15
В 2013 году тяжелые металлы заняли одно из первых мест среди опасных
факторов в общем загрязнении окружающей среды.
Ниже приведены данные о вредном воздействии на окружающую среду не-
которых металлов и соединений, содержащихся в сточных водах
гальванического производства. Вопросы непосредственного воздействия
вредных веществ на человека и животных через кожный покров, органы дыхания
и пищеварения достаточно подробно изложены в литературе по технике
безопасности и производственной санитарии.
Алюминий. Содержится в природных и незагрязненных водоисточниках в
виде малотоксичных соединений и случаи отравления им людей и животных не
описаны. Концентрация его в природных водах колеблется от 0,001 до 10 мг/л.
Хлорид алюминия в концентрации 0,1 мг/л придает более слабый
горьковато-вяжущий привкус в 2 балла и запах в 2 балла (0 баллов – никакого
привкуса/запаха, 1 балл – очень слабый, 2 – слабый, 3 – заметный, 4 –
отчетливый, 5 баллов очень сильный привкус/запах) – 0,5 мг/л (на
). Нитрат
алюминия в концентрации 0,1 мг/л (на
) сообщает привкус в 2 балла.
Влияние на человека и теплокровных животных. Отличается незначитель-
ным токсичным действием, но многие его растворимые в воде неорганические
соединения, сбрасываемые в водоемы с промышленными сточными водами, со-
храняются в растворенном состоянии длительное время и могут оказывать вред-
ное воздействие на человека и теплокровных животных через питьевую воду.
Наиболее ядовиты хлориды, нитраты, ацетаты, сульфаты и др. Растворимые в
воде соединения алюминия накапливаются в тканях. Обществом стандартов
США соединения алюминия по степени токсичности приравнены к мышьяку,
никелю, меди и марганца. Токсическое действие на человека при приеме внутрь
оказывает следующие дозы соединений алюминия (мг/кг массы): а) ацетат
алюминия 0,2-0,4; б) гидроокись алюминия 3,7 -7,3; в) алюмокалиевые квасцы
2,9 ПДК для питьевой воды 0,5 мг/л.
16
1.3 Способы очистки сточных вод
Способы очистки сточных вод подразделяются на: механические, химиче-
ские, физико-химические, биологические, термические.
Указанные методы очистки подразделяются на рекуперационные и
деструктивные. Рекуперационные методы предусматривают извлечение из
сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных веществ. В деструктивных
методах вещества, загрязняющие воды, подвергаются разрушению путем окис-
ления или восстановления. Продукты разрушения удаляются из воды в виде га-
зов или осадков.
Выделяют следующие методы очистки сточных вод:
1. Очистка от суспензированных и эмульгированных примесей.
1.1 Методы очистки от грубодисперсных примесей: отстаивание,
процеживание и фильтрация, флотация, осветление во взвешенном осадке,
центробежное фильтрование и отстаивание.
1.2 Методы очистки от мелкодисперсных примесей: коагуляция, флокуля-
ция, электрокоагуляция, электрофлотация.
2. Очистка от растворенных примесей.
2.1 Методы очистки от минеральных примесей: дистилляция, ионный
обмен, обратный осмос, электродиализ, замораживание, реагентные.
2.2 Методы очистки от органических примесей.
2.2.1 Регенеративныеметоды: экстракция, ректификация, адсорбция,
обратный осмос и ультрафильтрация.
2.2.2 Деструктивные: биохимические, жидкофазного окисления, парофаз-
ного окисления, окисления, радиационного окисления, электрохимического
окисления.
Основными методы очистки от газов являются: отдувка, нагрев,
реагентные методы.
17
– Методы устранения и уничтожения нерастворенных и растворенных
примесей: устранение, закачка в скважины, захоронения, закачка в глубины
морей, термическое уничтожение.
Таким образом, изучено состояние и перспективы методов очистки
сточных вод гальванического производства, а также рассмотрены механизмы
воздействия гальваностоков на окружающую природную среду.
1.4 Обеспечение безопасности труда при эксплуатации сооружений,
предназначенных для очистки сточных вод гальванического производства
АО «КНИРТИ»
При проектировании оборудования для очистки сточных вод гальваниче-
ского производства необходимо учитывать основные требования безопасности
для обслуживающего их персонала, а также надежность и безопасность
эксплуатации этих устройств.
Все сооружения и сопутствующее оборудование, входящие в очистные
сооружения производства АО «КНИРТИ», являются потенциальными
источниками опасных и вредных факторов, которые могут повлиять на здоровье
персонала, обслуживающего эти сооружения. К таким производственным
факторам на очистных сооружениях гальванического производства АО
«КНИРТИ» относят:
- опасность механического травмирования (получение травм в результате
воздействия движущихся частей машин и оборудования, передвигающихся
изделий, возможность падения работника с высоты и др.);
- опасность воздействия физических факторов (шум, вибрация, освещение,
электрических ток и др.);
- параметры микроклимата;
- пожаро- и взрывобезопасность.
18
Нормализация и оптимизация производственной среды и предупреждение
воздействия опасных и вредных производственных факторов является
необходимым условием безопасной жизнедеятельности человека. Улучшение
условий труда, повышение его безопасности и безвредности, имеют большое
экономическое значение. Они влияют на производительность труда, качество и
себестоимость продукции [1]
Для защиты от воздействия опасных и вредных производственных факто-
ров используют средства коллективной и индивидуальной защиты.
1.4.1 Обеспечение акустической и вибрационной безопасности
Задачей обеспечения вибрационной безопасности является предотвраще-
ние условий, при которых воздействие вибрации могло бы привести к
ухудшению состояния здоровья работников, в том числе к профессиональным
заболеваниям, а также к значительному снижению комфортности условий труда
(особенно для лиц профессий, требующих при выполнении производственного
задания исключительного внимания во избежание возникновения опасных
ситуаций, например, водителей транспортных средств).
Вибрация, создаваемая машинами, механизированным инструментом и
оборудованием (далее - машины), способна привести как к нарушениям в работе
и выходу из строя самих машин, так и служить причиной повреждения других
технических и строительных объектов. Это может повлечь за собой
возникновение аварийных ситуаций и, в конечном счете, неблагоприятных воз-
действий на человека, получение им травм. Поэтому контроль за вибрационным
состоянием машин и вибропрочностью объектов также относят (в широком
смысле) к мерам по обеспечению вибрационной безопасности, однако данная
проблема не входит в область применения настоящего стандарта.
Для того чтобы требования обеспечения безопасности труда и, в частности,
вибрационной безопасности, были выполнены в комплексе, им следует уделять
должное внимание [3]
19
На разработанном сооружении источником шума и вибрации является
насосная установка. Основной характеристикой шума является спектр шума,
принимаемый по паспортным данным, санитарным паспортам или фактическим
замерам.
Для обслуживающего персонала допустимые уровни звукового давления и
уровни звука соответствуют ГОСТ 12.1.003 - 83 и СН 2.2.4./2.1.8.562-96.
Замеры уровня шума показали, что при работе насосной установки уровень
шума равен 75 дБ.
Согласно требованиям, ГОСТ 12.1.003-83 «Допустимые уровни шумов в
производственных помещениях» при выполнении всех видов работ на
постоянных рабочих местах в производственных помещениях допустимый уро-
вень звука равен 80 дБА.
Шум, создаваемый насосной установкой, не превышает допустимый уро-
вень [4]
1.4.2 Обеспечение электробезопасности
Работа обслуживающего персонала связана с эксплуатацией
электроустановок. Наиболее частые аварийные режимы работы
электроустановок связаны с повреждением изоляции и замыканием фазы на кор-
пус электрифицированного оборудования или на землю. В случае отсутствия или
неисправности коллективных средств защиты на корпусах оборудования и дру-
гих элементах металлических конструкций, нормально не находящихся под
напряжением, возникают опасные потенциалы относительно земли.
Прикосновение к ним создает опасность. Напряжение питающей сети станции
380/220 В.
Для защиты персонала от поражения электрическим током металлические
корпуса электрооборудования и осветительных установок зануляются путем
присоединения к нулевому проводу питающей сети при помощи специально
предусмотренных четвертых жил кабелей и проводов в соответствии с ГОСТ
12.1.030-81 «ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление».
20
Зануление превращает замыкание на корпус в однофазное замыкание, в резуль-
тате чего срабатывает максимальная токовая защита и селективно отключает по-
врежденный участок. Кроме того, зануление снижает потенциалы корпусов,
появляющиеся в момент замыкания на землю.
Соблюдение требований электробезопасности позволит предотвратить
аварийныеситуации и обеспечит регламентированную работуэлектрооборудова-
ния.
Для обеспечения электробезопасности установки необходимо рассчитать
параметры защитного.
Расчет заземления производится для того чтобы определить
сопротивление сооружаемого контура заземления при эксплуатации, его
размеры и форму. Как известно, контур заземления состоит из вертикальных
заземлителей, горизонтальных заземлителей и заземляющего проводника.
Вертикальные заземлители вбиваются в почву на определенную глубину.
Размеры и количество заземлителей, расстояние между ними, удельное
сопротивление грунта – все эти параметры напрямую зависят от сопротивления
заземления.
Заземление служит для снижения напряжения прикосновения до
безопасной величины. Благодаря заземлению опасный потенциал уходит в
землю тем самым, защищая человека от поражения электрическим током.
Величина тока стекания в землю зависит от сопротивления заземляющего
контура. Чем сопротивление будет меньше, тем величина опасного потенциала
на корпусе поврежденной электроустановки будет меньше [5]
Заземляющие устройства должны удовлетворять возложенным на них
определенным требованиям, а именно величины сопротивление растекания то-
ков и распределения опасного потенциала.
Поэтому основной расчет защитного заземления сводится к определению
сопротивления растекания тока заземлителя. Это сопротивление зависит от
21
размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними,
глубины их заложения и проводимости грунта.
Основные условия, которых необходимо придерживаться при сооружении
заземляющих устройств это размеры заземлителей.
Длина заземляющего стержня должна быть не меньше 1,5 – 2,0 м.
Расстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины,
то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL. В зависимости от позволяющей площади и
удобства монтажа заземляющие стрежни можно размещать в ряд, либо в виде
какой ни будь фигуры (треугольник, квадрат и т.п.). Основной целью расчета
заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы,
которая их соединяет.
Расчет защитного заземления производится по специализированной
программе, которая позволяет рассчитать все необходимые параметры.
На рисунке 1 представлен пример расчета в программе.
Рисунок 1 – Программа для расчета защитного заземления
Для расчета защитного заземления установки очистки сточных вод автоза-
правочной станции принимаем следующие исходные данные:
L=2 м – длинна заземлителя;
22
d=12 мм – длинна вертикального заземлителя;
t = 0,7 м – заглубление вертикального заземлителя;
Н=4 м – толщина верхнего слоя грунта;
b=12 мм – ширина горизонтального заземления;
R
h
=4 Ом – нормируемое значение заземления;
P
1
=P
2
=100 Ом· – удельное сопротивление верхнего и нижнего слоя грунта
(почва).
На основании расчета выведена схема защитного заземления для данных
параметров. Схема представлена на рисунке 2
Рисунок 2 – Схема защитного заземления
Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя
(стержня) определяется по формуле:
23
????
????
????
????
????????, (1)
ρ
экв
- эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом·м;
L – длина стержня, м;
d – его диаметр, мм;
Т – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м.
В данном разделе рассчитали защитное заземление. Данный расчет позво-
лилвыполнить требования электробезопасности и предотвратить
аварийныеситуации, так же обеспечит регламентированную работу
электрооборудования.
2 Анализ основных методов очистки сточных вод гальванического
производства
2.1 Общие сведения о гальванических покрытиях
Гальванические покрытия - это металлические пленки толщиной от долей
мкм до десятых долей мм, наносимые на поверхность металлических и других
изделий методом гальваностегии для придания им твердости, износостойкости,
антикоррозийных, антифрикционных, защитно-декоративных или просто деко-
ративных свойств.
Чаще всего гальванические покрытия находят применение в автомобиле-
строении, авиационной, радиотехнической и электронной промышленности.
Тонкие (от 3-5 до 10-15 мкм) и прочные слои хром - алмазных и никель -
алмазных гальванических покрытий увеличивают срок службы и улучшают
качество медицинских, штамповых и прессовых инструментов, деталей узлов
трения.
Гальванические покрытия основаны на электрокристаллизации - электро-
химическом осаждении на катоде (в роли которого выступает основное изделие)
24
положительно заряженных ионов металлов при пропускании через водный рас-
твор их солей постоянного электрического тока. При этом соли металлов
распадаются на ионы под воздействием электрического тока и направляются к
разным полюсам: отрицательно заряженные - к аноду, а положительно заряжен-
ные ионы металла - к катоду, то есть к изделию, поверхностный слой которого
необходимо изменить нанесением гальванического покрытия.
Одна из важнейших функций анодов в этой системе - восполнять
разряжающиеся на катоде ионы, поэтому качество металла, играющего роль
анода, должно быть очень высоким, с минимальным количеством посторонних
примесей. На практике аноды, за редким исключением, изготавливают из
металла, слой которого хотят получить в качестве гальванического покрытия.
Процессы хромирования, золочения, платинирования, родирования и др.
протекают с нерастворимыми анодами из металла или сплава, устойчивого в дан-
ном электролите.
Электролиты на основе простых соединений проще и дешевле, но при по-
лучении качественных гальванических покрытий с мелкокристаллической
структурой и равномерной толщиной на всех участках изделий сложной формы
применяют электролиты на основе комплексных соединений или на основе
простых солей с добавками поверхностно-активных веществ. Для сохранения
постоянства состава электролита введение солей или других соединений осажда-
емого металла осуществляется периодически.
Количественно гальванотехнические процессы регулируются по законам
Фарадея с учётом побочных процессов, качественно - составом электролита,
режимом электролиза, температурой и интенсивностью перемешивания.
Нанесение гальванических и химических покрытий производится обычно
в специальных ваннах, конструкция которых определяется видом покрытий,
формой и размерами деталей и технологическим процессом. Перед нанесением
покрытий поверхность деталей подвергается механической обработке,
обезжириванию, травлению, декапированию, полированию и оксидированию.