Контроль загрязнения атмосферного воздуха, водных объектов и переработка отходов на данный момент являются проблемами, стоящими перед лицом всего мирового сообщества. Неорганизованное складирование отходов гальванических производств повсеместно приводит к загрязнению токсичными веществами. Кроме того, лишь до 50% количества ионов цветных металлов, участвующих в гальваническом процессе покидают раствор электролита и оседают на деталях. Остальные остаются в ваннах, в электролите или в виде выпавшего на дно шлама. В связи с этим, извлечение ценных компонентов из отходов гальванического производства должно приносить немалую прибыль [8]. Сточные воды гальванических производств составляют от 30 до 50% общего количества сточных вод, образующихся на предприятиях машиностроения. Средний объем гальваностоков образующихся на одном гальваническом производстве, составляет 600-800 м3 /сут.. При этом основная масса используемых химикатов поступает при промывке деталей со сточными водами в канализацию. Эти химикаты не только токсичны, но и дефицитны. Гальваническое производство относится к числу наиболее неэкологичных, отличается большими количествами отходов. Ежегодно в окружающую среду выбрасывается до 1 км3 токсичных гальваностоков, содержащих 50 тыс. т. тяжелых металлов, 100 тыс. т. кислот и щелочей, 25- 30% этих стоков попадает в водные бассейны. В частности на ОАО «Радиозавод» (г. Пенза) ежегодно образуется свыше 30 т. гальванических шламов, содержащих около 1 т тяжелых металлов (Сu, Fе, Ni, Сr) [3]. Эффект очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов традиционно применяющимся в настоящее время реагентным методом не превышает 50 — 80 %, т.е. с очищенными стоками в водоемы Нижегородской области поступает 350 — 375 т/год меди, 1000 — 1200 т/год цинка и других металлов, значительное количество органических веществ.
Складирование шламов гальванических производств на полигонах без предварительной обработки представляет угрозу окружающей среде, так как металлы могут вымываться талыми и ливневыми водами и поступать в водоёмы и водотоки, подземные воды, включаться в биосферные циклы. Можно выделить четыре составляющих ущерба — ущерб здравоохранению, рыбному хозяйству, промышленности, сельскому и лесному хозяйству. Ущерб здравоохранению связан с повышением заболеваемости населения со всеми вытекающими последствиями. Металлы, применяемые в гальваническом производстве, обладают высокой токсичностью.
Общетоксическое действие высоких доз тяжелых металлов на человека или животных приводит к поражению или изменению деятельности важнейших систем организма центральной и периферической нервной системы, кроветворения, внутренней секреции. Загрязняющие вещества наряду с общетоксическим воздействием обладают специфическим влиянием на репродуктивную функцию, способствуют возникновению злокачественных новообразований, нарушению аппарата наследственности. Наиболее токсичны хром — Сг (VI) и кадмий — Cd (II), они аккумулируются в организме и могут вызвать тяжелые последствия даже при кратковременном воздействии. Сг (VI) обладает канцерогенными свойствами, способствует появлению бронхиальной астмы, возникновению язвенной болезни, всевозможных дерматитов, доказано мутагенное действие Сг (VI) и Cd (II). Токсическое действие кадмия, поступающего в организм с пищевым рационом и питьевой водой, связано с его кумулятивным действием и физиологическим антагонизмом к цинку. Вызывает повышение кровяного давления, анемию, болезни почек и легких, рак поджелудочной и предстательной железы, цирроз печени, распад костной ткани. Проявляет мутагенное, гонадотропное, эмбриотропное и тератогенное действие. Летальной дозой для человека могут оказаться 30…40 мг кадмия [1]. Таким образом, выброс в окружающую среду отходов гальванического производства наносит, во-первых ущерб экологический, с долговременными последствиями [7].
Применительно к гальваношламам наиболее оптимальным решением их утилизации может быть только их комплексная переработка, которая позволяет извлечь все основные составляющие их компоненты с получением товарных продуктов. Разработка таких техпроцессов позволяет решить не только экологические проблемы, но и сделать этот процесс экономически выгодным, сократить затраты на хранение шламов, снизить плату за природопользование и т. д.
Комплексная технология утилизации гальваношламов (рисунок 1), обеспечивающая повторное использование ценных металлов, может сделать ресурсный цикл фактически замкнутым, как любой «цикл», действующий в экосистемах природы.
Рис.1. «Схема комплексной утилизации гальваношлама»
Поэтому проблема обезвреживания гальваношламов путем их комплексной переработки крайне актуальна и требует незамедлительного решения. Основным условием промышленной технологии является ее рентабельность, которая, прежде всего, связана с использованием малоэнергоемких и экологически безопасных замкнутых технологических процессов
Утилизация осадков стоков гальванических производств подразумевает под собой дальнейшее их использование и может развиваться по различным направлениям (Таблица 1):
— ликвидация шламов путем связывания цементом, асфальтом, стеклом, пластмассами и отвердения спеканием;
— применение для приготовления красок, пигментов огнеупорного материала, строительных материалов для производства кирпича, бетона, асфальтобетона, компонентов строительной керамики [2,5]. Гидроксиды, гидроксокарбонаты, карбонаты и фосфаты тяжелых металлов легко включаются в силикатные соединения и кристаллизуются с использованием труднорастворимых соединений.
Более перспективным является путь утилизации ряда отходов в строительстве, а также их использование в качестве полупродуктов в промышленности. В настоящее время около 25 % производимых в нашей стране химических отходов используется повторно. Во многих странах мира накоплен опыт по рециркуляции металлов, содержащихся в отходах, к которым, в частности, относятся и отходы гальванических производств. Например, в ФРГ повторное использование железа достигает 38%, олово — 34 % и цинка — 33 %; в США — меди — 43 %; в Великобритании — свинца — 60 % и алюминия — 33 %. Тем не менее, следует отметить, что процессы рециркуляции металлов из отходов экономически выгодны в тех случаях, когда их концентрация достаточно высока, а технология рециркуляции малоэнергоемка. Гальванические отходы, как правило, содержат относительно невысокие концентрации цветных ценных металлов. Кроме того, форма их нахождения в составе гальванических отходов и близость их химических свойств требуют понимания специальных химических методов выделения. Поэтому рециркуляция металлов из гальванических отходов является экономически не выгодным мероприятием. Единственным, перспективным, получившим развитие в других странах способом утилизации гальванических отходов, является их применение в качестве добавок в различных строительных материалах. С одной стороны, по данным отечественных и зарубежных исследователей, добавки гальванических отходов в строительных материалах улучшают эксплуатационно-технические качества последних, — с другой, не требуют экономических затрат на мероприятия, направленные на предотвращение их неблагоприятного воздействия на окружающую среду. В некоторых случаях улучшают строительно-технические свойства силикатов: например, введение алюминий- и хромсодержащих шламов в бетоны снижает их водопроницаемость.
Шлам гальванического производства может быть переработан в сырьевые продукты для других производств. Например, для специализированного производства по хромированию можно рекомендовать получение компонентов полировальных паст из обезвоженных и высушенных шламов гидроксидов железа и хрома. Утилизировать шламы из оксида цинка можно для получения резинотехнических изделий после фильтрования, промывки, сушки, обжига при 600°С и помола до необходимой степени дисперсности. Небольшое количество примесей других тяжелых металлов не оказывает отрицательного влияния на качество полученных изделий при утилизации гальваношлама. Гидроксидные шламы также могут быть утилизированы в качестве сырья для получения оксидных катализаторов и в качестве добавки в асфальтобетон. Введение силикатных и щелочных добавок позволяет получить стеклованную массу. В качестве силикатного составляющего можно использовать песок (10-15%), а для достижения сыпучего состояния добавляют опилки, угольную пыль, торф. Сжигание проводится при температуре плавления силикатов. К аналогичному результату приводит сплавление шламов с металлургическими шлаками
Таблица 1 — Направления утилизации шламов гальванических производств
|
№ п/п |
Суть метода |
Результат |
| 1 | Использование гальванических шламов, содержащих оксиды тяжелых металлов. | Добавка в сырьевую массу для изготовления кирпича |
| 2 | Изготовление черепицы с применением шламов гальваностоков | Улучшение свойств формовочной массы, сокращение времени сушки черепицы на 2-3 часа, сокращение времени обжига на 50-70%, расширение цветовой гаммы |
| 3 | Использование железосодержащего осадка в производстве стеновых керамических изделий | Более раннее накопление жидкой фазы, ускорение процессов спекания и вспучивания |
| 4 | Изготовление керамзита с использованием осадка сточных вод (содержание 20-40 %) | Строительная промышленность |
| 5 | Использование гальваношламов с большим содержанием гидроксида железа для получение гексаферрита бария | Изготовление строительной керамики, производство красителей- пигментов |
| 6 | Производство стеклохромзита | Наличие железа, хрома и никеля в шламе позволяет использовать его при производстве декоративно-облицовочного материала |
| 7 | Изготовление асфальтобетона | Строительная промышленность |
| 8 | Добавка шламов в кладочные растворы (1-15%) | Строительная промышленность |
Таким образом, предлагаемые технологии обезвреживания сточных вод и шламов гальванического производства позволит снизить воздействие токсичных веществ на окружающую среду и получить ценную продукцию в виде металлического порошка, который можно использовать в промышленных целях [9]. Однако существуют обстоятельства, сдерживающие утилизацию:
— осадки по качеству ниже, чем применяемое кондиционное сырье;
— агрегатное состояние осадков после механического обезвоживания часто не соответствует заданным требованиям, а оборудование дорогостоящее.
— не исключается возможность ухудшения токсикологических характеристик продукции, выпускаемой с использованием вторсырья;
— утилизация требует сложных технических решений [6];
предприятия, где получают осадки и где их можно утилизировать, разобщены.
С точки зрения экологических последствий, следует заметить, что ряд специалистов отдают предпочтение технологиям, в которых обязательным элементом является термическая обработка. Но следует иметь в виду, что при отжиге изделий может происходить значительный выброс летучих высокотоксичных цветных металлов и их соединений в окружающую среду. Использование низкотемпературных технологий утилизации шламов введением их в бетонные и асфальтобетонные смеси для дорожных покрытий также не обеспечивает экологическую безопасность при эксплуатации. Таким образом, возможности прямой утилизации шламов в виде добавок в сырьевые смеси при массовом производстве строительных материалов ограничено жесткими требованиями к составу шламов, сложностью процессов и относительно невысоким спросом.
Сфера инвестиций в переработку весьма перспективна, т.к рассмотренные выше технологии предполагают безвозвратные потери невозобновляемых и дефицитных сырьевых ресурсов, запасы которых в недрах ограничены. Поэтому особого внимания заслуживают технологии, обеспечивающие извлечение из гальваношламов металлов или их соединений, пригодных для повторного использования.
Список литературы
- Chipperfield B. Metals and ischaemic heart disease // Rev. Environ. Health. — 1986. -1, №4. — 209-250.
- Глинина Л.А., Миронов В.С. и др. «Использование гидроксидных осадков машиностроительных заводов в производстве строительной керамики». – М. 1995 г.
- Демьянова В.С., Щепетова В.А., Янин В.С., Чумакова О.А. О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ КАРЬЕРНЫХ ВЫРАБОТОК // Современные наукоемкие технологии. – 2011. – № 6. – С. 39-40
- Зайнуллин Х.Н.Утилизация осадков сточных вод гальванических производств.
- Найденко В.В., Губанов Л.Н. Очистка и утилизация промстоков гальванического производства. — Н. Новгород: «ДЕКОМ», 1999 г.. 368с.
- Основные методы переработки отходов: [Электронный ресурс]. URL: https://www.rightecology.ru/riecos-857-1.html
- «Охрана окружающей среды от отходов гальванических производств». Москва 1990 г., 95с.
- Рубанов Ю.К., Токач Ю.Е., Огнев М.Н. ПЕРЕРАБОТКА ШЛАМОВ И СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ С ИЗВЛЕЧЕНИЕМ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2009. – № 3. – С. 82-83;
- Тимофеева С.С., Баранов А.Н. и др. Комплексная оценка технологий утилизации сточных вод гальванических производств//Химия и технология воды. 1991. Т.13, №1[schema type=»book» name=»ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ» description=»В данной статье предпринята попытка решения проблемы, характерной для большинства регионов России — накопления значительных количеств неутилизируемых гальваношламов, содержащих токсичные тяжелые металлы, и неконтролируемого распространения их по территории в связи с отсутствием полигонов захоронения, соответствующих СНиП 2.01.28-85. Накопление их на территории предприятий также представляет угрозу экологической безопасности. Предложены способы переработки шламов, как завершающий этап жизненного цикла продукта, использование извлеченных из шламов компонентов в получении материалов, обладающих ценными потребительскими свойствами, менее токсичных по сравнению с объектом переработки, которые позволяют в ощутимых количествах экономить природные ресурсы и снизить нагрузку на окружающую среду.» author=»Кузнецова Елена Юрьевна, Акулова Анастасия Константиновна, Мотовилов Артем Владимирович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2016-12-22″ edition=»euroasian-science.ru_25-26.03.2016_3(24)» ebook=»yes» ]