В настоящее время одной из наиболее актуальных экологических проблем является предотвращение загрязнения водных объектов, в первую очередь поверхностных водоемов, промышленными сточными водами, содержащими токсичные металлы. Как известно, металлосодержащие сточные воды образуются на промышленных предприятиях в результате технологической обработки различного сырья, материалов и изделий из них. В табл. 1 приведены основные источники образования металлосодержащих сточных вод и дана их общая характеристика. Металлосодержащие сточные воды образуются также на предприятиях цветной металлургии, на заводах по производству аккумуляторов, на некоторых нефтеперерабатывающих производствах, предприятиях транспорта и сферы услуг. Металлосодержащие сточные воды перед сбросом в коммунальную систему водоотведения или непосредственно в водоем подлежат глубокой очистке, поскольку концентрация металлов в них лимитируется нормативными показателями. Очистка промышленных сточных вод производится на локальных или централизованных очистных сооружениях. Другие процессы (электродиализ, электрохимическая сепарация, электромагнитное фильтрование, экстракция и др.) в локальных системах применяются достаточно редко, хотя при очистке сточных вод от некоторых операций гальванопокрытия они могут оказаться достаточно эффективными и экономичными. При выборе наиболее рациональной технологии локальной очистки сточных вод следует учитывать качество воды, используемой на промывные операции, состав и концентрацию примесей в воде после ее использования, расход промывных вод, а также режимы водопотребления и водоотведения в локальной системе. В последнее время наметилась тенденция применения комплексных схем локальной очистки стоков. Например, химическое или электрохимическое осаждение тяжелых металлов с доочисткой при помощи обратного осмоса или ионного обмена. Это позволяет продлить срок службы мембран и ионообменных материалов, значительно увеличить межрегенерационный период. На большинстве действующих очистных сооружений страны предусматривается централизованная очистка общего стока гальванического производства с предварительной обработкой хромсодержащих, циансодержащих вод и вод, содержащих комплексные ионы тяжелых металлов. Локальные системы, преимуществом которых является возможность утилизации или регенерации ценных металлов, менее распространены в связи с высокой стоимостью, энергоемкостью и сложностью эксплуатации. Применение локальных систем должно быть технически и экономически обосновано и, как показывают расчеты и практический опыт, они наиболее выгодны, когда имеется возможность выделить из общего стока локальные потоки с ценными и благородными металлами или особо токсичными примесями. Во многих случаях централизованные очистные сооружения, дополненные локальными установками обработки некоторых категорий сточных вод, позволяют на современном уровне решать большинство технологических, экологических и экономических проблем водного хозяйства гальванических производств. На централизованных очистных сооружениях производится очистка промывных сточных вод от примесей после операций, для которых не предусмотрены локальные системы очистки, недостаточно очищенных стоков после локальных установок, а также сточных вод от мойки оборудования и помещений гальванического производства. Централизованные очистные сооружения гальванических производств можно классифицировать таким образом: ❏ по гидравлическим условиям работы — проточные, непроточные или же комбинированные; ❏ по режиму работы — непрерывно или периодически работающие; ❏ по степени разделения категорий сточных вод — с полным разделением потоков (хромсодержащие, кислотно-щелочные, циансодержащие, содержащие комплексные соединения и др.), с частичным разделением потоков (общий сток и циансодержащие стоки), без разделения потоков (при отсутствии циансодержащих стоков); ❏ по характеру работы в системе водного хозяйства — работающие в прямоточной системе, работающие в оборотной (частично замкнутой) системе, в системе с повторным использованием воды, или работающие в полностью замкнутой (бессточной) системе; ❏ по месту сброса очищенных сточных вод — со сбросом в производственную канализацию, со сбросом в городскую канализацию, со сбросом в водоем; ❏ по схеме очистки — одноступенчатые и многоступенчатые, с обессоливанием воды и без него, реагентные, малореагентные и безреагентные; ❏ по применяемой технологии очистки — нейтрализационные, химической очистки, физико-химической очистки, биологической очистки или же с комбинированной технологией. Выбор типа централизованных очистных сооружений производится на основе технико-экономического сравнения различных вариантов с учетом количества и состава сточных вод, требований к качеству очищенной воды и уровня квалификации обслуживающего персонала. В настоящее время отечественными и зарубежными фирмами наряду с традиционными предлагается несколько принципиально отличающихся друг от друга новых технологических и технических решений по централизованным очистным сооружениям гальванических производств. Основаны эти решения на применении в технологии очистки следующих процессов: тонкослойного отстаивания; флотации; магнитного фильтрования; электрокоагуляции; электролиза; электрокоагуляциифлотации; гальванокоагуляции; ферритизации; фильтрованиячерез плавающие загрузки; мембранного фильтрования (ультрафильтрации и обратного осмоса); электрокорректирования рН; нейтрализации диоксидом углерода и др.Каждое из этих технологических и технических решений имеет свою наиболее рациональную область применения при реконструкции, модернизации или новом строительстве централизованных очистных сооружений. При выборе технического решения по очистке сточных вод необходимо также учитывать условия переработки отработанных технологических растворов и электролитов, а также образующихся при очистке газообразных, жидких и твердых отходов. На данный момент наиболее распространенный способ — реагентный метод очистки металлосодержащих сточных вод. При такой очистке одним из обязательных условий является разделение потоков отводимых стоков на кислотно-щелочные (общий сток) и хромсодержащие. Очистка проводится двумя потоками. Хромсодержащие стоки поступают в предназначенный для них усреднитель-накопитель, из которого насосом подаются на обработку в химические реакторы. В первом реакторе стоки подкисляются, затем самотеком поступают в следующий, в котором обрабатываются реагентом-восстановителем, чаще всего бисульфитом натрия. Реагенты подаются при помощи насосов-дозаторов из соответствующих расходных емкостей. Кислотно-щелочные сточные воды собираются в отведенном для них усреднителе-накопителе. Из усреднителя с помощью насоса стоки подаются в химический реактор, в который поступают также хромсодержащие сточные воды после восстановления шестивалентного хрома до трехвалентного. В данном реакторе смесь сточных вод подщелачивается (обычно до рН = 9,5–9,8) раствором щелочи, который подается насосом из соответствующей расходной емкости. Затем стоки общим потоком отводятся в химический реактор, в котором обрабатываются флокулянтом, который дозируется насосом из соответствующей емкости для интенсификации процесса отстаивания сточных вод. Из этого реактора стоки поступают в отстойник, в котором происходит осаждение малорастворимых соединений тяжелых металлов. После отстаивания осветленная вода отводится на глубокую доочистку в блок разделения фаз, в качестве которого могут применяться фильтры с различными фильтрующими загрузками. Перед сбросом очищенной воды в систему водоотведения производится корректирование рН очищенных стоков в химическом реакторе путем дозирования насосом раствора кислоты из соответствующей емкости. Так же как и хромсодержащие стоки, отдельно обрабатываются и циансодержащие сточные воды. При наличии таких вод первоначально производится обезвреживание цианидов в щелочной среде, а затем — совместная их очистка с другими категориями стоков. Обработка образующихся в процессе очистки сточных вод осадков производится на узле обезвоживания в составе насоса подачи осадка, ресивера и фильтр-пресса. Существенным недостатком реагентной технологии очистки металлосодержащих сточных вод является значительное повышение солесодержания очищенной воды из-за большого количества и высоких доз применяемых реагентов. Поэтому очищенная вода не может повторно использоваться в системе водоснабжения гальванического производства без дорогостоящего предварительного обессоливания. На многих российских предприятиях сейчас внедряется электрохимическая технология очистки металлосодержащих сточных вод. В отличие от реагентной очистка сточных вод электрохимическим методом не требует разделения сточных вод, кроме циансодержащих, на отдельные потоки в зависимости от их состава. Отвод сточных вод производится общим коллектором. В соответствии с технологической схемой сточные воды поступают в усреднитель-накопитель. Из усреднителя насосом стоки подаются на установку электрохимической очистки, в которой осуществляется восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного в результате электрохимического растворения стальных электродов, образование малорастворимых соединений тяжелых металлов при подщелачивании стоков, осветление воды отстаиванием или флотацией с последующей доочисткой фильтрованием. Очищенная вода с целью снижения рН до нейтральных значений обрабатывается в емкости-нейтрализаторе кислотой или углекислым газом, поступающим от специального узла, после чего часть ее сбрасывается в систему водоотведения, а часть возвращается для использования в гальваническое производство. Осадок и промывная вода фильтра накапливаются в специальной емкости, из которой насосом подаются в уплотнитель осадка. Уплотненный осадок обрабатывается на узле обезвоживания в составе насоса осадка, ресивера и фильтр-пресса. Применение электрохимических процессов для восстановления шестивалентного хрома позволяет создавать компактные установки и применять для разделения фаз такие процессы, как флотация. За счет этого значительно сокращается площадь и необходимый объем помещений, отводимых под очистные сооружения. При использовании электрохимического метода очистки сточных вод не происходит значительного вторичного засоления воды. Поэтому 50–90 % очищенной воды может быть вновь использовано в производстве на неответственные технологические операции. Технологические схемы очистки металлосодержащих сточных вод, которые применяются для гальванических производств, могут быть адаптированы и для предприятий других отраслей промышленности. В заключение следует отметить, что в настоящее время в связи с практическим отсутствием нового строительства гальванических производств актуальной проблемой является реконструкция и модернизация действующих очистных сооружений. Такая реконструкция должна обеспечить требуемую производительность очистных сооружений и нормативные показатели качества очищенной воды при наименьшей себестоимости очистки. Немаловажным критерием является надежность работы реконструированных сооружений, что также следует учитывать при выборе новых технологических и технических решений, предлагаемых для реализации.