Очистка промышленных стоков после гидроабразивной резки металла

Нина Миташова,
кандидат, биологических наук, доцент Московского государственного университета инженерной экологии,
заведующая лабораторией Центрального научно-исследовательского института бытового обслуживания населения,
Анна Недуруева, МГУИЭ

Одной из важнейших задач в решении проблемы предотвра­щения загрязнения водных объектов промышленными и бытовы­ми стоками является поиск эффективных методов очистки, а так­же рациональных конструкторских и технологических решений. В российских условиях во многих случаях необходимо включение в технологическую схему очистки сточных вод сооружений доочистки, которые должны обеспечивать глубокое и эффективное удаление как традиционных, так и специфических загрязнений, например, возникающих после гидроабразивной резки металла.

Основой принципа гидроабразив­ной резки является способ раз­деления металлов и материалов с помощью водяной струи высокого давления. Вода, сжатая первым ос­новным компонентом системы, на­сосом, до давления более 4000 атм. проходит через водяное сопло, об­разующее струю диаметром около 0,5 мм, которая попадает в так назы­ваемую смесительную камеру. Здесь струя воды «подсасывает» аб­разив (гранатовый песок с частица­ми размером около 0, 4 мм) и далее проходит через второе, твердо­сплавное сопло с внутренним диа­метром 1 мм. Из этого сопла струя воды с абразивом выходит со ско­ростью около 1200 м/с и направля­ется на поверхность разрезаемого материала. После резки остаточная энергия струи гасится специальной водяной ловушкой.

Нами были проведены экспери­ментальные исследования по хими­ческому анализу воды и ее очистке после гидроабразивной резки ме­таллов алюминия и железа. Пробу сточной воды отбирали на одном из машиностроительных заводов Рос­сии. Результаты химического анализа сточной воды приведены в таблице 1.

Как видно из данных, приведен­ных в таблице 1, в исходной сточной воде выявлено значительное превы­шение ПДК: по цветности в 3 раза; по концентрации взвешенных веществ в 2,5 раза; по сумме тяжелых металлов в 5 раз; по алюминию в 2,5 раза. Кро­ме того, по железу (II) и солям жест­кости - в 2 раза; по железу общему -в 27 раз. Следовательно, выявлена необходимость локальной очистки сточных вод. В настоящее время многие промышленные предприятия не имеют эффективных методов очистки стоков, рациональных конструкторских и технологических решений, обеспечивающих повыше­ние качества очищенной воды.

В ходе эксперимента исходную сточную воду пропускали через гид­роциклон с последующим отстаива­нием в отстойнике в течение 24 часов. Количественный химический анализ воды представлен в таблице 2.

Как видно из данных, приведен­ных в таблице 2 , после гидроциклона и процесса отстаивания показатели качества воды значительно прибли­жены к значениям ПДК; концентра­ция взвешенных веществ снизилась в целом на 88%; сумма тяжелых ме­таллов на 45%; железо общее - на 85%, в том числе железо (II) на 85% . Концентрация алюминия снизилась до допустимых значений сброса в го­родскую канализацию.

Следует отметить, что очистка в гидроциклоне и отстойнике не может полностью решить главную задачу - снижения загрязнений сточной воды до ПДК сброса в ГК.

Поэтому нами была проведена глубокая очистка воды на двухслой­ном фильтре с загрузкой различными сорбентами (гидроантрацитом-А, с фракциями 0,8-2; 2,0-4,0; 3,0-6,0 мм ; сульфоуголем и шунгитом). Резуль­таты доочистки представлены в таб­лице 3.

На основании экспериментальных данных (см. табл. 3) было выявлено, что фильтрование стока через фильтр с загрузкой гидроантраци­том-А (с фракцией 2,0-4,0 мм) дало наилучшие результаты очистки по взвешенным веществам - до 24 мг/ дм3; сумме тяжелых металлов до 0,1x10"5; железу общему до 0,1 мг/ дм3; алюминию до 0,01 мг/дм3, что полностью соответствует значениям ПДК на сброс в ГК и ПДК для водое­мов культурно бытового и хозяй­ственного назначения. Наилучший результат по снижению солей жест­кости показало применение сорбен­та - сульфоугля. Снижение этого по­казателя достигло 78% по сравнению с исходной сточной водой.

Изменение концентрации взве­шенных веществ,общего железа, ио­нов алюминия, цветности и комплек­са тяжелых металлов в процессе очистки представлены, соответ­ственно, на рисунках 1-5.

Как следует из рисунка 1, количе­ство взвешенных веществ после гид­роциклона и отстаивания уменьши­лось на 60%. Лучший результат из ис­пользованных сорбентов показал гидроантрацит-А фракцией 2,0-4,0 мм.

При этом концентрация взвешен­ных веществ снизилась до 24 мг/дм3 (по сравнению с исходной сточной водой).

На рисунке 4 представлены ре­зультаты изменения цветности сточ­ной воды по стадиям локальной очистки.

Как видно из рисунка 4, цветность сточной воды после гидроциклона и процесса отстаивания снизилась на 65%, а при доочистке на каждом из сорбентов в отдельности было дос­тигнуто соответствие нормативным показателям качества воды.

На основании представленных материалов эксперимента была раз­работана технология локальной очистки сточной воды после машины гидроабразивной резки.

Необходимо отметить, что техно­логическая схема очистки сточной воды после машины гидроабразив­ной резки функционирует следую­щим образом (см. рисунок 6):

Сточная вода после машины гид­роабразивной резки самотеком пос­тупает в накопительную емкость (2), где осуществляется сбор стока.

Далее накопленный сток направ­ляется в гидроциклон (3), где сточная вода очищается от крупных взвесей. Осадок, из гидроциклона, поступает в накопитель осадка (5).

После прохождения гидроциклона сточная вода поступает в вертикаль­ный отстойник (4). Продолжитель­ность отстаивания - два часа. За вре­мя отстаивания оседают мелкие фракции взвешенных веществ, а вместе с ними - частицы железа и частично алюминий во взвешенном состоянии. Сток хорошо осветляется.

Осадок периодически удаляется гидроэлеватором и отправляется в накопитель осадка (5).

Надосадочная жидкость из отс­тойника переливом поступает на двухслойный фильтр первой ступени очистки (6). Вода движется нисходя­щим потоком через загрузку. Затем вода поступает на зернистый фильтр второй ступени очистки (7).

По окончании процесса фильтро­вания, очищенная вода самотеком направляется в накопительную ем­кость (8), после чего очищенная вода насосом подается в машину гидроаб­разивной резки для повторного ис­пользования.

Таким образом, в результате про­веденных исследований можно сде­лать следующие выводы:

1. Как уже отмечалось выше, в ре­зультате количественного химичес­кого анализа сточной воды после ма­шины гидроабразивной резки метал­ла было выявлено значительное пре­вышение ПДК на сброс в ГК по орга-нолептическим показателям. Про­цесс очистки в гидроциклоне с последующим отстаиванием привел к снижению концентрации взвешенных веществ на 60%, суммы тяжелых ме­таллов на 45%, железа общего на 85%. Концентрацию ионов алюминия удалось снизить до предельно до­пустимых значений сброса в ГК.

2. Глубокая очистка стока была проведена на двухступенчатом фильтре с загрузкой различными сорбентами (гидроантрацитом-А, с фракциями 08-2; 2,0-4,0; 3,0-6,0 мм; сульфоуголем и шунгитом). На осно­вании экспериментальных данных было выявлено, что фильтрование через загрузку гидроантрацитом-А (с фракцией 2,0-4,0 мм) дало лучшие результаты очистки по взвешенным веществам (остаточное содержание 24мг/дм3), сумме тяжелых металлов до 0,1 х105 мг /дм3, железу общему до 0,1 мг/дм3 и алюминию до 0,01 мг/ дм3, что полностью соответствует значениям ПДК для сброса в ГК и ПДК для водоемов культурно бытово­го и хозяйственного назначения. Сорбент сульфоуголь способствовал снижению солей жесткости на 78% по сравнению с сходной сточной водой.

3. На основании представленных материалов эксперимента нами была разработана технология локальной очистки сточной воды после машины гидроабразивной резки.

Источник:
Журнал Вода Magazine, №7 (11), июль 2008 г.