Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию Московский государственный технологический Университет станкин Факультет физико-технический.Кафедра Общей и прикладной химии Выпускная работа На соискание академической степени бакалавра Техники и технологии по направлению 552900 Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств Тема Экологическая безопасность при обработке конструкций кондиционеров завода Кондиционер . Студент Кынтикова Е.А. Группа Ф-8-1 Руководитель работы к.н.х доц. Ромина Н.Н. Дата Консультант к.х.н доц. Соловьев Г.С. Дата Допускается к защите Зав. Кафедрой Козлов Г.В. Дата Москва 2000 год. содержание. 1. Введение. 5 2. Обзор литературы 1. Рациональное водопотребление в гальваническом производстве. Структура водопотребления. 1.1 Промывка 2.2 Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов. 2.3 Очистка сточных вод от ионов хрома. 3.1 Источники поступления соединений хрома в сточные воды. 3.2 Современные методы очистки сточных вод от ионов хрома. 2.4 Физико-химические методы очистки вод. 4.1 Флотация. 5. Электрохимические методы очистки сточных вод 5.1 Электрофлотация. 5.2 Электрофлотационный метод извлечения ионов металлов из стоков гальванопроизводств. 5.3 Электрофлотационные установки. 4. Физико-химические аспекты электрофлотации. 3. Выводы из литературного обзора. 4. Выбор и обоснование электрофлотационного способа обезвреживания сточных вод. 1. Электрофлотационный метод извлечения ионов металлов из стоков гальванопроизводств 2. Ионный обмен. 3. Реагентная очистка сточных вод от шестивалентного хрома. 4. Вывод. 5. Экспериментальная часть. 1. Описание установки. 2. Исследуемые вещества 44 5.3. Методика проведения опыта. 4. Результаты снятия вольт-амперных характеристик. 50 Обсуждение результатов. 6. Расчет основного оборудования и основных операций. 1. Материальные потоки в электрофлотаторе. 2. Определение расхода воды при элктрофлотации. 2.1 Определение количества образовавшихся газов 54 6.2.2. Определение количества растворителя воды , уносимого с газообразными продуктами 3. Энергетический баланс электрофлотатора. 4. Расчет теоретического напряжения разложения 5. Определение перенапряжения на электродах 6. Расчет падения напряжения в электролите 7. Баланс напряжений на электрофлотаторе. 8. Расчет расхода электроэнергии на электрофлотацию. 7. Оборотная вода. 1. Камера окраски двухсекционная. 2. Схема камеры окраски. 3. Изменение состава воды. 4. Расчет оборота воды в камере окраски. 1. Данные для расчета. 2. Расчет величины испарения и количества добавляемой воды. 3. Расчет продувки системы. 8. Выводы. 9. Основные понятия и определения. 10. Список литературы. 69 Цель и задача работы проанализировать цех покраски деталей и технологию нанесения гальванических покрытий с точки зрения обеспечения экологической безопасности производства.
В задачи проектного исследования входило совершенствование системы обезвреживания и очистки промывных вод гальванического производства и вод завесы окрасочной камеры.
В системе промывных сточных вод предполагается использование электрофлотационного модуля для выделения твердой фазы осадков, содержащих ионы тяжелых металлов.
В этой части предполагается так же выполнение экспериментальных исследований на выяснение принципиальной возможности использования электрофлотации для данных вод производства, а так же оценки составляющих энергетического и теплового баланса, определение удельного расхода на обработку.
Предполагается разработать технологическую схему обработки промывных стоков гальванического производства и сделать поверочный расчет электрофлотатора на производительность данных сточных вод. В частности решения кондиционирования вод, используемых в системе водяной завесы в окрасочной камере.
Предполагается обеспечить ее использование в замкнутом цикле.
ВВЕДЕНИЕ. В последние годы существенно обострились проблемы, связанные с загрязнениями воды. Сброс неочищенных или плохо очищенных сточных вод в различные водоемы только из-за нехватки кислорода может привести к исчезновению всякой жизни в воде. Кардинальное решение проблемы охраны окружающей среды состоит в разработке и внедрении экологически безопасных, безотходных технологических процессов и производств.
Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды в настоящее время решаются в двух направлениях.
Одно из них - разработка и внедрение малоотходных и безотходных технологий и процессов, другое - модернизация действующих предприятий, замена устаревших процессов новыми, повышение качества очистки газообразных выбросов, сточных вод, внедрение замкнутых производственных циклов Оборотная вода. Современный уровень технологии очистки сточных вод позволяет получить воду практически любой степени чистоты.
Поэтому можно считать, что загрязнение водоемов происходит по причине не технического, а экономического характера.
Чем меньше свежей воды использует предприятие на 1 тонну продукта, тем экологически совершеннее его система водоснабжения.
При этом большое значение имеет кратность повторность использования в производстве. Кратность k использования воды можно рассчитать по формуле k Vi V0 , где Vi - общий объем воды V0 - объем свежей воды. В настоящее время в оборотных системах циркулирует примерно 215 км3 воды, что составляет две трети всего объема воды, используемого промышленностью.
На одну треть сократился сброс загрязнений в водоемы. Количество вредных веществ, выбрасываемых стационарными источниками, уменьшилось на 13 . Из сточных вод легче всего удаляются органические вещества, труднее всего - соли тяжелых металлов.
В различных отраслях народного хозяйства, в первую очередь, в машиностроении, широко применяется технология нанесения гальванических покрытий. Гальваническое производство является одним из крупных потребителей цветных металлов и достаточно дорогих химикатов. При химических покрытиях и подготовительных операциях потери химикатов с промывными водами иногда в десятки раз превышает их расход на обработку поверхности. Расход воды на промывку после подготовительных операций в 3-7 раз превышает расход воды на промывку после гальванических покрытий.
Таким образом, гальваническое производство является одним из крупнейших потребителей воды, а его сточные воды - одними из самых токсичных и вредных. Снижению количества сточных вод может способствовать применение новой технологии производства. Это связано со значительными материальными затратами. Поэтому используют другой путь - повышение эффективности очистки сточных вод. Основным видом отходов в гальваническом производстве являются промывные воды смешанного состава, содержащие несколько видов тяжелых металлов, объединяют с кислотно-щелочными. Очистка таких стоков затруднена, так как не удается выделить металлы из шлама сложного состава.
Для снижения количества тяжелых металлов в сточных водах до предельно допустимых концентраций ПДК необходимо использовать замкнутую систему водоснабжения с электрофлотационной очисткой, то есть промывные воды, подвергшиеся очистке от примесей, возвращать в технологический процесс, а извлеченные примеси - на захоронение или переработку.
Таким образом, очистка сточных вод является одной из самых актуальных проблем. В Западной Европе оборот только промывных вод гальванических производств составляет 97-98 от общего числа стоков. В нашей стране уровень очистки сточных вод и, в частности, регенерации из них цветных металлов, составляет не более 10 . Основным компонентом сточных вод гальванических производств являются промывные воды, которые в больших количествах используются в производстве.
Из ионов тяжелых металлов, находящихся в сточных водах, наиболее распространенными являются хром, никель и медь. Хромсодержащие стоки образуются в результате промывки деталей после хромирования, электрохимического полирования и удаления некачественных покрытий. Основные вещества, подлежащие обезвреживанию - шестивалентные соединения хрома, цианиды CN ионы тяжелых и цветных металлов Cu2 , Ni2 , Zn2 , Cd2 , Sn2 , Pb2 . Соединения хрома III , а особенно, хрома VI токсичны для человека и животных. Смертельная доза K2Cr2О7 дихромат калия для человека составляет 0,2-0,3гр. Поэтому очистка сточных вод гальванического производства от отходов соединений трех- и шестивалентного хрома является актуальной.
Наиболее перспективным и эффективным методом очистки сточных вод гальванического производства является электрофлотационный. преимущества этого метода - относительная простота конструкции установки, высокая надежность и высокая степень очистки. Гальваническое производство является одним из крупнейших потребителей воды, а его сточные воды - одними из самых токсичных и вредных.
В связи с этим, перед гальваническим производством встает ряд важных проблем. Снижению количества сточных вод может способствовать применение новой технологии производства. Это потребует значительных материальных затрат, что нереально на данном уровне развития экономики страны. В результате остается другой путь сохранения окружающей среды - повышение эффективности очистки сточных вод. Основным видом отходов в гальваническом производстве являются промывные воды смешанного состава, содержащие несколько видов тяжелых металлов и других примесей.
Очистка таких стоков затруднена. При этом не удается выделить металлы из шлама сложного состава, а если и удается, то возникают проблемы с дальнейшим использованием и переработкой отходов. Для решения проблемы снижения количества тяжелых металлов в сточных водах до ПДК необходимо использовать замкнутую систему водоснабжения с электрофлотационной очисткой, то есть промывные воды, подвергшиеся очистке от примесей возвращать в технологический цикл, а извлеченные примеси - на захоронение или переработку.
Т.о очистка сточных вод является одной из самых актуальных проблем.
Обзор литературы.
Вода в гальваническом производстве является необходимым компонентом пр... Основное количество воды приходится на промывные операции и профилакти... Жесткость воды предназначенной для приготовления электролитов, заполне... Поэтому вода перед использованием ее в гальванике должна пройти предва... После основных ванн.
Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов. способами разделения твердой и жидкой фаз. Перевод в твердую фазу в основном осуществляют введением щелочи с обра... 23 Но основными проблемами, которые возникают сегодня при очистке сток... Важной задачей является так же сокращение расхода реагента-восстановит...
Очистка сточных вод от ионов хрома.
С отходами тесно связана и проблема обезвреживания - очистки двух вспо... Необходимость применения воды и воздуха в таких значительных количеств... Проведенные эксперименты и исследования показывают, что даже при незна... Известные способы восстановления хрома 6 можно условно подразделить на... Восстановление хрома в кислой среде можно осуществлять при любых объем...
Использование новых физико-химических методов очистки в сочетании с ре... Современные методы очистки сточных вод от ионов хрома. 8, 20 Проблема с осаждения ионов тяжелых и цветных металлов заключаетс... В тоже время этот метод является достаточно универсальным, высокоэффек... Для повышения степени извлечения тяжелых металлов применяют различные ...
Флотацию применяют для очистки сточных вод многих производств. Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации п... На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбц... Эффект разделения флотацией зависит от размера и количества пузырьков ... Большое значение имеет стабилизация размеров пузырьков в процессе флот...
Из электрохимических методов очистки сточных вод гальванического произ... На аноде возникают пузырьки кислорода, а на катоде - водорода. Поднима... Мелкие пузырьки обладают большей растворимостью, чем крупные. Большое значение играет так же значительный заряд поверхности пузырько... При горизонтальном расположении электродов во флотационной камере на н...
С понижением поверхностного натяжения эффективность очистки сточных во... При флотации сточных вод пена должна быть достаточно прочной и не допу... Важной стадией электрофлотационного процесса является также адгезия га... При флотации в жидкости происходят ряд процессов растворение воздуха, ... Для успешного протекания процесса необходимо, чтобы твердые частицы и ...
Из обзора научной литературы следует, что индивидуально, без специальн... 1. Большой цикл работ выполнен по электрофлотации-коагуляции с растворимы... 2. Выводы из литературного обзора.
Высокая эффективность электрофлотационного процесса по сравнению с обы... Недостатки метода ионного обмена связаны с наличием стадии регенерации... Использование ионообменной технологии целесообразно при содержании мет... Однако, существенным недостатком ионитов типа АВ является малая химиче... Москве 19 .
Соединения шестивалентного хрома - хромовая кислота и ее соли применяю... В качестве реагентов-восстановителей можно также использовать отходы м... В качестве реагентов для восстановления Сг6 до Сг3 можно также применя... Электрофлотационный способ очистки гораздо дешевле реагентного, т.к. Так как при флотации в жидкости происходят ряд процессов растворение в...
Цель 1. 2. 2. Исследования проводятся на 3х электродной схеме. Скорость задания потенциала 5В с В стационарная кривая.
Переключатели диапазон тока, А и множитель тока, А V используются в за... Обратить внимание на положение тумблеров расположенных около задатчико... А - по шкале А наблюдают величину, знак и развертку потенциала 5. Клеммы для подключения ячейки к потенциостату Схема подключения ячейки... БУ - блок усиления 3.
Исследуемые вещества. В работе исследовали растворы, содержащие верете... ОРТА обычно получают путем термической обработки смеси хлоридов рутени... Опыт проводился в потенциодинамическом режиме. Температура вспышки не ниже 155оС. Осадок на поверхности металла можно получить, например, электролизом, ...
Работа с потенциостатом при использовании развертки потенциала проводи... 9. 11. Подать напряжение на ячейку, для чего переключатель род работы на блок... 13.
Анод. 1. Электролит Na2SO4 2г л 0,1 мл ПАВ 2. Анод. Электролит Na2SO4 2г л 3 мл ПАВ 7.
и 5. Обсуждение результатов. За эталон был принят раствор электролита, не с... Кривая 3 с полностью растворенным маслом так же не сильно отличается о... ПАВ предотвращает замасливание, и степень очистки так же увеличивается. Присутствие растворителя кривая 7 ухудшает процесс очистки, по сравнен...
Расчет основного оборудования и основных операций. Расчет электрофлотатора.
G2H2O 0,0165 кг ч - количество воды, вступившее в реакцию на катоде. GH2O G1H2O G2H2O GH2O 0,0247 кг ч. Материальные потоки в электрофлотаторе. Исходные данные I 50 А - токов...
где кг ч- количество образовавшегося водорода, МН2 2 - молекулярная ма... 0,0019 кг ч где кг ч- количество образовавшегося кислорода, МO2 32 - м... 0,2195 кг ч Определение количества растворителя воды, уносимого с газо... рт. 5,5246 10-4 кг ч б Определение количества растворителя, уносимого с ки...
Для данного случая мы исключаем из расчета Едиф и Uд в связи с отсутст... Энергетический баланс электрофлотатора. Общая формула для расчета напр...
Величина Е Т р вычислена из следующего уравнения, получающегося из ура... функция G0, кДж моль -237,531 0 0 0 Н0, кДж моль -286,248 0 0 0 S , Дж... Таблица Вещество H2O H H2O Н2 газ О2 газ Терм. на катоде 2H 2е ? H2 на аноде H2O ? 1 2O2 2H 2з суммарная реакция H2O ... Для реакции на катоде G0к G0 н2 - 2G0 Н , G0к 0 кДж моль Величина стан...
Определение перенапряжения на электродах Перенапряжение возникает вследствие замедленной одной или нескольких стадий переноса заряженных частиц через фазовую границу раздела электрод раствор и описывается теорией замедленного разряда. а а - Ет, где а 0,9 В. Величина а определена из поляризационной кривой по кислороду для ОРТА при плотности тока i 244,14 А м2. а 0,46 В к к - Ет, где к 1,0001 В. Величина к определена из парциальной поляризационной кривой по водороду для стального электрода при плотности тока i 244,14 А м2. к 0,52 В.
ло- 0,02203 Ом-1 гэкв-1 м2 - электролитическая подвижность ионов SО42 ... Падение напряжения в электролите может быть рассчитано по закону Ома U... Концентрация СК2SО4 0,005 г-экв л. Таким образом Uэл можно рассчитать по формуле Uэл I?K?с0 1 S Величину ... Удельное сопротивление, таким образом, зависит от степени газонаполнен...
Баланс напряжений на электрофлотаторе Напряжение на клеммах электрофлотатора, В Составляющие баланса, В Доля составляющей, Определенное экспериментально 4.09 ET 1,231 33,14 за 0,704 18,95 зк 0,489 -13,16 Uэл 2,269 61,08
Расчет расхода электроэнергии на электрофлотацию Расход электроэнергии постоянного тока на одну тонну получаемого продукта производится по уравнению Wп U I 1 Vэл где Wп - расход электроэнергии постоянного тока, кВт-ч м3 I - токовая нагрузка на электрофлотатор.
А U - напряжение на электрофлотаторе, В. Wп 3,715 кВт-ч м3 29 оборотная вода
Состоит из корпуса камеры, 2х гидрофильтров с вытяжными вентиляторами ... Гидрофильтр служит для отсасывания воздуха, в котором находится во взв... Вода из нижнего бака поз.13 через вентиль поз.4.1 подается в распредел... Нижняя распределительная труба с щитами поз.17 образует водяную завесу... После чего направляется в камеру завесы. При работе камеры вода насыща...
Сорбция компонентов растворителя и органических компонентов краски. 3. Необходимо добавление воды, регенерация, оценка повторного испарения в... Реальное число оборотных циклов будет определено в период опытной эксп... Данные для расчета V 3м3 - объем камеры водяной завесы С0 1,5 г л - на...
рпр - величина продувки qпр - количество воды, выводимое из системы пр... 1. Обоснована схема обезвреживания и очистки гальванического производства... 3. Проведено экспериментальное определение вольт-амперных кривых и получе...
Основные понятия и определения. образуется нейтральная среда. Химическая коррозия - протекает в среде неэлектролита при высоких темп... Травление - процесс обработки поверхности металла, заключающийся в изм... Процесс, при котором через загрязненную воду пропускают воздух, которы...
Литература. 1. Яковлев С.В. Перспективы развития и совершенствования водного хозяйства машиностроительных предприятий Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков машиностроительной промышленности.
Матер. семин М 1988 С.3-8. 2. Шалкаускас М. Проблема отходов гальванотехники. Материалы семинара Малоотходные ресурсосберегающие процессы в гальванотехнике М. МДНТП. 1988 С.3-6. 3. Гарбер М.И. Ресурсосберегающая технология гальванического производства. Там же С.7-13. 4. Технология и оборудование для очистки и обезвреживания сточных вод и газовых выбросов гальванических производств Каталог ВИМИ 1992. 1-112с ил. 5. Панасенко С.А Гужва И.И Марк П.И. и др. Замена токсичного шестивалентного хрома на трехвалентный в хроматирующих растворах.
Тез. докл. к совещанию Совершенствование технологии гальванических покрытий , Киров, 1989, С.37. 6. Пащенко Э.Н Журавлев В.П Гресова В.И Можаровская Г.С. Очистка сточных вод от шестивалентного хрома методом восстановления. Всес. н и. и консрукт технол. ин-т труб. пром-ти Днепроетровск, 1988. Деп. ВИНИТИ 4760-88, -12 с. 7. Бучило Э. Очистка сточных вод травильных и гальванических отделений.
М Металлургия, 1974, 200 с. 8. Колесников В.А. Экология и ресурсосбережение электрохимических производств. Учебное пособие по курсу Основы электрохимической технологии. М МХТИ, 1989 68 с. 9. Запольский А.К Баран А.А. Коагулянты и флокуллиты в процессах очистки воды Свойства. Получение. Применение П. Химия, 1987 208 с. 10. Велинская В.С. Состояние и перспективы развития очистки сточных вод электрохимическими методами Отчет о научно-исследовательской работе.
ВНИИГПЭ, М 1В.251, гос. регистрации 81050158, 1985. 11. Селицкий Г.А. Электрокоагуляционный метод очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов М 1978 24 с Охрана окружающей среды Обзор. информ. ЦНИИцветмет экономики и информации Вып.2 12. Бунин Н.И. Электрофлотокоагуляционные установки для очистки сточных вод предприятий АПК Междунар. агропром. ж 1989 6 с. 125-130. 13. Мамаков А.А. Разделение жидких неоднородных систем электролитической флотацией Электронная обработка материалов 1977 5 с. 41-49. 14. Морозов А.Ф Глебов Ю.М Морозова В.П. Электрофлотационный аппарат для очистки сточных вод от взвесей.
Электронная обработка материалов 1986 1 с. 57-59. 15. Матов Б.М. Электрофлотационная очистка сточных вод Кишинев Картя Малдовеняскэ, 1982 170 с. 16. Амирханова Н.А Шарипова Л.П Шарипова С.Н Саянова В.В. Регенерация Cr VI в ваннах электрохимических станков. Экологические проблемы в области гальванотехники.
Тез. докл. Межреспубл. научно-техн. конф. 22-26 апр. 1991. Киев.1991. 17. Чикин Г.А Мягкой О.Н. Ионообменные методы очистки веществ. Воронеж. Изд-во БГУ, 1984, 870с. 18. Гарбер Ю.М. О механизме сорбции хроматов анионитом АБ-17. Ж. неорг. химия. т.30 8 1985. с. 2163-2165. 19. Салдадзе Г.К Кариман Л.П Барсукова Н.В. и др. Разработка сорбционной технологии селективного извлечения хрома VI из кислых промывных вод ГПЗ-2 с оборотом очищенной воды. Подшипниковая промышленность передовой производственный опыт, рекомендуемый для внедрения 1991, 2, с. 29-34. 20. Колесников В.А Кокарев Г.А Вараксин С.О. и др. Электрофлотация с нерастворимыми анодами в процессах водоочистки и регенерации ценных компонентов из жидких стоков.
ХIV Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Рефераты докл. и сообщ. 2, М. Наука , 1989, с. 438. 21. Колесников В.А Вараксин С.О Громова Е.В. Некоторые закономерности электрофлотационного извлечения ионов никеля, меди, цинка из промывных и сточных вод гальванических производств.
Сбор. науч. трудов МХТИ. Очистка сточных вод и регенерация ценных компонентов, м. 1990, с. 12-124. 22. Колесников В.А Ааринола П.К. Очитска сточных вод оксидов никеля в цехах гальванического производства методом электрофлотации. Гальванические покрытия для товаров народного потребления. Матер. науч. семинара. 14-15 апр. 1992. С-Петербург. 23. Запольский А.К Образцов В.В. Комплексная переработка сточных вод гальванического производства М. МДНТП. 1988 24. Бучило, Очистка сточных вод гальванического производства. 25. Родионов А.И Кузнецов Ю.П Зенков В.В Соловьев Г.С. Оборудования, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов.
Учебное пособие для ВУЗов М Химия, 1985 352 с. 26. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. Прилож. к журналу Гальванотехника и обработка поверхности , М. Глобус , 1998г 302 с. 27. Колесников В.А Вараксин С.О Громова Е.В. Некоторые закономерности электрофлотационного извлечения ионов никеля, меди, цинка из промывных и сточных вод гальванических производств Сбор. науч. трудов МХТИ. Очистка сточных вод и регенерация ценных компонентов, М. 1990, с. 120-124. 28. Ротиян А.Л Тихонов К.И Шошина И.А. Теоретическая электрохимия.
Л. Химия , 1981г, с. 161-167. 29. Фиошин М.Я Кокарев Г.А Новиков В.Т. Методические указания к дипломному проекту. Раздел Электролиз без выделения металлов , МХТИ, М 1980, 48с. 30. Белан Ф.И. Сборник задач.
М Химия, 1974г.