металла по поверхности рельефного изделия любого профиля.
Покрытие оловом. Основные области применения - защита изделий от коррозии и обеспечение паяемости различных деталей. Этот металл устойчив в промышленной атмосфере, даже содержащей сернистые соединения, в воде, нейтральных средах. По отношению к изделиям из медных сплавов олово является анодным покрытием и защищает медь электрохимически. Оловянные покрытия чрезвычайно пластичны и легко выдерживают развальцовку, штамповку, изгибы. Покрытия имеют хорошее сцепление с основой, обеспечивают хорошую коррозионную защиту и красивый внешний вид.
Медные покрытия чаще всего применяют для экономии никеля как подслой при никелировании и хромировании. Вследствие промежуточного покрытия стали и чугуна медью достигается лучшее сцепление между основным металлом и металлом покрытия, и уменьшается вредное влияние водорода. Медные покрытия широко применяются также для местной защиты при цементации и в гальванопластике. Медные покрытия хорошо полируются, что имеет значение при декоративно-защитных покрытиях.
Покрытия серебром получило применение, главным образом, для улучшения электропроводящих свойств поверхности токонесущих деталей, придания поверхности высоких оптических свойств, для защиты химической аппаратуры и приборов от коррозии под действием щелочей и органических кислот, а так же с декоративной целью.
Каждый технологический процесс гальванического нанесения металлических покрытий состоит из ряда отдельных операций, которые можно разделить на 3 группы:
1. Подготовительные работы. Их цель - подготовка изделия (его поверхности) для нанесения покрытия гальваническим путем. На этой стадии технологического процесса проводится механическая обработка деталей, обезжиривание в органических растворителях, химическое и электрохимическое обезжиривание, травление и полирование.
2. Основной процесс, цель которого заключается в образовании соответствующего металлического покрытия с помощью гальванического метода.
3. Отделочные операции. Они применяются для облагораживания и защиты гальванических покрытий. Наиболее часто для этих целей применяют пассивирование, окраску, лакирование и полирование.
После каждой операции изделие промывают в холодной проточной воде, а после обработки в щелочных растворах - последовательно в горячей и холодной воде. На заключительной стадии обработки изделие последовательно промывается в холодной и горячей воде и сушится. Таким образом, гальваническое производство неразрывно связано со сбросом отработанных промывных вод: удельный расход воды зависит от применяемого оборудования и колеблется в широком диапазоне от 0,2 до 2,3 м3 на 1 м2 обрабатываемой поверхности [3].
2. Характеристика сточных вод гальванического производства
Объем, количественный и качественный состав стоков зависит от применяемой схемы и расхода воды на промывку, следовательно рационализация водопотребления через выбор применяемого оборудования и схем промывки определяет объем, количественный и качественный состав промывных и сточных вод, а, соответственно, и состав очистного оборудования, эффективность его работы.
Гальванические производства имеют два вида сточных вод:
концентрированные отработанные растворы гальванических ванн и ванн химической обработки;
промывные воды ванн горячей и холодной промывки.
Разнообразный ассортимент применяемых гальванических покрытий обуславливает многообразие загрязнений, находящихся в сточных водах. Исходя из фазового состояния вещества в растворе, все загрязнения можно подразделить на четыре группы:
взвеси в виде тонкодисперсных суспензий и эмульсий;
коллоиды и высокомолекулярные соединения;
органические вещества, растворенные в воде;
соли, кислоты, основания, растворенные в воде.
По режиму сброса стоки подразделяются на постоянно поступающие воды от проточных ванн после промывки в них деталей (промывные воды) и периодически сбрасываемые из непроточных ванн (отработанные концентрированные электролиты и растворы).
По составу загрязнений сточные воды делятся на четыре группы [5]: кислотно-щелочные, циансодержащие, хромосодержащие, фторсодержащие. Их характеристики приведены в табл. 1 .
Таблица 1
Классификация сточных вод гальванических цехов
по химическому составу загрязнений
Группа сточных вод |
Основные технологические процессы образования сточных вод |
Состав загрязнений |
pH среды |
Кислотные |
Предварительное травление, кислое меднение, никелирование, цинкование |
Н2SO4, HCl, HNO3, H3PO4 и др. |
< 6,5 |
Щелочные |
Обезжиривание |
NaOH, KOH, Ca(OH)2 и др. |
>8,5 |
Содержащие соли тяжелых металлов |
Поверхностная металлообработка и нанесение гальванопокрытий |
Fe 2+, Fe3+ , Zn2+, Al3+, Cu2+ и др. |
|