CC BY
480
АСТРАХАНСКИЙ ВЕСТНИК ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
№ 3 (29) 2014. с. 55-60.
УДК 621.367:502.7
МИНИМИЗАЦИЯ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Валерий Иванович Ильин Александр Фёдорович Губин
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский химико-технологический университет
имени Д.И.Менделеева» [email protected]
гальваническое производство, опасные и вредные факторы, предотвращение загрязнения окружающей среды, сточные воды,
Рассматривается проблема снижения негативного воздействия гальванического производства, которая может быть решена на основе системного подхода, организационных и технических и решений, позволяющих обеспечить очистку сточных вод от лимитируемых загрязнений, регенерацию концентрированных отходов, сбор и подготовку осадков к утилизации
MINIMIZATION OF NEGATIVE EFFECT OF ELECTROPLATING INDUSTRY ON AN
ENVIRONMENT
Valeriy Ivanovich Il’in Alexandr Fedorovich Gubin
Federal state budget educational of higher professional education «University of Chemical Technology of Russia named after D.I. Mendeleyev» [email protected]
electroplating industry, dangerous and harmful effects, pollution prevention, wastewater
The problem of electroplating a decrease of ecological hazard is discussed. The problem can be solved basing on complex approach, organizational and technical decisions making possible wastewater purification from the controlled contaminants, concentrated waste solutions regeneration, sludge collection and preparation for utilization.
Загрязнение вредными химическими веществами окружающей природной среды (поверхностных водных объектов, атмосферного воздуха и почвы) негативно сказывается на состоянии биосферы и на здоровье населения. Поэтому среди проблем охраны окружающей среды важное место занимает решение вопросов, направленных на минимизацию загрязнения природных объектов.
Интенсивное развитие хозяйственной деятельности, транспортной, промышленной инфраструктуры неизбежно оказывает воздействие на окружающую среду. Гальваническое
производство в этом смысле не являются исключением.
Применение в гальваническом производстве процессов обработки металлических и неметаллических поверхностей изделий связано с использованием большого количества разнообразных химических веществ, в том числе кислот, щелочей, солей тяжелых и цветных металлов и разнообразных органических соединений. Обширность номенклатуры необходимых химикатов связана с многообразием задач, которые решаются методами гальванохимической обработки. Это относится к приданию металлоизделию декоративного вида, к изменению свойств поверхности, например, для повышения электропроводности, обеспечения отражательной способности, повышения твердости и износостойкости, для улучшения адгезионных свойств поверхности и многих других специфических целей. Огромное количество гальванопокрытий используется для предотвращения коррозии в различных атмосферных, газовых и водных условиях [1].
То, что гальваническое производство является востребованной практически во всех отраслях промышленности: авиастроении, автомобилестроении, судостроении,
приборостроении, строительной индустрии и многих других областях техники связано с несомненными достоинствами гальванохимических покрытий.
Вместе с тем, гальваническое производство является источником физически и химически опасных вредных факторов, проявляющихся непосредственно в технологических процессах на производстве [2]. Следует отметить и то, что в силу широкого территориального распространения гальваническое производство следует отнести к источникам рассеянного загрязнения. Основными загрязняющими веществами являются соли тяжелых и цветных металлов, которые поступают в поверхностные водные объекты вместе со сточными водами, которые в зависимости от технологических процессов могут содержать высокоопасные (кадмий, свинец, молибден и др.) и опасные (никель, цианид - и хромат-ионы и др.) соединения металлов. Кроме того, сточные воды содержат загрязняющие органические вещества (нефтепродукты, поверхностно-активные вещества), обладающие кумулятивным эффектом и низкой способностью к биологическому разложению.
Повышению негативности влияния на экологическую обстановку способствует и тот факт, что гальваническое производство распылено по большому количеству предприятий различных отраслей промышленности. Часто данные производства представляет собой мелкие, технологически малоэффективные цеха и участки, как правило, не оснащенные современными средствами нанесения покрытий и тем более обезвреживания отходов. Но и на более успешных предприятиях, в основном, применяются устаревшие растворы и электролиты, которые не отвечают современным технологическим и экологическим нормам. В целях экономии средств на ряде предприятий вообще не осуществляются мероприятия по обезвреживанию сточных вод. В результате создалось положение, когда часть промышленных стоков поступает в канализационные сети населенных пунктов недостаточно очищенными, о чем свидетельствует превышение норм предельно допустимых концентраций в водах, сбрасываемые в водные объекты. В целом следует отметить, что мероприятия по снижению негативного воздействия гальванического производства на окружающую среду выполняются неудовлетворительно.
Многообразие различных проблем, связанных с организацией гальванического производства, привело к тому, что они стали объектом повышенного внимания специалистов, работающих как в области разработки новых более экологически оправданных технологий нанесения покрытий, так и специализирующихся в разработке средств очистки сточных вод. Результаты этой деятельности широко обсуждаются на конференциях, симпозиумах и семинарах, отражаются в научных публикациях.
Анализ научно-технической и патентной информации [3] позволил оценить современное состояние в исследуемой области и выявить наиболее перспективные направления работ.
К важным мерам для реализации мероприятий по снижению экологической опасности гальванического производства следует отнести необходимость использования менее вредных
химических веществ, повторное использование жидких и твердых отходов [5]. Возникающие при этом проблемы решаются разнообразными методами. Одни из них связаны с необходимостью вмешательства в технологические процессы нанесения покрытий, а другие используются на конечном этапе технологического процесса. Направления работ, проводимых в рассматриваемой области, можно условно сгруппировать в семь основных блоков:
1. Средства и методы экологического менеджмента (включает решения по совершенствованию производственных процессов, сокращению номенклатуры электролитов и растворов, сопоставление потребления с выбранным эталоном, оптимизацию состава технологических линий. Последнее достигается с помощью применения программного обеспечения и автоматизированных средств производственного контроля).
2. Снижение и контроль выноса из производственного процесса химических веществ (рассматривает решения по снижению выноса химических веществ в составе растворов и электролитов в сточные воды).
3. Сохранение параметров технологических растворов (рассматривает технологические процессы и методы удаления примесей, восстановление эксплуатационных свойств таких растворов с целью дальнейшего их использования).
4. Замещение (рассматривает различные варианты замены вредных химических веществ, электролитов и процессов на новые - менее опасные).
5. Сокращение выбросов в атмосферный воздух (рассматривает технологии, сокращающие вероятность образования таких выбросов, системы автоматизированного контроля и технологии удаления загрязняющих веществ из отходящих воздушных потоков).
6. Сокращение сбросов сточных вод (рассматривает методики контроля и технологии очистки сточных вод, которые зависят от вида присутствующих химических соединений, их фазово-дисперсного состояния, концентрации и степени очистки).
7. Обращение с отходами (рассматривает меры, снижающие унос технологических растворов, и использования регенерационных технологий).
На взгляд авторов, основной подход в решении задач по минимизации негативного воздействия гальванического производства на окружающую среду состоит в предотвращении образования отходов везде, где это возможно, за счет использования технологий, которые позволяют осуществлять утилизацию и переработку там, где эти отходы образуются. В тех случаях, когда с технической или экономической точки зрения невозможно предотвратить образование отходов, они должны быть размещены таким образом, чтобы избежать или минимизировать любое воздействие на окружающую среду.
Направления по сокращению образование отходов в гальваническом производстве можно разделить на три группы.
Первая группа связана с проведением работ службами цеха и касается только технологических операций обработки. Основная цель - уменьшить химическую опасность и содержание отдельных веществ в растворах и электролитах. Для этого работы должны быть направлены на проведение в, технически обоснованных случаях, мероприятий, входящих в блоки 1, 3 и 4:
- замена отдельных гальванических покрытий на альтернативные; к последним можно отнести диффузионные покрытия цинком и хромом, анодно-окисные покрытия, полученные методом микродугового оксидирования и другие покрытия, исключающие применение концентрированных растворов, содержащих опасные вещества;
- замена электролитов, содержащих высокоопасные вещества (кадмий, свинец) на составы с менее опасными веществами (цинк, сплавы);
- замена цианистых электролитов на бесцианистые, электролитов и растворов на основе соединений шестивалентного хрома на электролиты и растворы на основе трёхвалентного хрома. Это позволит исключить применение технологических операций, требующих одновременного применения различных технологий для их нейтрализации;
- замена электролитов на основе комплексных соединений (аммиакаты, пирофосфаты, тартраты и др.), снижающих эффективность очистки, на составы на основе простых соединений (сульфаты, хлориды). Это позволит исключить применение технологических операций, требующих одновременного применения различных технологий для их нейтрализации;
- замена высококонцентрированных растворов и электролитов на менее концентрированные;
- унификация ионного состава электролитов (например, замена фторидных и азотнокислых солей и соответствующих кислот на сульфатные или хлоридные);
- снижение в растворах и электролитах содержания органических соединений (ПАВы, блескообразующие добавки и др.), снижающих эффективность очистки;
- продление срока эксплуатации электролитов за счет применения средств и методов контроля их состава и состояния, технологических параметров гальванообработки;
- снижение содержания химических веществ в сточных водах, поступающих на очистные сооружения, за счет уменьшение количества электролитов и растворов, выносимых из технологических ванн посредством: выбора оптимальных конструкций подвесок (барабанов, сеток), устройства между технологическими и промывными ваннами козырьков с наклоном в сторону технологических ванн, встряхивания подвесок с деталями над поверхностью ванны, увеличения времени выдержки подвесок с деталями над поверхностью ванны (уменьшает вынос раствора в сточную воду в 2-3 раза).
Вторая группа связана с проведением работ службами цеха и предприятия и направлена на оптимизацию водопотребления и водоотведения. При этом потребуется дополнительное размещение технологического и очистного оборудования в гальваническом цехе. Основная цель - сократить объём, образующихся жидких отходов и содержание в них опасных химических веществ. Для этого необходимо провести мероприятия, входящие в блоки 1, 2, 6 и 7:
- продление срока эксплуатации электролитов и растворов за счёт организации процессов регенерации, рекуперации и утилизации. Процессы регенерации позволяет восстанавливать работоспособность отработанных растворов и электролитов. Процессы рекуперации позволяют возвращать часть сырья и продуктов (воду, щелочи, кислоты, металлы) из отработанных растворов для повторного их использования. Процессы утилизации позволяют получать новые виды продукции.
- сокращение расхода чистой воды на промывочные операции и образующихся
сточных вод за счёт: изменения последовательности операций промывки изделий,
вторичного использования воды для промывки менее ответственных операций, организации периодически непроточного режима работы промывных ванн, увеличения количества ступеней промывки;
- снижение содержания химических веществ в сточных водах, поступающих на очистные сооружения за счет дополнительного размещения ванн улавливания и размещения в них устройств (например, электромембранных), позволяющих выделять ионы металлов и анионы солей в виде, пригодном для возврата в технологическую ванну; организации процессов по локальной очистке сточных вод с выделением химических продуктов (металлы, кислота, щелочь) в виде, пригодном для утилизации в других видах производств, в том числе воды для организации водооборота.
Третья группа связана с проведением работ службами предприятия и направлена на сокращение опасных химических веществ, поступающих вместе со сточными водами, в водные объекты. Для этого потребуется замена устаревшего или дополнительное размещение современного очистного оборудования на очистных сооружениях.
Основные цели - очистка сточных вод от токсичных веществ до установленных нормативов, концентрирование и перевод соединений из жидкого в пастообразное состояние, сбор и подготовка гальваношламов к их утилизации. Для этого необходимо провести мероприятия, входящие в блоки 1 и 7:
- организация систем очистки сточных вод от различных примесей (ионы металлов, органические примеси) с использованием средств и методов (например, электрохимических) с наименьшим уровнем сложности, менее чувствительных к ошибкам, обеспечивающих санитарную очистку до установленных норм без применения технологии очистки сточных вод, базирующих на методе ионного обмена и мембранных процессах, использование которых связано с дополнительным образованием концентрированных жидких отходов и требующих дальнейшей переработки;
- внедрение средств и методов кондиционирования и обезвоживания гальваношламов в виде, пригодном для утилизации;
- внедрение средств и методов контроля технологических и качественных параметров очистки сточных вод и обработки гальваношламов.
Таким образом, следует подчеркнуть, что для реализации вышерассмотренных мер необходимо применять системный анализ и решать проблему снижения экологической опасности конкретного гальванического производства с учетом его специфики и вышеизложенных пожеланий.
Анализ научно-технической информации показывает, что приоритетными направлениями в рассматриваемой области для России и стран Европейского Союза (ЕС) являются совершенствование технологических процессов обработки поверхности и нанесения покрытий.
По сравнению со странами ЕС, где вопросами рационального водопотребления занимаются достаточно давно, для России актуальным является сокращение количества сточных вод, образующихся в результате деятельности гальванического производства.
Кроме того, в странах ЕС действуют менее жесткие нормативы допустимого воздействия на окружающую среду, чем в России и их число ограничено, и действует развитая мониторинговая система контроля за гальваническими отходами, что обеспечивает повсеместное исполнение установленных требований. В совокупности эти меры позволили улучшить экологическую ситуацию в странах Европы.
В нашей стране нормируются тысячи веществ, достижение которых в рамках существующих технологий практически невозможно, а санкции за нарушения в области экологии минимальны, что негативно сказывается на заинтересованности предприятий в проведении природоохранных мероприятий.
С целью изменения ситуации предлагается внести в законодательство ряд изменений, касающихся нормирования воздействия на окружающую среду за счёт внедрения так называемых наилучших существующих технологий, то есть технологий, основанных на последних достижениях науки и техники, направленные на снижение негативного воздействия на природу, которые экономически доступны и практически внедрены на нескольких предприятиях. При этом законодательством задаются не сами технологии, а задаются нормативы выбросов и сбросов на единицу продукции, соответствующие наилучшим технологиям, то есть для предприятий создается цель, к которой они реально могут стремиться [4].
Следует отметить, что в странах ЕС, уже начиная с 1996 г., внедрение подобных технологий является обязательным требованием.
Таким образом, реализация вышеуказанных мероприятий позволит минимизировать негативное воздействие гальванического производства на окружающую среду
Литература
1. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство / Под. ред. проф. В.Н. Кудрявцева. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Глобус, 2002. - 352 с.
2. ГОСТ Р 12.3.008-75. Производство покрытий металлических и неметаллических неорганических. Общие требования безопасности. - М.: Изд-во стандартов, 2000. - 13 с.
3. Ильин В.И., Губин А.Ф., Колесников В.А. Минимизация образования опасных химических жидких отходов в гальванотехнике (обзор) // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. - 2011. -
№ 1. - С. 29-42.
4. О комплексе мер по улучшению экологической обстановки в России [Интернет ресурс]. - URL: http ://premier. gov. ru/events/news/14655).
5. Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics. - European Communities, 2006. - 582 p.
