В данной работе изложены результаты исследований по глубокой очистки сточных вод завода холодильного оборудования.

Сточные воды производства образуются на стадии водной промывки металлических изделий, подвергаемых производственной операции одновременного обезжиривания и фосфатирования путем распыления растворов. При обработке изделий, изготовленных из оцинкованного стального листа, оборотный моюще-фосфатирующий рабочий раствор загрязняется, в основном, цинком и железом.

Для удаления остатков рабочего раствора обработанные изделия подвергаются двухстадийной водной промывке. Вначале осуществляется промывка умягченной водой, пропущенной через катионитовую ионообменную смолу, а затем деионизированной водой, пропущенной через катионитовую и анионитовую смолы. С целью уменьшения расхода воды обе промывки осуществляются в замкнутых оборотных циклах. Однако из-за остатков рабочего раствора на промываемых изделиях происходит постоянное загрязнение оборотных промывных растворов, в первую очередь, в танке-емкости с умягченной водой, а затем и в танке с деионизированной водой. Поэтому, часть промывных вод периодически выводится из цикла и поступает на заводские очистные сооружения. На очистку поступают также сливные воды при мокрой уборке производственных помещений.

Исследованиями установлено, что загрязняющие примеси находятся в сточных водах, преимущественно, в виде растворимых метафосфатов Zn(H₂PO₄)₂ и Fe(H₂PO₄)₂, а также натриевых солей фосфорной кислоты. Для осаждения загрязняющих примесей нами предложено использовать хлористый кальций. Процесс осаждения происходит в соответствии с реакциями:

Zn(H₂PO₄)₂+CaCl₂Zn(CaPO4)₂+4HCl
Fe(H₂PO₄)₂+2CaCl₂Fe(CaPO4)₂+4HCl
2Na₃PO₄+6CaCl₂Ca₃(PO4)_2+6NaCl

Для нейтрализации избыточной кислотности сточные воды обрабатываются раствором каустика (едким натром) до рН 8 – 9. Слабощелочная среда способствует дополнительному осаждению ионов металлов в виде труднорастворимых гидроксидов. Поскольку для полноты осаждения загрязняющих примесей хлорид кальция подается с небольшим избытком, то для снижения жесткости очищаемой воды и формирования легкоотстаивающегося,  хорошо фильтруемого осадка на заключительной стадии очистки сточные воды обрабатывают раствором кальцинированной соды:

CaCl₂+Na₂CO₃2NaCl+CaCO₃

Выпадающий при этом карбонат кальция способствует укрупнению ранее образовавшихся осадков и адсорбирует на своей поверхности ионы цинка.

Выбор метода очистки зависит от состава и режима поступления сточных вод, концентрации загрязнений, необходимости и возможности повторного использования очищенной воды.

В лабораторных условиях нами опробовано  несколько технологических вариантов  очистки сточных вод от цинка. Наиболее эффективным оказался процесс осаждения цинка из кислых сточных вод в две стадии: вначале сточные воды обрабатывали растворами гидроксида натрия и хлорида кальция, затем раствором карбоната натрия. Дозированный расход карбоната натрия позволяет точно регулировать рН осаждения, добиваясь наибольшей полноты осаждения цинка при рН 9,0-10,0. Осаждение цинка  проводили  при комнатной температуре из кислого раствора, содержащего 100мг/л  Zn2+ , рН=3,0. Количество очищаемого раствора во всех опытах брали равным 3000мл, температура осаждения 20оС. Ориентировочные расходы реагентов определяли в соответствии со стехиометрией протекаемых при очистке реакций. Остаточное содержание цинка в очищенных растворах определяли методом  атомно-абсорбционной спектроскопии. Данные  результатов анализа представлены в таблице.

Таблица
Зависимость остаточного содержания цинка в сточной воде от расхода

Промышленные испытания предложенного технологического решения подтвердили целесообразность применения реагентной очистки сточных вод от цинка.

Сточные воды с промывными водами, периодически по мере накопления откачиваются  насосом в емкость 1  стабилизирования и первичного осаждения фосфатов, где происходит их гомогенизация и снижение гидравлической нагрузки до уровня, необходимого для системы очистки. В эту ёмкость насосом-дозатором подается рабочий раствор хлорида кальция для образования труднорастворимых смешанных фосфатов цинка, железа и кальция. Для избежания осаждения осадка на дно и стенки резервуара, а также для перемешивания сточных вод, в емкость  постоянно подается через диффузоры  сжатый воздух из заводской пневмосистемы. При поддержании постоянного потока сточные воды откачиваются насосом в следующую секцию системы и поступают в емкость 2 для корректировки рН. Сюда подается насосом-дозатором рабочий раствор гидроксида натрия для нейтрализации стоков и корректировки водородного показателя рН в пределах 8-9. В емкость 3 подается насосом-дозатором рабочий раствор карбоната натрия. Подача соды снижает жесткость очищаемой воды и способствует формированию  легкоотстаивающегося осадка. В тех случаях, когда наблюдается частичное выпадение осадка в емкости 3 из-за недостаточности перемешивания, целесообразно перевести подачу карбоната натрия непосредственно в емкость 4, которая снабжена диффузорами для постоянной подачи сжатого воздуха. Аэродинамическое перемешивание пульпы предотвращает выпадение осадка в емкости 4 и способствует окислению Fe(II) в Fe(III), что снижает содержание железа в стоках до сотых долей мг/литр. Из емкости 4 пульпа самотеком поступает в отстойник-осадитель, где происходит осветление очищенных сточных вод, то есть выпадение осадка на конусном дне отстойника. Осветленные стоки по переферийному сливу поступают в емкость 5, служащую сборникрм, из которого,  в соответствии с показаниями уровнемера очищенная вода через контрольный песчанный фильтр откачивается для повторного использования в качестве промывных вод и приготовления моюще-фосфатирующих растворов.

Выпавший в отстойнике осадок периодически взмучивается со дна воздухо-подающим насосом и через коллектор поступает в фильтрационный пакет 6, включающий три мешочных фильтра. После заполнения мешочных фильтров на две трети осуществляется их замена. Получаемый осадок не содержит примесей тяжелых металлов и других токсичных примесей и подвергается утилизации совместно с другими производственными отходами.

С целью предотвращения загрязнения осадком очищенных сточных вод, последние обязательно должны проходить через контрольный песчаный фильтр.

Важным фактором очистки является то, что можно не только обезвредить и  извлечь из промышленных стоков загрязняющие вещества, но и вернуть очищенные воды в производство для повторного их использования, что значительно снижает себестоимость основной продукции предприятия.

Разработанный способ [1] позволил очистить сточные воды от цинка до тысячных долей мг/л., что соответствует современным требования «Водоканала», который  ограничивает содержание цинка при сбросе  сточных вод в канализацию тысячными долями мг (0,003 мг/л).

Список использованной литературы

1. Куценко С.А., Хрулева Ж.В. Способ очистки кислых сточных вод от цинка /Патент РФ № 2294316 от 27.02.2007, Бюл. № 6.
Ж.В. Хрулева, С.А. Куценко

www.newchemistry.ru