Из экономических и чисто коммерческих соображений при создании современного самостоятельного гальваноочистного комплекса непременными условиями должны быть с одной стороны универсальность производства, с другой – близкий к 1 коэффициент загрузки технологического оборудования.

Во все времена решение проблем с жидкими отходами в гальванических производствах начиналось с рационализации водопользования и максимально возможного сокращения общего водопотребления (за счет создания рациональных систем промывок деталей, бессточных систем промывок в некоторых процессах с горячими электролитами, замкнутых систем водопользования в отдельных процессах обработки поверхности деталей, повторного использования промывных вод из более ответственных процессов в менее ответственных и т. д.). В этом плане самостоятельные гальванокомплексы именно в связи с технологической универсальностью будут иметь преимущества перед любым гальваническим производством в составе промышленного предприятия.

Специалистам хорошо известны недостатки гидроксидного метода выделения тяжелых металлов из сточных вод, главными из которых являются невозможность достижения установленных в России ПДК тяжелых металлов при сбросе очищенных сточных вод в горканализацию и водоемы, а также большие объемы гидроксидных осадков, требующих дальнейшей сложной обработки.

Разработка альтернативных методов обработки сточных вод гальванических производств (ионный обмен, электрокоагуляция, гальванокоагуляция, электроосаждение, гиперфильтрация и обратный осмос, ферритная технология и т. д.), имеющих по разным причинам ограниченные рамки применения, не привела к радикальным изменениям в решении проблемы в целом. Гидроксидная технология, увы, остается непременным и основным по объему и затратам звеном всех технологических схем очистки.

В конце семидесятых и в восьмидесятые годы неоднократно делались попытки промышленного апробирования биохимических технологий обработки сточных вод, загрязненных тяжелыми металлами (на основе разработок Коренькова, Алма-Атинского института «Казмеханобр», Уфимского нефтяного института, Новочеркасского Политехнического института). Впервые экспериментальные промышленные сооружения для очистки всех сточных вод цеха гальванопокрытий были пущены в 1988 г. и эксплуатировались более пяти лет на Пермском Электротехническом заводе (технология Уфимского нефтяного института). Аналогичный эксперимент промышленного масштаба проводился на Новочеркасском электровозостроительном заводе (биохимическая очистка хромсодержащих сточных вод, технология НПИ).

Биохимический метод очистки сточных вод от тяжелых металлов основан на жизнедеятельности микроорганизмов – сульфатредуцирующих бактерий (СРБ). СРБ обладают способностью в анаэробных условиях получать для своего роста энергию, окисляя органические соединения в сточных водах, причем акцептором электронов при этом служат сульфат-ионы. В процессе жизнедеятельности СРБ сульфат-ионы восстанавливаются до сероводорода, который связывается с ионами тяжелых металлов, образуя сульфиды металлов, имеющие очень низкую растворимость в воде. СРБ нуждаются и в неорганических элементах – азоте, фосфоре, железе и др. На развитие СРБ оказывают влияние рН среды и температурный режим (оптимальный режим рН – 4,0... .9,0, температурный – 25...30°С).

По технологии УНИ очистка сточных вод производилась в биотенках, представляющих герметичную емкость с двухслойной загрузкой (пемзы) для закрепления микроорганизмов. Фильтрация воды производилась снизу вверх. При такой организацииочистки предельные суммарные концентрации ионов тяжелых металлов в обрабатываемой воде составляют 350...400 мг/л. При более высоких концентрациях развитие СРБ подавляется.

По технологии НПИ сульфиды образуются в результате жизнедеятельности ассоциации анаэробных микроорганизмов, представленных сульфатредукторами, денитрификаторами и целлюлозодеструкторами и культивируемых в неаэрируемых герметичных биореакторах. Продуктом деятельности биомассы, закрепленной на высокопористом инертном носителе в биореакторе, являются восстановленные соединения серы, находящиеся в иловой жидкости в виде сероводорода и гидросульфидиона. Накопление этих продуктов угнетает процесс сульфатредукции, поэтому их требуется удалять из биореактора, направляя в технологическую схему очистки сточных вод.

Образовавшиеся сульфидные продукты можно дозировать в сточные воды тремя способами:

 –  отбором из биореактора части иловой жидкости и смешением ее со сточными водами 

 –  отбором из реактора газовой фазы, в которой содержится сероводород, и смешением ее со сточными водами;

 –  растворением сероводорода из газовой фазы биореактора в щелочном растворе с последующим дозированием раствора в промстоки.

Первый режим применяется 1...2 раза в месяц для продувки биореактора с целью удаления метаболитов. Удобными являются второй и третий режимы, при которых не ограничиваются концентрации металлов в обрабатываемых промстоках. Третий режим удобен также при прекращении подачи сточных вод на очистку более 24 часов.

Очевидными положительными качествами биохимической технологии очистки сточных вод от тяжелых металлов являются:

 –  отсутствие потребности в реагентах для осаждения тяжелых металлов;

 –  гораздо меньшая растворимость сульфидов металлов по сравнению с гидроксидами и отсутствие высокой чувствительности ее к значениям рН воды при осаждении;

 –  более плотная структура образующихся осадков, облегчающая осветление сточных вод и дальнейшее обезвоживание осадков;

 –  попутное уничтожение сульфатов, содержащихся в больших концентрациях в стоках гальванических производств, а также нефтепродуктов (НП), отработанных эмульсолов, минеральных масел (ММ) и других органических загрязнений, что всегда представляло самостоятельную сложную проблему. В этом плане может открыться интересное направление в утилизации выделенных при очистке промышленных и ливневых сточных вод (любых предприятий) ММ и НП. ЗАО «НПФ АКВАПРОМ»провел испытания и внедрил в практику очистки разработанный и производимый ГИПХом (СПб) дешевый синтетический пенный продукт, обладающий хорошей поглощающей и удерживающей способностью к ММ и НП. Насыщенный ММ и НП пенный продукт может служить носителем питательной среды для сульфатредуцирующих микроорганизмов при очистке промстоков от тяжелых металлов, а не вывозиться на полигоны для уничтожения или захоронения. К тому же этот пенный продукт биоразлагаем;

 –  в очищаемые промстоки не вносится дополнительных реагентов, что создает благоприятные условия для дальнейшего обессоливания и повторного использования очищенной воды;

 –  возможность очищать все сточные воды производства практически одним потоком.

Отрицательными качествами с точки зрения промышленных предприятий являлись сам факт появления на промпредприятии общемашиностроительного профиля биологического объекта с присущими ему нюансами в эксплуатации, наличие загазованности сероводородом (эта проблема на экспериментальных сооружениях не была решена в достаточной мере и вызывала отрицательные эмоции у знакомящихся с технологией) и необходимость непрерывной (24 часа в сутки) эксплуатации биохимической системы. Если рассматривать такую технологию в составе мощного гальваноочистного комплекса, то проблема загазованности – разрешимая, а к двум другим «отрицательным» качествам негативное отношение исчезнет, т. к. очистка промстоков и жидких отходов вообще в этом случае сама превращается в мощное непрерывное производство.

В связи с увеличением мощностей отдельных химических и гальванических процессов обработки поверхности деталей у гальваноочистных комплексов появляются реальные направления коммерческой деятельности на базе переработки отходов производства:

 –   производство ферромагнитных суспензий в качестве магнитожидкостных уплотнений на основе травильных растворов с высокой концентрацией FeSO₄ по разработанной

ЗАО «НПФ АКВАПРОМ» «ферритной технологии»;

 –  производство жидкой высококонцентрированной и лиофилизированной биомассы коагулянта на основе Fe(III) по технологии, разработанной ГНПО ПЭ «Казмеханобр» (Алматы).

Жидкая высококонцентрированная биомасса представляет собой продукт ферментационного синтеза, осуществленного посредством бактериального окисления Fe(II) ацидофильной хемавтотрофной бактерией ГНПО ПЭ-В-1, жидкость светло-красного цвета с удельным весом 1,25 г/см³ [1]. Она смешивается с водой в любых соотношениях, содержит живые клетки бактерий и пригодна для ее воспроизводства промышленным способом. Может содержать до 100 г/л Fe(III).

Лиофилизированная биомасса представляет собой кристаллы темно-коричне­вого цвета с металлическим блеском, в воде растворяется в неограниченных количествах, отличается большой твердостью и трудно поддается измельче­нию, не содержит живых клеток бактерий. Оба вида биомассы нетоксичны для теплокровных. В таблице 1 приведены бактериальный и химический составы жидкой и лиофилизированной биомасс коагулянта [1]. В этой же статье описаны механизмы биохимической очистки сточных вод от взвешенных веществ и тяжелых металлов, содержащихся в воде в катионной и анионной формах.

Таблица 1

Бактериальный и химический составы жидкой и лифилизированной биомасс коагулянта на основе Fe(III) %

С использованием консорциумов штаммов нефтеокисляющих бактерий совместно с биомассами коагулянта на основе Fe(III) успешно очищаются сточные воды, загрязненные нефтепродуктами, а также кислые сточные воды, загряз­ненные катионами тяжелых металлов и нефтепродуктами [2, 3]. Полная технология биологической очистки сточных вод с использованием описанных продуктов внедрена на АООТ «Усть-Каменогорский титано-магниевый комбинат». Таким образом, производством биомассы коагулянта можно решать не только коммерческие задачи, но и технические по очистке собственных сточных вод, –  получение металлов из гидроксидных и сульфидных осадков сточных вод высокочастотным индукционным восстановлением по технологии, разработанной ЗАО «НПФ АКВАПРОМ» совместно с ВНИИ ТВЧ.

Кроме отмеченного, при высоких объемах гальванического производства рентабельными становятся технологии регенерации многих отработанных растворов электро­литов, разработанные в восьмидесятые годы разными отраслевыми лабораториями (электролитов кадмирования, никелирования, цинкования, травления меди и др.).

Таким образом, на основании описанных особенностей подхода к обезвреживанию сточных вод и других жидких отходов на мощных гальваноочистных комплексах можно утверждать, что эта половина комплекса может быть не только самоокупаемой, но и прибыльной, что является недостижимым для гальванического производства в составе промышленного предприятия, тем более в черте города. Особенно важным это является при решении вопросов инвестирования развития гальваноочистных комплексов.

Литература

1. Розвага Р.И., Толмачёва Е.В., Клец А.Н., Давыдов Г.И., Малышев В.А., Ахметов Ф.И. О механизме биохимической очистки сточных вод с использованием биомассы коагулянта на основе () // Цветная металлургия, 1998, №10, с. 24–26.
2. Розвага Р.И., Толмачёва Е.В., Клец А.Н., Давыдов Г.И., Проценко Е.А., Aбрамова О.В., Липкер Т.В. Использование консорциумов штаммов нефтеокисляющих бактерий для очистки сточных вод // Цветные металлы, 1998, №10, с. 26-29.
3. Розвага Р.И., Толмачёва Е.В., Клец АН., Давыдов Г.И., Проценко Е.А., Абрамова О. В., Малышев В.А., Липкер Т.В.  Использование природных ассоциаций нефтеокисляющих микроорганизмов для очистки сточных вод // Цветная металлургия, 1998, №10, с. 29-32.