Обезвреживание сточных вод в цехах химической и электрохимической обработки поверхности металлов

Общие сведения

В нашей стране уделяется должное внимание обезвреживанию ядовитых электролитов, вплоть до полной их замены. Наиболее сильными ядами являются ионы циана и шестивалентного хрома. Оба они широко применяются в промышленности как для нанесения гальванических покрытий, так и для других видов химической и электрохимической обработки: травления, полирования (химического и электрохимического), хроматирования, оксидирования и др. Взамен ядовитых цианистых электролитов было предложено большое число менее ядовитых или неядовитых, однако их нельзя рассматривать, как полноценные заменители. По данным зарубежной литературы, только пирофосфатные медные электролиты по своим технологическим показателям приближаются к цианистым.
Однако не только анионы (циан и шестивалентный хром) следует рассматривать как яды; ионы меди, цинка, железа, кадмия и других металлов, правда, в больших количествах, попадая в водоемы, отравляют рыбу.
Часто необходимо нейтрализовать сточные воды, имеющие кислую реакцию, например от травильных растворов, которая препятствует проведению биологической очистки проточных вод, нейтрализация обычно сопровождается выпадением гидроокисей металлов.
Таким образом, понятие «обезвреживание сточных вод» не следует рассматривать как замену ядовитых электролитов неядовитыми, так как сточные воды имеются в том и другом случае. Под «сточными водами» подразумеваются такие воды, которые изменили свои физические, химические и биологические свойства в результате их использования. При спуске сточных вод в канализационную систему необходимо соблюдать большую осторожность, так как в процессе эксплуатации они могут привести к повреждению канализационной сети. Кислые или концентрированные растворы солей растворяют или разрушают бетонные трубы. При длительном воздействии канализационная сеть постепенно разрушается. Поэтому сточные воды перед спуском следует обязательно нейтрализовать или разбавлять.
Для охраны здоровья работающих ванны, из которых выделяются вредные газы или пары, оборудуют достаточно мощной вентиляцией.
Спускать сточные воды, содержащие ядовитые вещества, следует по возможности равномерно. Быстрый спуск концентрированных растворов гальванических ванн или отработанных травильных растворов может привести к существенным разрушениям канализационной системы.
При определении максимально допустимых концентраций загрязнений в сточных водах решающую роль играет количество подводимой к стоку воды и распределение во времени сточных вод. Рекомендуется устанавливать уравнительные бассейны достаточных размеров, которые служат для сбора сточных вод, поступающих сразу в большом количестве. Из этого бассейна сточные воды спускают медленно после предварительного смешения с разбавленными промывными водами. При этом следует учитывать, что в определенный сток поступают сточные воды от большого числа крупных и мелких предприятий.
Если на несколько предприятий приходится один единственный сток, то необходимо определять состав сточных вод. Соединение ядовитых веществ от различных предприятий, которые сами по себе безвредны, может привести к повышению максимально допустимых концентраций.
Обычно сточные воды стремятся спускать такой степени чистоты, которая не вредит растительному и животному миру естественных водоемов. Вода из этих водоемов после спуска туда сточных вод должна быть пригодной для использования населением в быту и в промышленности.
Установить общие допустимые концентрации различных ядовитых веществ в сточных водах почти невозможно. Ниже приведены концентрации и (мг/л) различных ядовитых веществ, которые уничтожают рыб.

Ртуть
Медь
Цинк
Железо
Кадмий
Никель
Калий
Кобальт
Марганец     
Магний
Кальций
Натрий
Циан
Хромовая кислота
Гипохлорит
0,29
3,3
8,4
14,0
17,0
128
100
125
300
1500
2400
24170
0,1
1,0
0,15

Эти данные носят относительный характер, так как различные виды рыб по разному сопротивляются ядовитым веществам. Так, форель погибает уже при содержании 0,1 мг/л меди, а органические существа, необходимые для питания рыб, умирают при еще более низких концентрациях ядов.
Приведенные концентрации являются смертельными, поэтому допустимые концентрации должны быть намного меньше.
Наиболее опасный яд — свободный циан и циан, входящий в состав цианистых комплексов, ядовитость которых понижается по мере увеличения прочности этих комплексов. Так, например, циан, входящий в состав желтой кровяной соли, считается почти безвредным, в то же время как легко разлагающиеся цианиды цинка и кадмия столь же ядовиты, как свободный циан. Промывные воды гальванических ванн содержат обычно от 20 до 100 мг/л циана, а в некоторых случаях концентрация повышается до 250 мг/л. Смертельная доза для человека составляет 1 мг/л синильной кислоты на 1 кг живого веса. Обычно требуется, чтобы сточные воды содержали меньше 0,1 мг/л циана, но в действительности эта концентрация должна быть значительно меньше, так как протозоны, находящиеся в воде, умирают раньше, что приводит к развитию многочисленных бактерий, в первую очередь болезнетворных, которые обычно уничтожаются протозонами.
Ядовитое влияние цианистых комплексов частично связано с их диссоциацией и с образованием синильной кислоты. Решающую роль при этом имеет значение рН. В то время как цианистый комплекс никеля устойчив при рН больше 8 и имеет при этом незначительную ядовитость, при повышении кислотности его ядовитость резко возрастает. Так, при рН = 6,5 содержание 10 мг/л циана оказывает такое же влияние на определенный вид рыб, как 100 мг/л циана при рН=8. Удвоение кислотности с 7,8 до 7,5 увеличивает ядовитость циана в 10 раз. Даже незначительная концентрация свободной кислоты вредно действует на все органические существа в воде. Поэтому сточные воды перед их спуском должны иметь величину рН от 8 до 8,5, т. е. иметь четко выраженную щелочную реакцию.
К наиболее ядовитым веществам относится также хромовая кислота, причем так как для хромирования применяют сравнительно концентрированные растворы, то и в промывных водах концентрация хромовой кислоты соответственно большая. 30 мг/л хромовой кислоты вызывают признаки отравления у человека. Восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного снижает его ядовитость, но содержание 10 мг/л трехвалентного хрома вредно сказывается на биологической очистке воды.
Обезвреживание сточных вод может осуществляться прерывным и непрерывным методами. При прерывном методе сточные воды собирают на длительное время в одном или нескольких больших резервуарах, где их обезвреживают и после достижения необходимой очистки спускают в сток. При непрерывном обезвреживании к сточным водам непрерывно добавляют обезвреживающие вещества.
В гальванических цехах по отдельным магистралям направляют щелочные или цианистые промывные воды, кислые воды, хромовокислые воды. Они подвергаются соответственно обезвреживанию, нейтрализации и восстановлению, после чего направляют к стоку (рис. 126).

Рис. 126. Схема обезвреживания сточных вод от гальванических ванн:
П — подвод свежей воды; А — щелочные или цианистые промывные сборники; К — кислые промывные сборники; X — промывные сборники для хромовой кислоты; О — обезвреживание; Н — нейтрализация; В — восстановление; С — сток

Защитные покрытия металлов