Методи знезаражування відходів гальванічного виробництва .

Однією з актуальних проблем охорони навколишнього середовища є утилізація та обеззаражування виробничо-технологічних відходів, в частковості відходів та осадків стічних вод гальвановиробництв. На практиці використовують хімічні та фізико-хімічні методи нейтралізації токсичних гальваношламів з наступним переводом їх в твердий стан та інертну масу.

Одним з ефективних є метод отвердіння відходів з використанням мінерального в’яжучого та спеціального хелотоутворюючих комплексонів. Іони, або окремі атоми іонів і молекул лігандів мають неподілені пари електронів. Центральний іон або атом називається комплексоутворювачем, а іони або молекули, які він координує – лігандами. В залежності від того, яке число вакантних орбіталей у комплексоутворювача займають ліганди, вони діляться на монодентантні (одна орбіталь) бідентантні, полідентантні. Комплексонами є клас сполук. Бі- і полідентантні ліганди при взаємодії з комплексоутворювачами створюють замкнені цикли, які називають хелатними, тому і комплекси з бі- і полідентантними лігандами називають хелатними. Хелатоутворювачи комплексони утворюють з важкими металами нерозчинні нетоксичні хімічні сполуки. Мінеральне в’яжуче міцно зв’язує хімічні комплекси, що утворилися, в структуру формуючої консолідованої маси, яка перешкоджає міграції шкідливих інгредієнтів в оточуюче середовища.

Маса, що затвердла, інертна до об’єктів навколишнього середовища і не підвернена біохімічній деструкції. В цілях встановлення ефективності такого підходу було проведено ряд досліджень.

Об’єктом дослідження став гальваношлам, який утворився при очистці стічних вод гальвановиробництв. Він представляв собою пастообразну масу від темно-сірого кольору до темно-коричневого щільністю 1,16-1,24 г/см³ та вологістю (в перерахунку на незв’язану воду) – 28-36 %, рН = 3,2-7,9.

Шлам містив важкі метали, висококолоїдальну бентонітову глину та дрібнодисперсний пісок, розміром до 100 мкм. Кількість фізичної глини коливається від 2 до 8 %, піску в перерахунку на SіО₂ - від 14 до 20 %, решта приходиться на важкі метали та сольові фракції, головним чином хлориди та сульфати, органічні сполуки майже відсутні (вміст < 0,012 мг/кг). В гальваношламах в значних кількостях містяться важкі метали

В якості знешкоджувального складу використовували портландцемент марки 500 та хелатоутворювачі комплекси НТФ та ПВА.

Обробку гальваношламів проводили наступним образом. Спочатку в нього вводили портландцемент, потім добавляли технічну воду в кількості, яка забезпечувала отримання співвідношення води до цементу В/Ц = 0,55. Масу ретельно перемішували в продовж 3-5 хв., після чого вводили розраховану кількість хелатоутворювачого комплексона при перемішуванні маси в продовж 2-3 хв. Реагент НТФ вводили у вигляді 1 % водного розчину, а реагент ПВА – у вигляді 9 % водної суспензії. Оброблений таким чином гальваношлам заливали в спеціально приготовлені металеві форми для наступного затвердіння.

Твердіння проходило на повітрі в натуральних умовах при температурі близько 4 ^оС. Відповідно через 7, 14, 21, 28 та 56 діб зразки поміщали у воду для вивчення міграції з них важких металів та оцінки токсичності водневого середовища. Кожен зразок після відповідного терміна твердіння видержували у воді 7, 14, 21, 28 та 56 діб для вивчення динаміки видалення з нього забруднювачів (важких металів) та оцінки дезінтегруючої здатності затверділих мас. По результатам випробувань була встановлена оптимальна рецептура знешкоджувального складу та мінімально можливі терміни твердіння, які забезпечують досягнення необхідної глибини обеззаражування. Найбільша глибина обеззаражування гальваношламів досягається при введенні 170 % портландцементу (по масі). Вивчення динаміки видалення важких металів з шламів, які затверділи, показало, що після 28 діб твердіння міграція забруднювачів з зразків більше не спостерігається. Дослідження впливу кількості хелатоутворювачого комплексона, яка вводиться у мінеральне в’яжуче, показали, що необхідна глибина знешкодження досягається при введенні 2 % реагенту ПВА або 1,5 % реагенту НТФ (в перерахунку на суху речовину). При одночасному введенні обох реагентів оптимальним значенням слід вважати співвідношення ПВА: НТФ = 1: 2. Експериментально встановлено, що загальна маса хелатоутворюючих комплексонів складає 1,2 % маси гальваношламу. Поелементний аналіз важких металів, які були видалені з затверділих гальваношламів, свідчить про їх незначну міграцію, їх вміст в полютанті на декілька порядків нижче допустимого відповідними нормативними документами. Запропонована технологія обеззаражування гальваношламів, яка орієнтована на типове будівельне обладнання, - це багатостадійний процес, основними стадіями якого є:

- завантаження гальваношламів з контейнерів у бункер-дозатор спеціальної мірної ємності;

- завантаження гальваношламів з бункера-дозатора мірної ємності у змішувач;

- введення у змішувач портландцементу;

- дозування введення у змішувач технічної води та розчинів комплексонів;

- перемішування завантаженої маси у змішувачі;

- вивантаження обробленої маси у спеціальні форми для наступного затвердіння, які установлюють на технологічній площі для зберігання обеззаражених відходів;

- твердіння відходів в продовж заданого часу.

Технологічний шлам збирається в металевий контейнер об’ємом 1,0 м³, потім перевозиться на вузол обробки, його завантажують в бункер-дозатор мірної ємності. Після завантаження гальваношламом мірної ємності до необхідного об’єму (3 м³) останній подається в змішувач, робочим органом якого є мішалка рамного типу.

Потім в змішувач послідовно подається портландцемент з бункер-накоплювача технічна вода та розчини комплексонів. Портландцемент вводиться за допомогою шнекового споживача-дозатора, а вода та розчини добавок відповідно насосами.

Суміш, яка знаходиться в змішувачі перемішується в продовж 5-10 хв., а потім вивантажується через спеціальний люк в ємності для затвердіння маси. Заповнені ємності транспортують на спеціальні площі, де вони знаходяться в продовж необхідного технологічного часу. Через визначений час затверділа маса вивозиться на полігони твердих побутових відходів.

Розроблений метод володіє високою екологічною ефективністю та забезпечує надійне обеззараження гальваношламів, дозволяє перетворити їх у безпечну для навколишнього середовища масу.

 

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ БІЛЕТ № 24______

1. Методи знезаражування відходів гальванічних виробництв

Однією з актуальних проблем охорони навколишнього середовища є утилізація та обеззаражування виробничо-технологічних відходів, в частковості відходів та осадків стічних вод гальвановиробництв. На практиці використовують хімічні та фізико-хімічні методи нейтралізації токсичних гальваношламів з наступним переводом їх в твердий стан та інертну масу.

Одним з ефективних є метод отвердіння відходів з використанням мінерального в’яжучого та спеціального хелотоутворюючих комплексонів. Іони, або окремі атоми іонів і молекул лігандів мають неподілені пари електронів. Центральний іон або атом називається комплексоутворювачем, а іони або молекули, які він координує – лігандами. В залежності від того, яке число вакантних орбіталей у комплексоутворювача займають ліганди, вони діляться на монодентантні (одна орбіталь) бідентантні, полідентантні. Комплексонами є клас сполук. Бі- і полідентантні ліганди при взаємодії з комплексоутворювачами створюють замкнені цикли, які називають хелатними, тому і комплекси з бі- і полідентантними лігандами називають хелатними. Хелатоутворювачи комплексони утворюють з важкими металами нерозчинні нетоксичні хімічні сполуки. Мінеральне в’яжуче міцно зв’язує хімічні комплекси, що утворилися, в структуру формуючої консолідованої маси, яка перешкоджає міграції шкідливих інгредієнтів в оточуюче середовища.

Маса, що затвердла, інертна до об’єктів навколишнього середовища і не підвернена біохімічній деструкції. В цілях встановлення ефективності такого підходу було проведено ряд досліджень.

Об’єктом дослідження став гальваношлам, який утворився при очистці стічних вод гальвановиробництв. Він представляв собою пастообразну масу від темно-сірого кольору до темно-коричневого щільністю 1,16-1,24 г/см³ та вологістю (в перерахунку на незв’язану воду) – 28-36 %, рН = 3,2-7,9.

Шлам містив важкі метали, висококолоїдальну бентонітову глину та дрібнодисперсний пісок, розміром до 100 мкм. Кількість фізичної глини коливається від 2 до 8 %, піску в перерахунку на SіО₂ - від 14 до 20 %, решта приходиться на важкі метали та сольові фракції, головним чином хлориди та сульфати, органічні сполуки майже відсутні (вміст < 0,012 мг/кг). В гальваношламах в значних кількостях містяться важкі метали

В якості знешкоджувального складу використовували портландцемент марки 500 та хелатоутворювачі комплекси НТФ та ПВА.

Обробку гальваношламів проводили наступним образом. Спочатку в нього вводили портландцемент, потім добавляли технічну воду в кількості, яка забезпечувала отримання співвідношення води до цементу В/Ц = 0,55. Масу ретельно перемішували в продовж 3-5 хв., після чого вводили розраховану кількість хелатоутворювачого комплексона при перемішуванні маси в продовж 2-3 хв. Реагент НТФ вводили у вигляді 1 % водного розчину, а реагент ПВА – у вигляді 9 % водної суспензії. Оброблений таким чином гальваношлам заливали в спеціально приготовлені металеві форми для наступного затвердіння.

Твердіння проходило на повітрі в натуральних умовах при температурі близько 4 ^оС. Відповідно через 7, 14, 21, 28 та 56 діб зразки поміщали у воду для вивчення міграції з них важких металів та оцінки токсичності водневого середовища. Кожен зразок після відповідного терміна твердіння видержували у воді 7, 14, 21, 28 та 56 діб для вивчення динаміки видалення з нього забруднювачів (важких металів) та оцінки дезінтегруючої здатності затверділих мас. По результатам випробувань була встановлена оптимальна рецептура знешкоджувального складу та мінімально можливі терміни твердіння, які забезпечують досягнення необхідної глибини обеззаражування. Найбільша глибина обеззаражування гальваношламів досягається при введенні 170 % портландцементу (по масі). Вивчення динаміки видалення важких металів з шламів, які затверділи, показало, що після 28 діб твердіння міграція забруднювачів з зразків більше не спостерігається. Дослідження впливу кількості хелатоутворювачого комплексона, яка вводиться у мінеральне в’яжуче, показали, що необхідна глибина знешкодження досягається при введенні 2 % реагенту ПВА або 1,5 % реагенту НТФ (в перерахунку на суху речовину). При одночасному введенні обох реагентів оптимальним значенням слід вважати співвідношення ПВА: НТФ = 1: 2. Експериментально встановлено, що загальна маса хелатоутворюючих комплексонів складає 1,2 % маси гальваношламу. Поелементний аналіз важких металів, які були видалені з затверділих гальваношламів, свідчить про їх незначну міграцію, їх вміст в полютанті на декілька порядків нижче допустимого відповідними нормативними документами. Запропонована технологія обеззаражування гальваношламів, яка орієнтована на типове будівельне обладнання, - це багатостадійний процес, основними стадіями якого є:

- завантаження гальваношламів з контейнерів у бункер-дозатор спеціальної мірної ємності;

- завантаження гальваношламів з бункера-дозатора мірної ємності у змішувач;

- введення у змішувач портландцементу;

- дозування введення у змішувач технічної води та розчинів комплексонів;

- перемішування завантаженої маси у змішувачі;

- вивантаження обробленої маси у спеціальні форми для наступного затвердіння, які установлюють на технологічній площі для зберігання обеззаражених відходів;

- твердіння відходів в продовж заданого часу.

Технологічний шлам збирається в металевий контейнер об’ємом 1,0 м³, потім перевозиться на вузол обробки, його завантажують в бункер-дозатор мірної ємності. Після завантаження гальваношламом мірної ємності до необхідного об’єму (3 м³) останній подається в змішувач, робочим органом якого є мішалка рамного типу.

Потім в змішувач послідовно подається портландцемент з бункер-накоплювача технічна вода та розчини комплексонів. Портландцемент вводиться за допомогою шнекового споживача-дозатора, а вода та розчини добавок відповідно насосами.

Суміш, яка знаходиться в змішувачі перемішується в продовж 5-10 хв., а потім вивантажується через спеціальний люк в ємності для затвердіння маси. Заповнені ємності транспортують на спеціальні площі, де вони знаходяться в продовж необхідного технологічного часу. Через визначений час затверділа маса вивозиться на полігони твердих побутових відходів.

Розроблений метод володіє високою екологічною ефективністю та забезпечує надійне обеззараження гальваношламів, дозволяє перетворити їх у безпечну для навколишнього середовища масу.