«РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (рабочая учебная программа дисциплины) Направление 240100 Химическая технология подготовки: Технология ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО

«ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

Филиал ИрГТУ в г. Усолье-Сибирском

Кафедра химической технологии неорганических веществ и

материалов

РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

(рабочая учебная программа дисциплины) Направление 240100 «Химическая технология »

подготовки:

«Технология электрохимических Профиль подготовки:

производств»

бакалавр Квалификация (степень) очная Форма обучения Составитель программы Михайлов Б.Н. профессор кафедры химической технологии неорганических веществ и материалов, доцент, к.т.н., ГОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»

Иркутск 2013 г.

1. Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине 1.1. Вид деятельности выпускника:

производственно-технологическая; организационно-управленческая; научноисследовательская; проектная.

Область профессиональной деятельности бакалавров включает:

- методы, способы и средства получения веществ и материалов с помощью физических, физико-химических и химических процессов, производство на их основе изделий различного назначения с учетом обеспечения минимального воздействия на окружающую среду;

- создание, внедрение и эксплуатацию малоотходных промышленных производств основных неорганических веществ, продуктов основного и тонкого органического и неорганического синтеза, продуктов переработки минерального сырья, энергонасыщенных материалов и изделий на их основе.

1.2. Задачи профессиональной деятельности выпускника производственно-технологическая деятельность:

- организация рабочих мест, их техническое оснащение, размещение технологического оборудования;

- контроль за соблюдением технологической дисциплины, ресурсосбережения и экологической безопасности электрохимических производств;

- исследование причин отказов оборудования и разработка мероприятий по их предупреждению и устранению;

- исследование причин несанкционированных выбросов в производстве и разработка мероприятий по их предупреждению и устранению;

- участие в работах по доводке и освоению высокопроизводительных малоотходных технологических процессов в ходе подготовки производства новой продукции;

- проверка технического состояния и остаточного ресурса оборудования, организация профилактических осмотров и текущего ремонта;

- приемка и освоение вводимого технологического и экологического оборудования;

- составление заявок на технологическое и экологическое оборудование и запасные части, подготовка технической документации на его ремонт;

- организация мониторинга ресурсосбережения и экологической безопасности на предприятии;

- обеспечение ресурсосбережения и экологической безопасности электрохимических производств;

- организация малоотходных электрохимических производств;

научно-исследовательская деятельность:

- изучение научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по совершенствованию технологии и оборудования электрохимических производств;

- изучение научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по ресурсосбережению и экологической безопасности электрохимических производств;

- проведение экспериментов по заданной методике, составление описания проводимых исследований и анализ их результатов;

- подготовка данных для составления обзоров, отчетов и научных публикаций;

- составление отчета по выполненному заданию, участие во внедрении результатов исследований и разработок;

- проведение мероприятий по защите объектов интеллектуальной собственности и результатов исследований и разработок как коммерческой тайны предприятия;

организационно-управленческая деятельность:

- выполнение работ по стандартизации и подготовке к сертификации технических средств, систем, процессов, оборудования и материалов с учетом ресурсосбережения;

- организация работы коллектива в условиях действующего производства;

- подготовка исходных данных для выбора и обоснования научно-технических и организационных решений на основе технологического и эколого-экономического анализа;

- подготовка документации для создания системы мониторинга ресурсосбережения и экологической безопасности на предприятии;

- проведение организационно-плановых расчетов по созданию (реорганизации) малоотходных производственных участков;

- разработка оперативных планов работы технологических и экологопроизводственных подразделений;

- проведение анализа затрат и результатов деятельности технологических и экологопроизводственных подразделений;

- планирование и выполнение мероприятий по предупреждению производственного травматизма, профессиональных заболеваний и экологических нарушений;

проектная деятельность:

- сбор и анализ информационных исходных данных для проектирования малоотходных технологических процессов и установок;

- расчет и проектирование отдельных стадий малоотходного технологического процесса с использованием стандартных средств автоматизации проектирования;

- участие в разработке проектной и рабочей технической документации;

- контроль соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам.

1.3. Перечень компетенций, установленных ФГОС Освоение программы настоящей дисциплины позволит сформировать у обучающегося следующие компетенции:

общекультурные:

- стремление к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6);

профессиональными компетенциями (ПК):

- умение систематизировать и обобщать информацию по использованию ресурсов предприятия и формированию ресурсов предприятия с учетом ресурсосбережения и экологической безопасности (ПК- 20).

1.4. Перечень умений и знаний установленных ФГОС - факторы, определяющие устойчивость биосферы;

- характеристики антропогенного воздействия на природу, глобальные проблемы экологии;

- принципы рационального природопользования, методы снижения хозяйственного воздействия на биосферу;

- организационные и правовые средства охраны окружающей среды, способы достижения устойчивого развития;

- уровень экологического воздействия электрохимических производств на окружающую среду.

- осуществлять в общем виде оценку антропогенного воздействия на окружающую среду с учетом специфики природно-климатических условий;

- грамотно использовать нормативно-правовые акты при работе с экологической документацией;

- использовать основные химические законы, термодинамические справочные данные и количественные соотношения химии для решения эколого-технологических задач;

- пользоваться справочной литературой – таблицами, расчетными диаграммами и номограммами для решения технологических задач, а также для обработки результатов расчетов;

- проводить контроль параметров атмосферы и гидросферы и уровня негативных воздействий на их соответствие нормативным требованиям;

- использовать метод эколого-экономической оценки альтернативных технологических решений;

- отличать различные технологические электрохимические процессы по степени их экологической «чистоты»;

- рекомендовать пути решения экологических проблем для конкретного электрохимического производства.

- владеть сведениями об истории ресурсосбережения и экологии, о роли российских ученых в науке и практике ресурсосбережения и экологической безопасности электрохимических производств;

- ключевыми методами основных экологических расчетов;

- методами эколого-экономической оценки ущерба от деятельности предприятия, - методами выбора рационального способа снижения воздействия на окружающую среду.

- информацией о рациональном размещении электрохимических производств;

- сведениями об организации малоотходных отечественных и зарубежных предприятий отрасли.

- информацией о путях совершенствования электрохимических процессов и о путях обеспечения экологической безопасности производства.

2. Цели и задачи освоения программы дисциплины Владение основной информацией по дисциплине является обязательным компонентом профессиональной подготовки современного специалиста профиля 240100.5 «Технология электрохимических производств».

Цель изучения дисциплины в вузе заключается в рассмотрении научных основ и методологии проектирования экологически безопасных или малоопасных электрохимических технологий и видов основного и вспомогательного экологического оборудования.

В результате освоения программы дисциплины обучающийся должен знать:

- основные принципы и закономерности выбора аппаратов для реализации экологически «чистых» технологических процессов технической электрохимии;

- быть готовым к использованию технического языка (терминологии) специалистов работающих в области экологии и экологической безопасности электрохимических производств.

Практическое владение основами данной дисциплины предполагает также умение самостоятельно работать со специальной литературой с целью получения профессиональной информации.

Цели изучения дисциплины в вузе:

- заключаются в рассмотрении общих принципов конструирования основного технологического оборудования для реализации экологически «чистых» технологических процессов технической электрохимии, его качественных характеристик в зависимости от вида материала и условий работы, а также специфические особенности различного оборудования;

- понимание научных основ и методологии проектирования экологически безопасных или малоопасных технологий и видов основного и вспомогательного оборудования электрохимических производств;

- освоение общих принципов и методологии изучения физико-химических, химических и электрохимических процессов;

- изучение основных принципов и закономерностей выбора аппаратов для реализации экологически «чистых» технологических процессов гальванических производств;

- ознакомление обучающихся с перспективными направлениями совершенствования гальванических производств и их экологизации.

Практическое владение основами данной дисциплины предполагает также умение самостоятельно работать со специальной литературой с целью получения профессиональной информации.

Основными задачами изучения дисциплины являются:

– сформировать активное знание особенностей электрохимических процессов и механизм их воздействия на окружающую среду, умение различать «узкие» в экологическом плане места и выполнять ключевые эколого-технологические расчеты;

- изучение иерархической структуры построения «чистых» аппаратурнотехнологических схем электрохимического производства;

- освоение методик проведения сквозных материальных расчетов; составления материальных балансов и выбор перспективных «чистых» аппаратов;

- рассмотрение промышленно реализованных решений при проектировании основных аппаратов, а также изучение новых приборов и оборудования для экологизации технологических процессов;

- изучение основных принципов и закономерностей выбора «чистых» технологий и аппаратов;

- умение оценивать уровень экологического воздействия электрохимических производств на окружающую среду.

3. Место дисциплины в структуре ООП Для ее изучения, необходимо освоение содержание дисциплин: физика; химия;

математические методы решения профессиональных задач; безопасность жизнедеятельности;

процессы и аппараты химической технологии; основы электрохимии.

Знания и умения, приобретаемые студентами после освоения содержания дисциплины, будут использоваться во всех специальных (профессиональных) дисциплинах.

4. Основная структура дисциплины Вид итогового контроля по дисциплине Экзамен (36) Экзамен (36) 5. Содержание дисциплины 5.1. Перечень основных разделов и тем дисциплины 1. Экологические проблемы современности.

2. Экологическая обстановка в регионе в связи с техногенным загрязнением окружающей среды.

2.1. Загрязнение гидросферы промышленными предприятиями.

2.2. Загрязнение атмосферы промышленными предприятиями.

2.3. Загрязнение литосферы промышленными предприятиями.

2.4. Состояние окружающей среды в регионах Иркутской области с неблагополучной экологической обстановкой.

3. Свойства токсикантов и контроль качества окружающей среды.

3.1. Химические и физические свойства загрязняющих веществ. Влияние токсикантов на растительный, животный мир и человека.

3.2. Физико-химические свойства токсикантов.

3.3. Влияние техногенных факторов на здоровье человека.

3.4. Мониторинг и контроль качества окружающей среды.

4. Эколого-технологические направления уменьшения загрязнения окружающей среды электрохимическими предприятиями.

4.1. Эколого-технологические проблемы металлургических и химических производств Прибайкалья.

4.2. Пути уменьшения загрязнения атмосферы электрохимическими предприятиями.

4.3. Улавливание токсикантов и очистка технологических выбросов в атмосферу.

4.4. Пути уменьшения загрязнения гидросферы электрохимическими предприятиями.

4.5. Пути снижения водопотребления электрохимическими предприятиями.

4.6. Методы и схемы очистки технологических растворов и сточных вод.

4.7. Пути уменьшения загрязнения литосферы отходами электрохимии.

4.8. Повторное использование твердых отходов электрохимии.

4.9. Реорганизация работы станций очистки для получения целевых продуктов.

4.10. Полигоны и заводы по обезвреживанию и захоронению токсичных отходов.

4.11. Оборудование для разделения жидкой и твердой фаз.

4.12. Принципы организации малоотходных технологий.

4.13. Проектирование станций очистки технических растворов и промыв-ных вод.

5. Эколого-экономические аспекты технической электрохимии.

5.1. Правовые основы охраны окружающей среды.

5.2. Критерии экологичности технологии.

5.3. Оценка влияния электрохимического предприятия на ОС.

5.4. Эколого-экономические аспекты использования тяжелых металлов.

5.5. Определение эколого-экономического ущерба.

5.5.1. Расчет экономического ущерба от выбросов вредных веществ в ОС.

5.5.2. Расчет платежей за загрязнение окружающей среды.

На каждом занятии преподаватель объясняет основные положения теории и практики конкретных технологических процессов.

Краткое описание содержания теоретической части разделов и тем Антропогенная миграция химических элементов стала основным фактором изменения окружающей среды. Естественное поступление химических элементов из недр едва достигает 1 % от антропогенных поступлений.

Через 50 лет при отсутствии регулирующих мер, концентрация свинца в окружающей среде возрастет в 10 раз, ртути – в 100, мышьяка – в 250 раз.

Ресурсный потенциал Иркутской области обусловил ведущую роль в структуре ее промышленности отраслевых комплексов: топливно-энергетического, химической, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, цветной металлургии, горнодобывающих комбинатов и производств. Они являются основными загрязнителями природной среды. Экологические проблемы Прибайкалья обусловлены высокой концентрацией промышленных предприятий.

Наибольшую экологическую опасность представляют электрохимические производства – ИркАЗ, БрАЗ, АЭХК, Сибсиликон, ПО Усольехимпром и Саянскхимпласт, металлообрабатывающие производства и гальванические цеха.

Велик вклад топливно-энергетического комплекса и, конечно, АНХК.

Значительное негативное воздействие на ОС оказывают перфторуглероды (ПФУ). Они характеризуются сильным поглощением инфракрасного излучения и относительной инертностью в атмосфере и могут вызвать парниковый эффект. Время существования ПФУ в атмосфере 2600-5000 лет. ПФУ – тетрафторметан СF4 и гексафторметан C2F6 широко используются в промышленности. Источники ПФУ: алюминиевая, электронная, электротехническая промышленность, средства пожаротушения, а также растворители.

Страны, подписавшие Киот- ский протокол, должны снизить выбросы парниковых газов к 2008-2012 годам не менее 5 % от уровня 1990 г. Вклад в парниковые газы %: ПФУ – 0,29, метана – 13,7, диоксид углерода – 81,2, N2O – 4,0, SF6 – 0,3, гидрофторуглероды – 0,56.

ПФУ являются являются чужеродными для биосферы и не участвуют в биогеохимических циклах. СF4 имеет потенциал потепления в 6500 раз больше, чем СО2, а СF6 – в 9200. В производстве алюминия они образуются во время анодных эффектов. Для уменьшения выбросов ПФУ рекомендуется применять автоматическую подачу глинозема и совершенствовать управление процессом.

В 1999 г. в мире было произведено 23,1 млн. т алюминия в 44 странах. США являются самым крупным производителем алюминия – 16 %, затем Россия, Китай и Канада. Многие страны имеют программы по сокращению выбросов ПФУ от производства алюминия. Китай и Россия таковых не имеют. В 2005 г. по общему объему выбросов парниковых газов РФ занимала одно из ведущих мест в мире, но уровень выбросов на 25 % ниже базового 1990-го.

Одна из главных природоохранных задач – возвращение использованных веществ в естественные или производственные циклы. Такие тяжелые металлы (ТМ), как ртуть, цинк, кадмий и свинец (основные загрязнители ОС), включаются в осадочные циклы. Акватория Ангары, донные отложения Братского водохранилища загрязнены соединениями ртути, поступившими со стоками цехов ртутного электролиза ПО Усольехимпром и «Саянскхимпласт», а также значительным количеством ТМ используемых в гальванических цехах и при производстве химических источников тока.

и рационального использования природных ресурсов Специальные мероприятия по охране и защите природной ОС необходимы, когда ее качества не соответствуют нормативным требованиям, а экосистемы не компенсируют антропогенные нагрузки. Для принятия управленческих решений о природоохранной деятельности необходимую информацию о фактическом состоянии природных объектов представляют средства экологического мониторинга.

Под экологизацией производства в общем плане понимается учет возможных негативных последствий хозяйственной деятельности, при котором обеспечивалось бы включение всех видов взаимодействия с ОС в естественные циклы круговорота веществ.

Нормативы предельно допустимых воздействий на человека. Нормирование химических показателей. ПДК – предельно допустимая концентрация химических веществ (норматив), других вредных веществ в окружающей среде, практически не влияющая на здоровье и не вызывающая неблагоприятных последствий у потомства, при постоянном контакте с этими веществами или при их воздействии за определенный промежуток времени.

Нормирование загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны (ПДКр.з) и населенных пунктов (ПДКнп). Правила, уставленные Американским Агентством по охране окружающей среды (ЕРА) часто принимаются другими странами с небольшими изменениями. В США «Новый стандарт выбросов» согласно закону «О чистом воздухе» от 1970 г. является федеральным законом.

Нормативы предельно допустимых сбросов вредных веществ и микроорганизмов в воду (ПДС). Это масса загрязняющего вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению в данном пункте водного объекта в единицу времени.

Нормирование образования и лимиты размещения отходов. Для характеристики отходов для каждого предприятия составляется паспорт, который включает сведения по объему, составу, классу опасности отходов, требования безопасности при обращении с ними и переработке их, а также правила хранения. Контролирующие природоохранные органы устанавливают, какое количество отходов (лимит) предприятие может себе позволить.

Нормативы санитарных и защитных зон устанавливаются для охраны водоемов, источников водоснабжения, курортных и лечебно-оздоровительных предприятий, населенных пунктов и других территорий от загрязнений и вредных воздействий. Например, для БрАЗа санитарно-защитная зона по основному переносу воздушных масс составляет 8 км.

Перечень экологически опасных видов производств и объектов определен международной конвенцией об оценке воздействия на ОС в трансграничном масштабе.

Уровень цивилизованности страны определяется в первую очередь не развитием техники, а продолжительностью жизни, которая зависит, прежде всего, от уровня доходов. В Японии средняя продолжительность жизни 80 лет, в Германии, Франции 74–78 лет, США – 72 года, в России – 65 лет, в Китае – 64 года, в Индии – 44, в Анголе – 41 год [1].

Плата за загрязнение окружающей природной среды. Опыт введения платежей (налогов) за загрязнение в развитых странах показал их недостаточную эффективность по улучшению экологической обстановки.

США, Япония, Италия и ряд других стран отказались от этого вида экономического воздействия и заменили его системой штрафов и запретов. В большинстве высокоразвитых стран не берут плату за неизбежные выбросы. Экономические рычаги используются для стимулирования внедрения новых совершенных технологий. Взимать плату за все выбросы предприятия – это снижать его конкурентоспособность на мировом рынке.

По Иркутской области выявлен следующий приоритетный ряд наиболее опасных причин возникновения экологических рисков: землетрясения, наводнения, пожары (лесные и промышленные), аварии на трубопроводном и железнодорожном транспорте, заморозки и засухи. Наиболее ощутимый ущерб наносят пожары и наводнения. Свыше 90 % территории Иркутской области покрыто лесом. Леса региона характеризуются высокой возгораемостью.

Продолжительность пожарного периода достигает 170 дней.

2. Экологическая обстановка в регионе в связи с техногенным загрязнением Загрязнение гидросферы промышленными предприятиями [1] Загрязнение водных объектов – проблема, имеющая мировое значение, т.к. чистая питьевая вода – одна из главных составляющих здоровья человечества. В реки, озера, водохранилища и моря сбрасывается до 6,5 км3 в год неочищенных сточных вод, а с ними десятки миллионов т вредных веществ. Каждый кубометр неочищенной воды делает непригодным к употреблению до 60 м3 чистой воды. В мировой океан поступает ежегодно, т:

нефти 5100000, свинца более 3000, ртути около 800.

В регионах Иркутской области сложилась опасная экологическая ситуация по загрязнению водных ресурсов. Регион г. Братска - зона чрезвычайной экологической ситуации. В водные объекты г. Братска сбрасывается около 300 млн. м3 стоков ежегодно. На предприятиях Сибири допускаются залповые выбросы загрязняющих веществ. Локальные очистные сооружения не обеспе-чивают должную степень очистки сточных вод.

Р. Ангара на участке от Иркутска до Ангарска интенсивно загрязняется ионами тяжелых металлов (ИТМ): цинком, медью и др. В настоящее время концентрация цинка, меди и др. веществ в р. Ангаре значительно превышает ПДК для рыбохозяйственных водоемов, что делает необходимым принятие неотложных мер по снижению содержания ИТМ в водоеме.

По степени отрицательного воздействия на человеческий организм ИТМ выдвигаются на первое место. Ионы тяжелых металлов, проникая вместе с водой и продуктами питания в живые организмы, накапливаются в них, поражая сердце, мозг, печень и другие органы.

Проведенное при участии проф. Михайлова Б.Н. обследование предприятий г.

Иркутска в 1988 г. показало, что основным источником загрязнений р. Ангары ИТМ являются гальванические цеха. В настоящее время около 13 т цинка ежегодно поступает в Ангару.

Одной из причин значительных выбросов металлов из гальванических цехов является низкий уровень технологии нанесения гальванических покрытий, в результате чего только 15металла расходуется на покрытие, а остальное в виде отходов поступает в ОС. Для снижения потерь металла в этих цехах необходима коренная реконструкция их и внедрение малоотходной технологии. Целесообразно не только совершенствование технологии нанесения гальванических покрытий, но и внедрение локальных методов очистки стоков с выделением металлов из стоков и повторным его использованием.

Предприятия Иркутской области являются источником загрязнения водоемов канцерогенными ПАУ (полициклические ароматические углеводороды). Водотоки и водоемы области подвержены наиболее опасным видам загрязнений: тепловому, биогенному, ртутному и диоксиновому.

Целый ряд элементов и соединений, таких как ртуть и диоксины, обладает канцерогенным, мутагенным, гонадотоксическим (гонады - половые железы) эффектами и отнесен к высокотоксичным веществам.

Обнаружены ингредиенты с неизвестными биологическими свойствами, появляющиися после прохождения сточных вод через очистные сооружения. Различного рода модификаторы, блескообразователи и др. компоненты взаимодействуют между собой с образованием токсичных агентов.

Диоксиновое загрязнение. Диоксины резко снижают иммунитет человека к вирусным инфекциям и влияют на генетический аппарат. Они возникают при взаимодействии галогенидов с углеродом в кислой среде. Максимально образование полихлорированных дибензо-н-диоксинов (ПХДД) и полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ) в производстве хлорированных соедине-ний. Неизбежно образование высоко хлорированных диоксинов.

Значительный источник диоксинов – производство эпихлоргидрина, одного из важных хлорорганических полупродуктов, большая часть которого расходуется на производство эпоксидных и ионообменных смол. Выпуск винилхлорида – одна из наиболее масштабных диоксиноопасных хлорных технологий. С экологической точки зрения этот процесс наиболее «грязен».

Загрязнение канцерогенными веществами. Одним из крупных промышленных комплексов по переработке органического сырья является АНХК. Ее сточные воды содержат:

нефтепродукты, фенолы, бензол, аммиак, сероводород, бутиловые спирты, формальдегид, хлориды, фосфаты, мочевину, метанол, ПАВ, взвешенные вещества, малеиновый и фталевый ангидриды, стирол, полистирол, серную, азотную и синтетические жирные кислоты, аммиачную селитру, нитриты, нитраты, цианиды, роданида, мышьяк, кобальт, медь, хром, диметилтерефталат и полициклические ароматические углеводороды. В них присутствуют ингредиенты неизвестного состава, продукты неполного окисления органических веществ и промежуточного синтеза новых веществ.

Озеро Байкал является мировым достоянием, поэтому проблема экологической чистоты его наиболее актуальна. Качество байкальской воды превосходит требования к питьевой воде, принятые в Швейцарии.

В ней в необходимых количествах есть все важнейшие биогенные макро- и микроэлементы. Насыщенность кислородом и низкая минерализация воды обеспечивают ее роль по поддержанию здоровья и возможность выноса из организма различных шлаков.

Глубинная вода Байкала, а это практически 70 % ее объема, не содержит бактерий кишечной палочки. По данным ЛИН СО РАН, в глубинной воде Байкала по всей акватории озера микробное число составляет меньше 100 бактерий в 1 мл, т.е. прекрасное качество воды, соответствующее высшей категории качества. Содержание органических токсинов в т.ч.

хлорорганических соединений в воде Байкала намного ниже мировых стандартов качества.

Байкал, со своим мощнейшим очистительным потенциалом, справляется с существующей антропогенной нагрузкой.

Загрязнение атмосферы промышленными предприятиями [1] Интенсивно загрязняют атмосферный воздух предприятия теплоэнергетики, химические и металлургические. Общий выброс вредных веществ в атмосферу РФ от стационарных источников, млн. т в год: предприятий энергетики, цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, лесной, деревоперерабатывающей и бумажной промышленности составляет примерно 65, от автотранспорта – 40. Общий выброс SO2 превысил 20 млн. т. Особенно страдает от загрязнений воздушный бассейн городов. Наибольшую опасность для человека представляет бензапирен – канцероген, образующийся при неполном сгорании углеводородов.

БрАЗ и ИркАЗ в 2000 г. выбросили в атмосферу 22600 т и 7500 т отходящих газов соответственно. В них содержится: фтора 300-700 мг/нм3, SO2 100-600 мг/нм3; присутствуют токсиканты первой группы опасности – Ве, V, бензапирен, а также газы коксования, пыль и др.

По оценкам проф. Михайлова Б.Н. за время работы БрАЗа и ИркАЗа в атмосферу выброшено около 12 тыс. т и 3,5 тыс. т соединений бериллия и ванадия соответственно – токсикантов 1-го класса опасности.

На характер загрязнения атмосферы существенное влияние оказывают метеоусловия.

Вследствие ветровой деятельности загрязнители могут перемещаться на тысячи километров.

Так одним из основных загрязнителей Байкала является Канско-Ачинский топливноэнергетический комплекс КАТЭК.

Снежный покров является индикатором загрязнения воздушного бассейна. В 1990 г.

проведена снегогеохимическая съемка левобережья р. Ангары. Получен фундаментальный фактический материал для всестороннего анализа проблем загрязнения окружающей среды.

По данным 2002 г. в 8 промышленных городах области зарегистрирован очень высокий и высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха.

Очень высокий уровень – в городах: Братск, Иркутск, Усолье-Сибирское, Черемхово, Шелехов, высокий – Ангарск, Зима, Усть-Илимск.

Уже более 10 лет города Братск и Иркутск включаются в Приоритетный список городов России с наибольшим уровнем загрязнения воздуха.

Воздушный бассейн Прибайкалья значительно загрязнен буквально всеми определяющими элементами и их соединениями в концентрациях, превышающих региональные фоновые в тысячи и десятки тысяч раз.

Загрязнение литосферы промышленными предприятиями [1] В РФ ситуация в области обращения с отходами крайне неблагополучна. По оценкам (www.arhpress.ru Барбашин И.В., аппарат Совета Федерации РФ. Обращение с отходами в России.), их ежегодно образуется от 2,7 до 3,4 млрд. т, в т.ч. 2,6 млрд. т – промышленные отходы, 700 млн. т – жидкие отходы птицеводства и животноводства, 35-40 млн. т – твердые бытовые отходы, 30 млн. т – осадки очистных сооружений. Общий объем не утилизированных отходов оценивается в 80 млрд. т. В среднем на россиянина приходится 1 т образовавшихся отходов в год. Средний уровень использования отходов составляет около %, в т.ч. промышленные отходы перерабатываются на 35 %, твердые бытовые отходы – на 3- %, остальные практически не перерабатываются. Данные по накоплению отходов, особенно бытовых, носят оценочный характер.

По данным Государственного доклада о состоянии и охране ОС в РФ, в 2002 г. в хранилищах, накопителях, могильниках, а также на свалках и др. объектах накоплено свыше 44 млрд. т отходов, из которых использовано и обезврежено более 1214 млн. т (около 60 % всех образовавшихся), в т.ч., %: I класса опасности – 21,6, II – 89,1, III – 13,2, IV – 14,0 и V – 54,4.

Особую проблему представляют отходы промышленного производства.

БрАЗ и ИркАЗ выбрасывают порядка 45 тыс. т и 9 тыс. т в год фтористых соединений соответственно. Значительная часть их приходится на выбросы в атмосферу. В частности, БрАЗ выбросил в 2000 г 2600 т отходящих газов. В них содержатся, мг/нм: фтор 300-700; SO 100-600; газы коксования, бензапирен, пыль и др. вещества. ИркАЗ – порядка 7500 т. В результате чего окружающие территории пересыщены фтором. Твердые отходы этих заводов – это главным образом пропитанная фтористым электролитом угольная футеровка демонтиро-ванных электролизеров, шламы флотации и установок газоочистки.

В настоящее время на шламохранилищах БрАЗа хранится порядка 0,5 млн. т «лежалых» вышеназванных шламов. Общие выбросы флотационных шламов цеха ПФС и шла-мов газоочистки составили в 1998 г. порядка 11,0-11,2 тыс. т. При содержании в них фтора 8,2 %, поступление его на шламовые поля БрАЗа с данного передела составило в названный период порядка 910 т.

С промышленными выбросами в почву поступают содержащиеся в них вещества, особенно на небольшом удалении от источника загрязнения. Повышенное количество этих веществ в почве отражается на химическом составе растений, что небезразлично для здоровья людей и животных.

Так, например, сельхозпродукты, полученные на землях, примыкающих к ИркАЗу, содержат фтор значительно выше ПДК: клевер, капуста, яблоки и т.п. 35-20 ПДК; картофель, морковь и другие корнеплоды 8-5 ПДК.

Получение хлора и щелочи на предприятиях области производится по устаревшим технологиям. Использование для этой цели электролизеров с жидким ртутным катодом привело к отравлению земель и водоемов ртутью – токсикантом 1-ой группы опасности.

Только в результате работы цеха ртут-ного электролиза на ПО Усольехимпром выброшено (по оценкам проф. Михайлова Б.Н.) в окружающую среду более 1000 т ртути. По другим оценкам под цехом электролиза находится «пятно» этого металла массой около 1200 т.

На примыкающих землях от р. Белая до р. Беликтуй содержание ртути значительно выше ПДК. Ртутью загрязнена акватория р. Ангары и Братское водохранилище. Содержание ртути в тканях рыбы названного водохранилища превышает ПДК в несколько раз.

Проблема промышленных отходов. До последнего времени во всем мире уделялось мало внимания утилизации и уничтожению промышленных отходов, изучению их состава и влиянию на окружающую среду. Свалки и отвалы промышленных отходов стали опасными источниками загрязнения окружающей среды. Небрежное складирование промышленных твердых, а также жидких отходов приводит к увеличению содержания в почве токсичных веществ и созданию искусственного геохимического фона.

Многие химические отходы оказывают отрицательное влияние на процессы самоочищения почвы. Загрязнение промышленными отходами ухудшает водно-воздушный режим, который играет важную роль в процессах самоочищения почвы. Токсические вещества вызывают снижение напряженности микробиологических процессов в почве и заметное уменьшение численности почвенных микроорганизмов.

Попавшие в почву химические вещества активно мигрируют из поверхностного слоя на глубину. Однако интенсивность перехода различных элементов различна: например, медь, цинк, свинец в основном остаются в поверхностном слое, а никель, хром, селен в большей степени мигрируют вглубь. Особенно активно мигрирует ртуть, достигая глубоких горизонтов. Почва загрязняется шламами очистных сооружений гальванических цехов, пиритными огарками, отходами обогащения и шахтными породами, твердыми отходами органического происхождения, содержащими токсические вещества, маслами, кислотами, щелочами, концентрированными растворами и сточными водами химической промышленности и др. веществами.

Критериями оценки уровней загрязнения почв являются ПДК, ОДК, фоны (Ф) и кларки (К) загрязняющих веществ.

3. Свойства токсикантов и контроль качества окружающей среды 3.1. Химические и физические свойства загрязняющих веществ. Влияние токсикантов на растительный, животный мир и человека Токсиканты, содержащихся в водоемах проникают в водоросли и организм животных, в ткани овощей, фруктов и злаковых культур.

Например, соединения кадмия даже в малых концентрациях оказывают резко выраженное токсическое действие на рыб и др. водные организмы. Весьма вредны соединения шестивалентного хрома, который при концентрации в воде более 0,01 мг/л оказывает токсическое действие на микрофлору водоемов. При концентрации 0,0001 мг/л хром начинает аккумулироваться в организмах рыб. Соединения меди также достаточно вредны, при концентрациях 0,004 мг/л они токсичны и тормозят развитие многих водных организмов. Кадмий, медь, цинк, хром, олово, никель и ртуть накапливаются в водных организмах зачастую до весьма высоких концентраций. Так в водных беспозвоночных цинк и медь концентрируются в 10 раз по сравнению с водой. При поливе ИТМ выносятся из водоемов на поля и концентрируются в плодородном слое почвы в виде гуматов. Все это приводит к снижению азотфиксирующей способности почв и урожайности, накоплению металлов выше допустимой нормы в кормах и продуктах питания. Содержание ИТМ в них оказывается в тысячи раз выше, чем в почвенных растворах.

Канцерогенное действие на теплокровных животных оказывают мышьяк, селен, цинк и палладий и др. элементы, содержащиеся в питьевой воде. При поступлении другими путями – хром, бериллий, свинец, ртуть, кобальт, никель и серебро. Тератогенное действие (способность вызывать уродства у новорожденных) на животных оказывает кадмий, свинец, мышьяк, кобальт, алюминий и литий. Мутагенное действие (изменение наследственности) появляется не только в том поколении, когда возник новый признак, но и в последующих поколениях.

3.2. Мониторинг и контроль качества окружающей среды Мониторинг – это система регулярных длительных наблюдений в пространстве и во времени, дающих информацию о прошлом и настоящем состояниях окружающей среды, позволяющую прогнозировать будущее изменение ее параметров, имеющих особое значение для человечества [1].

Мониторинг и контроль качества ОС являются необходимым звеном решения всех глобальных проблем загрязнения атмосферы, воды и почвы в результате антропогенного воздействия человека на природу.

В зависимости от целей и объектов наблюдения мониторинг подразделяют на санитарно-гигиенический, экологический и биосферный.

Экологический мониторинг имеет целью оценку и прогноз антропогенных изменений в экосистемах, их продуктивности и ответной реакции биоты на эти изменения. Система контроля за ОС включает в себя:

- слежение и контроль – систематические слежения за состоянием ее;

- прогноз – определение возможных изменений природы под влиянием естественных и антропогенных факторов;

- управление – мероприятия по регулированию состояния ОС.

Составной частью экологического мониторинга и наиболее развитой является контроль над загрязнением водной, воздушной сред (т.е. слежение за накоплением в окружающей среде ИТМ, пестицидов и др. ксенобиотиков).

Для этой цели в РФ специализированные станции мониторинга; наблюдения ведутся также с территорий биосферных заповедников.

По данным Всемирной организации здравоохранения, общая масса отходов в мире составляет несколько млрд. т/год. В развитых странах на одного человека приходится около т в год только бытовых отходов.

Биоиндикация - комплекс специфических реакций живого организма-биоиндикатора (или какого-либо биологического элемента-группы клеток, ткани, органа) на воздействие определенного вещества, причем эти реакции можно регистрировать и по ним давать оценку присутствия загрязнителя и его концентрации. Еще в прошлые века шахтеры брали с собой в забои клетки с канарейками, по поведению которых люди судили о наличии в шахте гремучего газа. Для индикации веществ-загрязнителей можно использовать в качестве тест организмов, как растений, так и животных.

Одной из самых распространенных систем контроля над загрязнителями, где использовались бы живые организмы, является метод определения биохимической потребности в кислороде (БНК). В нем фиксируется метаболическая активность микроорганизмов, которые окисляют питательные вещества, содержащиеся в пробе воды.

Чем больше загрязнены стоки, тем больше пищи для микробов и тем интенсивнее и в больших количествах потребляется ими кислород. Для быстрого определения БНК сточных вод были разработаны одни из первых биосенсеров. Биосенсором в общем случае называют анализирующее устройство, главной частью которого может служить, например, чувствительный электрод, содержащий, в свою очередь, между полупроницаемыми мембранами ферменты или микроорганизмы. Электрод же преобразует реакцию-ответ в электрический сигнал, который далее должен быть инерпритирован исследователем (или компьютером).

В некоторых случаях биосенсоры применяют для оценки качества пищевых продуктов.

Так, в Канаде и Японии выпускают рыбные полуфабрикаты, на упаковке которых показана биосенсорная оценка содержания в рыбе катинов, промежуточных продуктов обмена нуклеиновых кислот, подлежащих удалению из организма.

С помощью малой авиации проведена воздушная съемка окрестностей Иркутска, Ангарска, Братска, Усолъя-Сибирского, Улан-Удэ и др. городов [1]. Анализ проб воздуха позволил составить карты распределения токсикантов в воздухе над территориями и объектами, оценить интенсивность выбросов и в ряде случаев обнаружить несанкционированные свалки и определить их принадлежность конкретным предприятиям.

В условиях Сибири нашла применение снеговая съемка, т.е. объектом мониторинга является снежный покров. Он является индикатором загрязнения не только атмосферных осадков, но и самого атмосферного воздуха, а также последующего загрязнения вод и почв.

В результате снеговой съемки ряда регионов Приангарья, и в частности Иркутского региона и территории г. Иркутска составлены карты распределения токсикантов – фтора, бериллия, ванадия, урана, бензапирена и др. Проведена снегогеохимическая (снеговая) съемка в 1990 г. левобережья р. Ангары. Регулярная снеговая съемка в Братском районе проводится с 1991 г. Основным загрязнителем ОС является алюминиевый завод. Он работает с 1966 г. и применяет технологию с самообжигающимися анодами (Содерберга) с системой «мокрой» газоочистки. Нерастворимое вещество в снежном покрове содержит 1,5-2,0 % фтора и превышает кларк в 75-100 раз.

Содержание растворимого фтора в снежном покрове в зоне действия БрАЗа на расстоянии 2-3 км (в пределах санитарно-защитной зоны) превышает региональный фон в 48,9 раз и на расстоянии 30 км в северо-восточном направлении превышает фон в 6 раз, а в северном в 9 раз.

Очевидно, что распределение растворимого фтора определяется преимущественным направлением ветра.

Почвенный покров накапливает информацию о происходящих процессах и изменениях, т.е. почва является своеобразным индикатором не только сиюминутного состояния среды, но и отражает процессы в прошлом.

Методы контроля загрязнения почв приведены в [1].

Почвенный (агроэкологический) мониторинг имеет общий характер и открывает большие возможности для решения прогностических задач.

Основными показателями, которые оцениваются в процессе агроэкологического мониторинга, являются: кислотность почвы, потеря ею гумуса, засоление и загрязнение нефтепродуктами.

Методы контроля загрязнения вод приведены в [1]. Стандартными методами контроля над состоянием загрязнения вод являются: определение химического потребления кислорода (ХПК) и биохимического потребления кислорода (БПК). ХПК – это величина, характеризующая общее содержание в загрязненной воде органических и неорганических восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Значение его обычно выражают в единицах количества кислорода, расходуемого на окисление этих веществ. БКП – это количество кислорода, требуемого для окисления находящихся в воде органических веществ в аэробных условиях, в результате происходящих в загрязненной воде биологических процессов.

Методы контроля загрязнения атмосферы приведены в [1]. Отбор и анализ среднесуточных проб производят с помощью переносных, индивидуальных и автоматических газоанлизаторов [1, 4].

Методы анализа загрязняющих веществ: фотоколориметрический анализ вещества, атомно-эмиссионный спектральный анализ, атомно-абсорбционный метод анализа, атомноабсорбционная спектроскопия, люминесцентный метод анализа и электрохимические методы анализа [1, 4].

4. Эколого - технологические направления уменьшения загрязнения окружающей Экологическая ситуация в промышленных городах Иркутской области и примыкающих территориях близка к критической. Города Братск, Шелехов, УсольеСибирское и Ангарск входят в двадцатку наиболее неблагополучных в экологическом плане городов России. Рядом с ними Иркутск и Свирск.

Причины сложившейся ситуации:

- ошибка исследователей и проектантов, переоценивших способность биосферы перерабатывать и усваивать промышленные выбросы, тем более что благодаря климатическим особенностям биоценозы Прибайкалья легко ранимы и имеют низкую скорость самовосстановления.

- проектанты недооценили перспективу потребления энергии в регионе. Образовался дефицит электроэнергии ГЭС, более «чистой» в экологическом аспекте, вследствие чего (а также по причинам сугубо технологического плана) в строй были введены мощные ТЭЦ, работающие на каменном угле.

- в основу проектов были заложены устаревшие технические решения.

Одним из основных источников загрязнения Байкала и Прибайкалья является КанскоАчинский топливно-энергетический комплекс (КАТЭК), благодаря трансконтинентальному переносу.

Из электрохимических и металлургических предприятий Иркутской области наибольшее количество токсикантов выбрасывают: БрАЗ, ИркАЗ, цех электролитического получения металлического натрия на Усольском ПО Химпром (ныне законсервированный) и в меньшей мере АЭХК.

БрАЗ и ИркАЗ оснащены электролизерами с самообжигающимися анодами.

Длительное время утаивалась информация о токсикантах, выбрасываемых алюминиевыми заводами. В частности о выбросах в атмосферу весьма и весьма токсичных соединений бериллия и ванадия.

Бериллий является в десятки раз более токсичным, чем ртуть.

По оценкам проф. Михайлова Б.Н. за время работы БрАЗа и ИркАЗа в атмосферу выброшено порядка 12 тыс. т и 3,5 тыс. т этих веществ соответственно. По его мнению, необходима коренная реконструкция алюминиевых заводов, замена СА на ОА, использование автоматизированных и механизированных систем, надежных систем пылегазоулавливания, переход на литийсодержащие электролиты и повышение культуры производства.

Получение хлора и щелочи на химических предприятиях области производится по крайне устаревшим технологиям. Использование для этой цели жидкого ртутного катода привело к отравлению земель и водоемов этим токсикантом первой группы опасности.

Таковыми, по мнению проф. Михайлова Б.Н., являются пенные аппараты, использующие в качестве поглотительного агента серо-щелочные растворы.

Кардинальное решение проблемы возможно при переходе на мембранную технологию, что и реализуется на ПО «Саянскхимпласт».

Цеха электролиза хлористого натрия в составе ПО «Усольехимпром» и «Саянскхимпласт», а также АО «Братсккомплексхолдинг» являются источниками выбросов газообразного хлора, что наряду с другими веществами способствует выпадению кислотных дождей. Известно, что по этой причине наблюдается деградация лесов даже, казалось бы, в столь отдаленных от названных предприятий регионах, как например, в Качугском районе.

Высока вероятность в связи с износом оборудования аварийного разрушения хранилищ и коммуникаций хлора. Последствия этого ЧП могут быть катастрофическими.

В области в настоящее время работает около 20 гальванических цехов на крупных предприятиях и масса полукустарных гальванических мастерских, большая часть из которых работает нелегально. В технологических процессах гальваники используются многочисленные химические реактивы, значительная часть из них является токсикантами 1ого и 2-ого класса опасности. Коэффициент использования металлов в гальванических процессах чрезвычайно низок 15-35 %. Все иные вещества, используемые в этих процессах, полностью переходят в отходы. Наибольшую негативную роль из них играют ИТМ.

Токсичное воздействие их (хрома, кадмия, свинца, меди, никеля, цинка и др.) на организм человека приводит к нарушению работы кальмодулина – основного регулятора процессов жизнедеятельности организмов. По шкале стресс факторов (индекс Корте) они имеют баллов, опережая химические удобрения (63 балла) и нефтепродукты (72 балла).

Подавляющее большинство гальванических предприятий области сбрасывают свои стоки в бассейн р. Ангары. В результате этого только в Братском водохранилище в донных осадках накоплено ~30 тыс. т цинка.

Утилизация шламов этих очистных сооружений экономически нецелесообразна благодаря сложному химическому составу их, а также избытку в них соединений кальция.

Складирование этих шламов на полигонах и несанкционированных свалках привело к выщелачиванию из них токсичных веществ и попаданию их в грунтовые и поверхностные воды. Необходима срочная реконструкция, как самих гальванических цехов, так и станций очистки сточных вод.

В данном случае необходима организация: локальных систем регенерации технологических растворов и очистки промывных вод, системы оборотного водоснабжения;

одно это позволяет на 1-2 порядка уменьшить количество стоков, поступающих на станцию централизованной очистки. Необходим переход на нейтрализацию стоков щелочью;

получаемые при этом шламы легко утилизировать, например, в виде ферритов.

По мнению проф. Михайлова Б.Н. уменьшение выноса токсикантов возможно при совершенствовании и самой технологии гальванических покрытий.

Для этого необходимо:

- использовать прогрессивные и низкоконцентрированные электролиты;

- заменить электрохимическое полирование электролитно-плазменной обработкой;

- использовать рациональные способы промывки деталей (каскадную, воздушноструйную и т.п.);

- производить встряхивание деталей и обеспечивать необходимую выдержку с использованием роботизированных операторов;

- извлекать металлы из ванн улавливания с помощью электроэкстракторов;

- производить непрерывную фильтрацию и регенерацию электролитов.

5. Экологические аспекты электрохимических производств Электрохимические производства являются одним из наиболее опасных источников загрязнения ОС [1]. Сведения о накоплении ИТМ в тканях растений и животных приведены в [1, табл. 5.3].

ИТМ проявляют мутагенное, канцерогенное, тератогенное, гонадотоксическое, эмбриотоксическое и аллергенное действие. Нередки фиброгенное, атеросклеротическое, кардиотропное, геронтогенное и иммуннодепрессорное действия. Многие вещества, обладая совокупностью биологических эффектов, имеют политропный характер действия.

Основная тенденция в развитии технологических процессов - создание замкнутых малоотходных систем, уменьшение до минимума сброса вредных веществ в ОС. Необходима срочная реконструкция, как самих электрохимических цехов, так и станций очистки сточных вод:

- организация локальных систем регенерации технологических растворов и очистки промывных вод, систем оборотного водоснабжения; одно это позволяет на 1-2 порядка уменьшить количество стоков, поступающих на станции;

- необходим переход на нейтрализацию гальванических стоков щелочью, получаемые при этом шламы легко утилизировать, например, в виде ферритов;

- совершенствование технологии [2].

Методы предупреждения и уменьшения загрязнения атмосферы:

- переработка вторичных ресурсов, внедрение системы рекуперации и последующего использования материалов; т.к. получение продукции из вторичных ресурсов во многих случаях экономичнее, чем из природного сырья;

- изучение механизма образования токсичных веществ и совершенствование технологических процессов;

- совершенствование конструкций оборудования;

- разработка безводных и не пылящих технологических процессов;

- замена токсичных материалов на менее токсичные.

Сокращения выбросов токсикантов достигают уменьшением числа стадий процесса, совмещением их в одном аппарате, а также применением менее токсичных реагентов или реагентов, способствующих образованию менее вредных веществ. Известны многочисленные примеры технологических решений, позволивших в значительной мере уменьшить выбросы токсикантов в атмосферу либо избежать их совсем [2].

5.1. Пути уменьшения сброса вредных веществ в атмосферу Общие технологические мероприятия по охране воздушного бассейна:

- герметизация оборудования и автоматизация технологических процессов, связанных с выделением в атмосферу вредных выбросов;

- применение автоматических систем и аппаратуры в установках для улавливания компонентов выбросов;

- правильная техническая эксплуатация производственных агрегатов, выделяющих в атмосферу вредные выбросы;

- обязательная рекуперация перед выбросом газов в атмосферу.

Методы очистки газовых выбросов: механические, химические, физико-химические, физические, биохимические и термические.

Современные газоочистные аппараты: пылевые камеры, циклоны (одиночные и батарейные), насадочные и полые скрубберы, аппараты Вентури, струйные и пенные газопромыватели, туманоуловители и электрофильтры. Электрическая очистка – один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных частиц с применением электрофильтров.

5.2. Пути уменьшения сброса вредных веществ в гидросферу Для снижения отрицательного воздействия на ОС следует: повысить эффективность очистки сточных вод, рационализировать водопотребление и снизить экологическую опасность применяемых растворов и электролитов (это достигается заменой токсичных компонентов на менее токсичные и снижением концентрации токсичных компонентов).

Пути снижения загрязнения гидросферы:

- организация замкнутого водооборота в объеме предприятия (цеха);

- организация очистки смешанных растворов в объеме отделения;

- организация локальных способов очистки растворов.

Водоснабжение электрохимических цехов, как правило, осуществляется из городского водопровода или из водопровода технической воды.

Требования к качеству воды. Вода нормируется по содержанию растворенных и нерастворенных веществ: взвешенных веществ, рН, жесткости, сухого и прокаленного остатков, сульфатов, хлоридов, ИТМ и др. показателям. Физико-химические показатели воды приведены в [1, табл. 5.4].

В технической электрохимии используется вода категорий: техническая, питьевая, чистая и ультрачистая. Вода чистая по физико-химическим показателям соответствует дистиллированной. Ультрачистая вода содержит в себе значительно меньше минеральных веществ и дополнительно подвергнута дегазации. Снижение солесодержания ее достигается дистилляцией, обратным осмосом, электродиализом или ионным обменом. Применение обессоленной воды повышает качество покрытий, увеличивает срок службы электролитов, позволяет осуществлять регенерацию и возврат вынесенных электролитов.

Полный или частичный переход на промывку обессоленной воды экономически целесообразен при внедрении мероприятий по сокращению расхода воды на промывку и использование замкнутых локальных систем промывки-регенерации в отдельных технологических процессах.

Водоподготовка осуществляется стандартным набором аппаратов для перевода растворенных примесей в другую фазу, для отделения примесей, в т.ч. широко известными методами (фильтрации, центрифугирования, отстаивания, сорбции, обратного осмоса, электроэкстракции, электродиализа, цементации, флотации и электрофлотации и т.п.) [1].

Повторное использование промывной воды. Промывная вода после основных операций гальванического процесса используется вторично в ваннах промывки после подготовительных операций. Например, в линии цинкования деталей, поступающих после обработки резанием, т.е. загрязненных СОЖ, с использованием цинкатных электролитов возможно повторное использование промывных вод. Раствор от промывки деталей после травления и (или) декапирования направляют на промывку деталей после обезжиривания.

Этим достигается снижение расхода свежей воды и увеличение скорости и полноты отмывки, за счет химической нейтрализации увлеченной поверхностью детали щелочи кислотой из промывной воды. В свою очередь детали после обработки в кислых растворах следует промывать не свежей водой, а промывной водой полученной при промывке деталей после щелочного цинкования. Т.о. подача свежей воды производится только на одну операцию из трех.

При многократном использовании промывной воды в ней накапливаются компоненты всех объединенных общим трубопроводом технологических ванн. Поэтому необходимо учитывать возможность попадания ионов и веществ, находящихся в промывной воде, в технологические растворы, что может негативно сказаться на их работоспособности и на качестве деталей.

Категорически недопустимо повторное использование промывной воды после обработки деталей в цианистых электролитах для промывки после обработки в кислых растворах. Необходимо предусматривать на очистных сооружениях раздельную обработку стоков, содержащих драгоценные металлы и хром.

Схемы «сухой» канализации. Процесс износостойкого хромирования при 55-80 0С сопровождается значительным испарением воды. При использовании каскадной 5-и ванной промывки расход воды на промывку равен количеству воды испаряющейся из ванны хромирования. Промывную воду из последней ванны каскадной системы направляют в основную ванну для компенсации потерь воды за счет испарения. Т.о. в канализацию не сбрасывается промывная загрязненная хромом вода (канализация «сухая»).

В данном случае необходима установка локальной системы очистки электролита хромирования от примесей, поступающих в основную ванну из ванн подготовительного цикла (обезжиривания, травления, декапирования или полирования), т.к. вынос веществ из ванны хромирования с промывной водой исключен.

5.3. Пути уменьшения загрязнения литосферы отходами Загрязнение литосферы обусловлено выносом токсикантов на рельеф со сточными водами промпредприятий, с атмосферными осадками и наличием свалок. Уменьшение загрязнения литосферы можно добиться способами, уменьшающими содержание токсикантов в выбросах: обезвреживанием атмосферных выбросов и сточных вод, регенерацией отработанных растворов и утилизацией веществ из них и из твердых отходов.

Регенерация отработанных растворов.

Основные технологические цели утилизации:

- использование отработанного раствора на том же производстве для других технологических нужд;

- переработка отработанного раствора с целью получения товарных продуктов, которые могут быть использованы как на данном предприятии, так и на других;

- выделение из отработанного раствора ценных компонентов (металлов, кислот и др.

веществ) и их повторное их использование.

Эффективно создание локальных систем регенерации. Для этого выделяют из них компоненты в состоянии, позволяющем вернуть их в технологический процесс: растворы солей, кислот, щелочей или в виде металлов.

Разбавленные растворы перед очисткой подвергают концентрированию.

В гальваническом производстве (ГП) регенерации подвергаются: загрязненные, предназначенные к сбросу концентрированные электролиты; растворы средней концентрации от профилактики оборудования; промводы.

Регенерация обезжиривающих растворов. Продолжительность работы ванн обезжиривания варьируется от недели до 2-3 мес. Обезжиривающие растворы загрязняются не способными к омылению жирами, минеральными маслами, нефтепродуктами, взвешенными веществами и механическими примесями. Присутствие в растворе омыляемых жиров ограничивает количество циклов регенерации. Обезжиривающие растворы, загрязненные неомыляемыми маслами и нефтепродуктами, регенерируют путем удаления загрязнителей.

Регенерация растворов травления стали. Переработка травильных растворов данного типа может осуществляться путем извлечения исходных реагентов или извлечением продуктов травления с последующим возвратом реагентов на повторное использование.

Из отработанных травильных растворов получают реагент для восстановления Сг6+ – концентрированные растворы хлорида и сульфата Fe2+ путем насыщения солями железа за счет растворения железного скрапа. Отработанные травильные растворы, содержащие соли алюминия и железа, используют в качестве сырья для получения коагулянтов, применяемых в процессах очистки сточных вод от коллоидно-дисперсных примесей.

Повторное использование отходов в др. или смежных отраслях промышленности.

Отработанные электролиты хромирования используют для приготовления быстротвердеющих составов, используемых в производстве литейных форм, взамен товарного хромового ангидрида. Их используют для приготовления электролитов химического травления и полирования изделий из меди и ее сплавов, электрохимического полирования ряда металлов и сплавов и конечно электролитов хроматирования.

Отработанные растворы и сточные воды гальваники используют и в сельском хозяйстве как источники дефицитных микроэлементов. Отработанные кислые электролиты цинкования и меднения - для обработки древесины для придания ей огнестойкости и предотвращения биообрастания и гниения.

Некондиционные растворы, содержащие соединения хрома, свинца, кобальта или кадмия, могут быть переработаны на пигменты для красок.

Утилизация шламов электрохимического производства.

До сих пор на станциях очистки отработанных растворов и сточных вод ГП используют известковую технологию очистки. Нейтрализацию и осаждение ИТМ производят известковым молоком при значительном избытке. Шлам очистных сооружений в большей мере представлен гидратированными соединениями кальция. Гидроксиды тяжелых металлов в них составляют в пересчете на сухое вещество 2-10 %. Переработка таких шламов на товарные продукты нерентабельна. Хранение их на полигонах связано с большими затратами.

В 1984-86 г.г. Б.Н. Михайлов и А.Н. Баранов апробировали введение гальванических шламов в состав масс для производства красного кирпича и керамики на Иркутском кирпичном заводе. Добавка шламов в количестве до 5 % не приводила к ухудшению прочностных характеристик и кирпича и керамики. В работе были использованы осадки, образующиеся при реагентной известковой обработке сточных вод ГП двух предприятий Иркутска. Осадки использовали также и в качестве присадок в сырьевые смеси производства бетона, асфальта, керамических горшков и керамических плиток.

Позднее нами было предложено вводить обезвоженный шлам в состав асфальта для замены, так называемой минеральной мучки. Испытания образцов асфальта с названной выше добавкой, проведенные Иркутской областной дорожной лабораторией показали приемлемость такой замены. Введение названных осадков в значительных количествах в бетон приводит к снижению прочности образцов. С увеличением добавки до 20 %, прочность их уменьшается в два раза в образцах-кубиках и на 10 % в образцах-призмах. Утилизация осадка в бетон без существенных нарушений прочностных характеристик возможна при добавке его не более 5 %. Такая добавка не вызывает коррозии арматурной стали в образцах железобетона. Однако экологическая экспертиза образцов железобетона с этой добавкой показала, что после экспозиции в течение 30-60 суток происходит 100 % гибель дафний в воде. В присутствии бетона, полученного по базовой технологии, они не погибали.

В конце 80-х годов Ю.Я. Будиловский НПО «Литстанкопроект» на Паневежском кирпичном заводе (Литва) организовал промышленное производство строительного кирпича, черепицы и керамики из традиционных материалов с добавлением гальванических шламов.

Получены керамические изделия с высокими декоративными свойствами и широкой цветовой гаммой, с повышенной прочностью и морозостойкостью. Для этой цели пригодны лишь шламы, полученные с использованием в качестве осадителей гидроксидов железа и соды.

Шлам от переработки стоков ГП содержал, %: хрома 0,7-7,8, железа 5-36, никеля 2-16, цинка 1-8,5, меди 0,1-3,6; а также оксид железа, карбонат кальция и гипс. Добавки шлама ГП расширяют цветовую гамму керамики: цвет обожженной черепицы – темно-красный без налетов.

Железосодержащие шламы ГП могут использоваться в производстве стеновых керамических изделий.

Полученные черепица и керамика имеют хорошее качество, и нашли широкий сбыт.

Однако при длительной эксплуатации черепицы в атмосфере промышленных городов наблюдалось восстановление Сг3+ в Сг6+ за счет воздействия окислителей и вымывание его кислотными дождями из материала керамики с выносом в окружающую среду.

По мнению проф. Михайлова Б.Н. шламы ГП рационально использовать при производстве керамзита с последующим его заложением в бетон. Керамзит, изготовленный с добавкой 20-40 % шлама, применим в качестве теплоизолирующего и конструкционного материала в строительстве. Экономический эффект обусловлен сокращением расходов на добычу и транспортировку глины, исключением затрат на строительство полигона для складирования осадка.

Шламы ГП могут быть использованы также в производстве красителей-пигментов.

Присутствие железа, хрома и никеля в шламе позволяет использовать его при производстве декоративно-облицовочного материала – стеклохромзита. В изготовлении окрашенного стекла и стеклокристаллических материалов широко применяют отходы на основе хромсодержащего катализатора. Шламы ГП используют для производства зеленого прозрачного стекла.

Однако по большому счету все эти технологии использования шламов, содержащих токсичные и ценные компоненты в строительной индустрии – нерациональны и расточительны. Рациональна их переработка на товарные продукты, например, на предприятиях металлургии и т.п. Или, в крайнем случае, их качественное хранение до лучших времен.

Альтернативное решение состоит в реорганизации работы станций очистки отработанных электролитов и сточных вод таким образом, чтобы получать в результате переработки не отходы, а товарные продукты.

Полигоны и заводы по переработке отходов. Твердые и пастообразные отходы гальваники в Байкальском регионе складируются на специальных полигонах, в отвалах и на свалках, зачастую несанкционированных и, конечно, не обустроенных. Все это приводит к вторичному загрязнению водоемов и атмосферы. Эта мера временная и во многом вынужденная, вызванная отсутствием экономически оправданных технологий переработки таких отходов – продуктов обезвреживания смешанных сточных вод гальванического производства. Актуально сооружение специализированных заводов по переработке твердых отходов промпредприятий и в т.ч. отходов электрохимических производств.

6.1. Схемы очистки технологических растворов и сточных вод Централизованные системы предусматривают сбор и совместную очистку всех видов жидких отходов на единых очистных сооружениях и последующее распределение очищенной воды по технологическим операциям. Децентрализованные системы предусматривают раздельную очистку всех видов стоков с использованием очищенной воды для конкретной технологической операции, например, приготовления растворов или промывки деталей при нанесении гальванических покрытий.

Централизованный метод очистки. Сточные воды сливаются в общую сборную емкость, в которую сбрасываются и, как правило, предварительно нейтрализованные отработанные технологические растворы. В стоки направляют воды: промывные от промывки деталей и оборудования, траповые – от помывки полов, стен и лестничных трапов, а также воду, использованную для охлаждения оборудования. В случае большой загрязненности территории предприятия необходима очистка и стоков ливневой канализации.

Например, в ливневых стоках Улан-Удэнского авиационного производственного объединения содержание Сг6+ достигало десятков мг/л.

Стоки хозяйственные подлежат очистке на специализированных городских или районных очистных сооружениях.

Многочисленны примеры использования локальных систем очистки технологических растворов и сточных вод в технической электрохимии [1, 2]. Например, для локальной очистки промывных вод после ванны хромирования использованы каталитические свойства активированного угля, который при pH=1,5-2,0 восстанавливает Сг6+ в Сг3+ с последующей сорбцией его на поверхности сорбента. Регенерация адсорбента осуществляется 15%-ным раствором серной кислоты или едкого натра. При регенерации кислотой получают элюат, содержащий Сг3+, который выделяют в виде гидроксида.

Катодное осаждение металлов из промывных вод (а лучше ванн улавливания) отдельных технологических операций (золочение, серебрение, цинкование и т.п.) целесообразно осуществлять с применением электроэкстракторов (ЭЭК) – т.е. электролизеров диафрагменного или бездиафрагменного типа с волокнистыми углеграфитовыми электродами. Электроды с извлеченным металлом используются в качестве растворимых анодов в ванне покрытия. Установка, включающая в себя фильтр (чаще фильтр-пресс), насос и ЭЭК располагается рядом с ванной улавливания и составляет с ней единую циркуляционную систему. Комплект электродов ЭЭК размещают в технологической ванне или ванне улавливания.

Для заливки ванны улавливания проф. Михайлов Б.Н. рекомендует использовать раствор технологической ванны, разбавленный в 3-4 раза и при обязательном отсутствии в нем основного металлсодержащего соединения [2].

В УИИВХ (г. Ровно) разработан процесс очистки никельсодержащих промывных вод с возвратом воды в ванну промывки, а никеля – в технологическую ванну. Технология основана на электрохимическом превращении веществ в объеме раствора. Образующиеся в результате подщелачивания гидроксиды отделяются на фильтре с плавающей нагрузкой, а затем после растворения направляются в ванну нанесения покрытия, а очищенная вода – на промывные операции.

6.2. Методы очистки технологических растворов и сточных вод Методы очистки делятся на группы: основанные на выделении примесей; основанные на превращении, деструкции примесей; биохимические:

- методы, основанные на выделении примесей из воды, протекают без изменения физико-химических свойств веществ. Они осуществляются механическими методами:

отстаиванием, процеживанием, флотацией, фильтрованием. Особая роль принадлежит мембранной технологии: микрофильтрации, ультрафильтрации, обратному осмосу, диализу.

Эти методы предпочтительны при разработке малоотходных технологических процессов с замкнутыми системами водопользования. Они позволяют получать в процессе очистки чистые продукты, используемые повторно в данном технологическом цикле.

- методы, основанные на физико-химическом превращении веществ в менее токсичные или в легко извлекаемые из сточной жидкости. Эта группа методов включает реагентную обработку, электролиз, озонирование, хлорирование, ионный обмен и др. На основе этих методов могут быть реализованы как прямоточные, так и оборотные системы водопользования. Наиболее эффективны комплексные технологии, базирующиеся на первых двух принципах очистки сточных вод.

- методы основанные на биохимическом окислении загрязнений, чаще всего органического характера.

Реагентные методы очистки получили широкое распространение в практике по обезвреживанию растворов электрохимических производств. Основное их достоинство – крайне низкая чувствительность к исходному составу и концентрации загрязнений, а основные недостатки – большой расход дефицитных реактивов, высокое остаточное содержание ИТМ и балластных солей, а также низкая степень извлечения загрязнений, что определяет необходимость последующей доочистки.

При обработке металлосодержащих растворов сульфидом натрия достигается их глубокая очистка благодаря низким значениям произведения растворимости сульфидов тяжелых металлов. Все сульфиды склонны к образованию коллоидных растворов, что требует введения коагулянтов.

Очистка сточных вод от цианидов реагентными способами сводится к превращению этих высокотоксичных соединений в малотоксичные продукты. Для этой цели используют реагенты-окислители, содержащие активный хлор, озон, пероксид водорода, перманганат калия и кислород.

Очистка сточных вод от шестивалентного хрома производится сульфитом Na2SO3, бисульфитом NaHSO3 и пиросульфитом Na2S2O5. Она протекает в две стадии:

восстановление соединений Сг6+ до Сг3+ в кислой среде и дальнейшее превращение его в малорастворимые гидроксиды, которые выпадают в осадок. Восстановление хрома Сг6+ сульфитами по схеме:

Далее Сг превращают с помощью Ca(OH)2 или соды в гидроксид хрома:

В качестве реагента-восстановителя используют отходы металлического железа, гидроксид 2-х валентного железа, а также его сульфат. При реализации ферритного метода очистки, при котором в качестве агента – осадителя используется гидроксид или карбонат натрия, удается в качестве товарного продукта получать ферриты – материал, содержащий смесь FeOCr2O3 и FeOFe2O3. Они широко используются в электротехнической промышленности в качестве магнито-мягких и магнитожестких материалов.

Эффективна нейтрализация Сг6+ серо-щелочными растворами.

Нейтрализация сточных вод и их очистка от ИТМ. Сточные воды многих производств содержат растворенные минеральные кислоты и основания, а также ИТМ.

Процесс взаимной нейтрализации компонентов сточных вод при их смешении в необходимых количествах позволяет достичь значения рН=7. Нейтрализация сточных вод обеспечивает удаление из них свободных кислот, оснований и ИТМ в результате их перевода в труднорастворимые соединения.

Реагентная очистка сточных вод от ИТМ основана на переводе их в состав трудно растворимых соединений. При выборе агента – осадителя информацию можно почерпнуть из справочных сведений о ПР соединений конкретного элемента. Осаждение ИТМ в виде гидроксидов не обеспечивает требования по их ПДК в воде, подлежащей сбросу в рыборазводные водоемы. Известно, что малым значением ПР обладают многие соли: PbSO4 и PbS, MgF2, HgS, NiS, Cu2S и CuS, Ag2S, BI2S3, CdS, SnS, Zn2Fe(PO4)2, а также многочисленные ферриты MeOFe2O3 и им подобные MeOCr2O3, MeONi2O3 и др. Исходя из этого, и может быть предложена технология осаждения конкретного ИТМ или смеси их.

На Колпинском электромеханическом заводе Ленинградской области внедрена ферритная технология очистки стоков гальванического цеха.

Позднее на ряде предприятий СНГ была реализована модифицированная низкотемпературная технология осаждения ферритов с использованием в качестве агента – осадителя смеси гидроксидов железа, полученных методами электро- и гальванокоагуляции.

Биологические методы очистки применяются для выделения тонкодисперсных и растворенных органических веществ. Они основаны на способности микроорганизмов использовать для своей жизнедеятельности, содержащиеся в сточных водах органические вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы и т.п.), а также многие неорганические соединения.

Биологическую очистку осуществляют в природных и искусственных условиях.

Сточные воды в природных условиях достаточно редко очищают на полях фильтрации, полях орошения и в биологических прудах.

Биологические фильтры широко используют для очистки и бытовых, и производственных сточных вод. Фильтровальные материалы для загрузки биофильтров:

шлак, щебень, керамзит, пластмассу, гравий и т.п.

Биофильтры с естественной подачей воздуха применяют для очистки сточных вод с суточным расходом не более 100 м3. При больших расходах и используют биофильтры с принудительной подачей воздуха.

Для оценки состава сточных вод в процессе биологической очистки используют показатель – биологическую потребность воды в кислороде (БПК) – количество кислорода, необходимое для окисления всех органических примесей, содержащихся в единице объема сточной воды.

Окситенки обеспечивают более интенсивный процесс окисления органических примесей по сравнению с аэротенками за счет подачи в них взамен воздуха технического кислорода и повышения концентрации активного ила. Для увеличения коэффициента использования подаваемого в объем сточной воды кислорода реактор окситенка герметизируют. Очищенная от органических примесей вода из реактора поступает в илоотделитель, в котором происходит выделение из нее отработанного ила.

Известны многочисленные примеры использования биологических методов для очистки сточных вод от хрома и других тяжелых металлов. Для этой цели используют в частности микроорганизмы – хромредукторы, восстанавливающие Cr6+ до Cr3+ с последующим осаждением его в виде гидроксида или сульфида, а также микроорганизмы – сульфатредукторы, восстанавливающие сульфаты до сульфидов, в результате чего осаждаются сульфиды тяжелых металлов. При этом микроорганизмы используют в качестве доноров электро-нов органические вещества, присутствующие в стоках, а в качестве акцепторов – сульфаты, бихроматы и т д. Этим методом обеспечивается достижение остаточной концентрации ИТМ менее 0,01-0,05 мг/л.

Комплексная технология биохимической очистки сточных вод позволяет одновременно удалять широкий спектр загрязнений: ИТМ, органические и неорганические вещества.

Сорбционные методы очистки. Сорбция – это поглощение специальными веществами в твердом или жидком виде какого-либо вещества из среды. Поглощающее вещество называется сорбентом. Сорбционная очистка имеет ряд преимуществ перед др.

физико-химическими методами и может быть технически и экономически целесообразной для электрохимических цехов.

Сорбенты классифицируются: по механизму действия – катиониты и аниониты; по происхождению – искусственные и природного происхождения; по составу – неорганические и органические. Неорганические природные сор-бенты: катиониты – цеолиты, фосфаты и др., аниониты – апатит, каолинит и т.д. Природные органические катиониты – торф, шунгит, сульфоуголь и др.

Важнейшие твердые сорбенты, способные к регенерации и широко применяемые в технике – активные углеродистые материалы, цеолиты, иониты, силикогель и др. Широко используют в этом качестве активированный каменный уголь, нефтяной и каменноугольный кокс, недожог каменного угля, а также полукокс; несколько реже вследствие высокой стоимости – древесный уголь. При очистке стоков ионы калия, натрия, кальция, а также хлориды, нитраты, сульфаты и фосфаты практически не сорбируются на активированном угле (АУ), а ионы магния, цинка, железа, алюминия, хрома сорбируются АУ в небольших количествах.

В последнее время для целей очистки загрязненной нефтепродуктами воды все чаще используют природный углеродистый материал – шунгит.

В Восточной Сибири имеются многочисленные месторождения цеолитов - природных алюмосиликатных материалов. Они способны селективно выделять и вновь впитывать различные вещества, а также обменивать катионы.

Сущность сорбционных методов очистки заключается в фильтровании жидких отходов сквозь слой сорбента, способного извлекать из жидкости различные загрязняющие вещества. При очистке сорбционным методом в качестве сорбента чаще всего из-за дешевизны используют активированный уголь (табл. 6.2.), обладающий высокой сорбционной емкостью.

В РФ производятся угли: СКТ, АГ-3, АГ-5, БАУ, КАД, АР-3, ОУ и др.

Сорбционный метод очистки эффективен при очистке от Сг6+. Весьма эффективно осуществляется извлечение бурыми углями и буроугольными полукоксами типа АБД ионов тяжелых и редких металлов из низко-концентрированных стоков. Например, для очистки хромсодержащих стоков рекомендован активированный уголь БАУ-А. Стоки предварительно подкисляются серной кислотой до рН = 1,5-2,0. На активированном угле Сг6+ восстанавливается до Сг3+.

Сг3+в свою очередь сорбируется активированным углем. Дальнейшую регенерацию сорбента производят серной кислотой, при этом элюат содержит Сг3+ в виде Сг2(SО4)3. При регенерации сорбента 15 % едкой щелочью полученный элюат содержит ионы СгО42- в виде Nа2CrO4. После регенерации сорбент отмывают водопроводной водой до рН = 7-8.

Для целей сорбции весьма широко используются искусственные высокомолекулярные органические соединения – иониты. По характеру ионогенных групп различают катиониты, содержащие кислотные групппы, аниониты, содержащие основные группы; последние в зависимости от рН раствора способны обменивать катионы, анионы либо и те и другие одновременно. Известны четыре типа ионитов, отличающихся типом ионогенных групп и степенью их ионизации (рКа).

Дополнительная очистка стоков (промывной воды), предварительно очищенных на очистных сооружениях реагентного, электрокоагуляционного или иных типов осуществляется в ионообменных колоннах (ИОК) по схеме: насос - фильтр - ионообменная колонна - канализация. Достижение меньших значений остаточных концентраций ИТМ осуществляется последовательным подключением дополнительных ионообменных колонн.

Перспективно использование в качестве сорбентов для извлечения металлов твердофазных отходов деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, в частности древесных опилок, коры, шлам-лигнинов с термической обработкой и (или) без нее.

Для процессов сорбции наибольшее распространение получили колонные аппараты непрерывного действия типа пачуков, пневмопульсационных с взвешенным слоем сорбента и распределительными тарелками.

Проблема переработки элюатов. При использовании сорбентов для очистки сточных вод возникает серьезная проблема, связанная с их регенерацией. Например, при очистке сточных вод с использованием ионообменных фильтров для их регенерации применяют промывку кислотами и щелочами. Образующиеся при этом растворы – элюаты подлежат последующей переработке. Объем получаемых элюатов сопоставим с объемом прошедших через фильтр очищаемых растворов.

При традиционной схеме очистки сточные воды содержат смесь растворимых соединений всех используемых в производстве элементов.

Нами показано, что при использовании сорбционных технологий в локальных схемах очистки стоков ГП получаемые элюаты содержат, как правило, один из названных выше металлов (медь, никель, цинк, кадмий, хром и т.д.) в виде сульфатов или хлоридов в присутствии незначительного количества железа и других примесей. Переработка таких растворов на товарные продукты не составляет труда. Например, электроэкстракцией, электродиализом, упариванием и т.п.

Экстракционные методы очистки применяют для удаления примесей из технологических растворов. Экстракция является массообменным процессом в системе «жидкость-жидкость». Экстрагент – органическое вещество, образующее с извлекаемым металлом соль или комплекс, хорошо растворимый в органической фазе и практически не растворимый в водной. Как правило, для раст-ворения экстрагента используется в качестве растворителя органическая жидкость – разбавитель. В результате процесса получают продукты экстракции – экстракт (органическая фаза) и рафинат (водная фаза). Далее проводят реэкст-ракцию насыщенной металлоорганической фазы, в результате чего получают реэкстракт – обогащенную извлекаемым металлом водную фазу, дальнейшая переработка которой, как правило, не вызывает особых осложнений.

Такие экстрагенты, как спирты, простые и сложные эфиры и кетоны используются в неразбавленном виде. В большинстве случаев экстрагент разбавляют органическим разбавителем для снижения вязкости, плотности и уменьшения потерь особо дорогих экстрагентов. Разбавители: алифатические (октан, додекан и др.), ароматические (бензол, толуол, ксилол и алкилбензолы) углеводороды, эфиры и керосин. Они не растворимы в водной среде, имеют высокую температуру вспышки более 67 0С и узкий интервал перегонки.

Мембранные методы очистки широко используется для очистки сточных вод, обработки воды, очистки и концентрации растворов высокомолекулярных веществ [1, 2, 3].

Они имеют разновидности:

- микрофильтрация — процесс мембранного разделения коллоидных растворов и взвесей под действием давления;

- ультрафильтрация – процесс мембранного разделения жидких смесей под действием давления, основанный на различии молекулярных масс или молекулярных размеров компонентов разделяемой смеси;

- обратный осмос – процесс мембранного разделения жидких растворов путем проникновения через полупроницаемую мембрану растворителя под действием приложенного к раствору давления, превышающего его осмотическое давление;

- диализ – процесс мембранного разделения за счет различия скоростей диффузии веществ через мембрану, проходящий при наличии градиента концентрации;

- электродиализ – процесс прохождения ионов растворенного вещества через мембрану под действием электрического поля в виде градиента электрического потенциала;

- разделение газов – процесс мембранного разделения газовых смесей за счет гидростатического давления и градиента концентрации.

Для этой цели разработано надежное стандартное технологичное оборудование – компактные, надежные и экономичные модули.

Ультрафильтрация обеспечивает разделение, фракционирование и концентрирование растворов. Один из растворов обогащается растворенным веществом, а другой обедняется.

Мембраны пропускают растворитель и определенные фракции молекулярных соединений.

Процесс проводят при сравнительно низких рабочих давлениях 0,3-1,0 МПа.

Ультрафильтрации обычно подвергаются вещества, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше молекулярной массы растворителя. Большое значение имеет использование этого процесса при разделении веществ, чувствительных к нагреву, так как при ультрафильтрации растворы не нагреваются и не подвергаются химическому воздействию.

Отсюда очень низкие энергетические затраты, примерно в 20-60 раз ниже, чем при дистилляции. Из всех видов мембранного разделения ультрафильтрация нашла наиболее разнообразное применение. Важное промышленное использование ультрафильтрации – разделение эмульсии масла и воды. Сточная вода с исходной концентрацией масел 5-10 г/л разделяется мембранным аппаратом на фильтрат и концентрат. Фильтрат с концентрацией масел до 40 мг/л используют в оборотном водоснабжении. Концентрат с содержанием масел выше 40-50 г/л направляют на следующую стадию выделения масла или на сжигание.

Обратный осмос – процесс мембранного разделения жидких растворов путем преимущественного проникновения через полупроницаемую мембрану растворителя под действием приложенного к раствору давления, превышающего его осмотическое давление.

Оно составляет 3-10 МПа.

При обратном осмосе размер молекул отделяемого растворителя соизмерим с размером молекул вещества в растворе.

Существенным преимуществом обратного осмоса перед всеми другими методами очистки сточных вод является одновременная очистка от неорганических и органических примесей, что особенно важно в системах оборотного водоснабжения. Этим обеспечивается возможность получения наиболее чистой воды, т.к. мембраны могут задерживать практически все растворенные вещества и взвеси минерального и органического характера, в том числе вирусы, бактерии, микробы и всякого рода др. микроформы.

В настоящее время очистку воды этим способом широко используют при водоподготовке для промышленных и бытовых целей.

АО «Комсомолец» г. Тамбов выпускает серию обратноосмотических установок мембранных рулонных для очистки воды от загрязнений, в т.ч. для очистки сточных вод гальванических производств УМР 12/10/2-ВТУ.

Наибольшее распространение для очистки сточных вод гальванических производств получили 2-х ступенчатые установки УГОС-1 и УГОС-2.

На 1-ой ступени производится концентрирование сточных вод и полученный концентрат возвращается в производство. На 2-ой ступени проводят дополнительную очистку фильтрата 1-ой ступени. Производительность установки УГОС-1 по фильтрату на 1-ой и 2ой ступенях составляет соответственно 95 и 70 л/ч.

Производительность установки УГОС-2 составляет для 1-ой ступени 630 л/ч и для 2-ой 450 л/ч.

ЗАО «Мембраны» НПП «Баромембранная технология» выпускает ультрафильтрационные и обратноосмотические установки различного назначения от установок очистки сточных вод гальванических производств серии УМГ производительностью 1-25 м3/ч до бытовых установок серии «Ручеёк».

Электроэкстракционные методы очистки – электрохимические и объемные методы (электролиз, электродиализ и электрофлотация) целесообразно использовать при больших объемах на локальных системах очистки, а общую систему очистки основывать на сочетании методов: реагентный и ионообменный, реагентный и электрофлотационный, реагентный и электродиализный.

Электродиализ примененим для обессоливания воды, очистки водных растворов др.

сред. Его широко используют в промышленности для:

• организации регенерации и рециркуляции электролитов гальванических ванн;

• очистки технологических растворов и отходящих вод или рециркуляции химических веществ на химических и металлургических заводах;

• производства питьевой воды из морской воды;

• разделения органических и неорганических кислот, очистке органических и аминокислот и т.п. в химической промышленности и др.

Метод электродиализа целесообразен для очистки локальных стоков с высокой электропроводностью.

По мнению проф. Михайлова Б.Н. использование электрокорректоров рН (это – электродиализаторы, предназначенные для получения концентрированных щелочных растворов - в катодной камере и кислых - в анодной) дает значительный экономический эффект.

В дальнейшем эти растворы могут быть использованы для приготовления электролитов обезжиривания, травления и т.п., а также для регулирования величины рН в процессах очистки растворов и сточных вод.

Электродиализаторы выпускаются многими предприятиями СНГ. Алма-атинский электромеханический завод производит электродиализаторы серии ЭДУ и ЭХО, опытное производство ИКХХВ АН Украины – серии ЭД, фирма «Эйкос» г. Москва – ЭДУП, ПО «Тамбовмаш» – «Родник» и т.д.

Локальные электродиализные двух- и трехкамерные модули как проточного, так и погружного типа выпускает АООТ «Тамбовгальванотехника» и ряд других предприятий.

6.3. Реорганизация станций очистки для получения целевых продуктов Используемая на большинстве гальванических предприятий известковая технология очистки крайне устарела. Единственный выход из этой ситуации – реорганизация работы станций очистки с целью получения целевых продуктов (ферритов, оксидов, солей и т.д.). Для очистки по ферритной технологии в качестве реагента – осадителя используют смесь гидроксидов железа, полученная в электро- и гальвано-коагуляторах (более предпочтительны по экономическим соображениям). Соединения железа Fе2+ способствуют восстановлению Сг6+ до Сг3+, а соединения Fе3+ в виде гидроксидных соединений (лепидокрокита и гетита) и оксидных (магнетита и гематита) участвуют в сорбции и коагуляции загрязнений, а также в процессах ферритообразования.

Методы утилизации отработанных растворов:

- использование их на том же производстве для других технологических нужд (рекуперация);

- переработка их для получения товарных продуктов;

- выделение из них отдельных ценных компонентов (цветные металлы, кислоты и другие вещества) и использование их на других производствах.

Альтернативой является утилизация образующихся в результате нейтрализации гидроксидов металлов, например в производстве глазурей, эмалей и стекла, т.е. переход к методам утилизации отходов обезжиривания, а также получение ферритов.

Ферриты определенного состава являются ценным сырьем для электротехнической промышленности. Они используются в производстве магнитопроводов, ферритных антенн, носителей информации и т.п.

Гидроксиды Fе2+ широко используют для восстановления Сг6+ до Сг3+.

Для регенерации растворов кислот и щелочей из солевых растворов используют электролизеров диафрагменного или мембранного типа.

В соляно- или сернокислых растворах травления стали происходит накопление ионов железа до 60-120 г/л. Регенерация их возможна путем глубокого охлаждения, при этом из раствора выпадают осадки кристаллогидратов солей железа, которые легко отделяются от раствора. Раствор после корректировки пригоден для повторного использования.

электрохимическом модуле производит пенный продукт – флотационный шлам. Он состоит из индивидуальных гидроксидов тяжелых металлов или их смеси. При локальной очистке шлам возвращают в ванну нанесения покрытия (иногда требуется его очистка от железа), либо после растворения в кислоте из него прямым электролизом может быть выделен металл в виде фольги или порошка. При очистке смешанного кисло-щелочного стока флотошлам может быть подвергнут экстракционному разделению на растворы индивидуальных металлов с последующим электролитическим выделением металлической фольги или порошка.