Нормированное водопотребление для различных способов промывки
Источник: Виноградов С.С. “Экологически безопасное гальваническое производство”, 1998 г.
На основе рассмотренных в предыдущих главах факторов, влияющих на расход промывной воды, можно определить три группы мероприятий, с помощью которых можно регулировать водопотребление: изменение количества ступеней, последовательности (схемы) и режима промывки. Ниже показано влияние каждой группы мероприятий в отдельности на расход воды на промывку погружным методом без барботажа после конкретных операций гальванообработки деталей на подвесках.
2.7.1. Удельные нормы расхода воды на промывку после отдельных операций в зависимости от количества ступеней промывки
Удельные нормы расхода воды в зависимости от количества ступеней промывки представлены в табл.2.8, причем под ступенью промывки подразумевается либо одинарная ванна, либо ступень прямоточной промывки, либо каскад противоточной промывки.
Таблица 2.8
Удельные нормы расхода воды в зависимости от количества ступеней промывки
Продолжение таблицы 2.8
Примечание: * -максимальная концентрация в технологической ванне; ** -предельно допустимая концентрация в последней степени промывки; химическая формула отмываемого компонента указана в табл.2.4
Как видно из табл. 2.8, значительное сокращение расхода воды на промывку достигается при замене одноступенчатой промывки на двухступенчатую; при замене двухступенчатой промывки на трехступенчатую разница в расходе воды на промывку не столь заметна. Ванна улавливания, помимо своей основной функции, позволяет сократить расход воды на промывку, но лишь при одинарной ванне промывки достигается существенная экономия воды, в других случаях эта экономия малозначима.
2.7.2. Удельные нормы расхода воды на промывку после отдельных операций в зависимости от схемы промывки
Практически во всех действующих гальванических цехах имеется дефицит производственных площадей, кроме того установка дополнительных ванн промывки связана с работами по перемонтажу гальванических линий все это приводит к необходимости применения таких способов сокращения водопотребления, которые не требовали бы ни дополнительных площадей, ни дополнительных капитальных затрат, ни дополнительного оборудования.
Одним из таких способов является изменение схемы промывки, то есть изменение последовательности операций промывки. Этот способ заключается в том, что после технологической операции детали дополнительно промывают в ваннах промывки после последующей, либо после предыдущей технологической операции, либо и там, и там. Причем с точки зрения расхода воды на промывку первые два варианта аналогичны. На рис. 2.7 представлены схемы изменения последовательности операций промывки. По традиционной схеме промывки после рассматриваемой технологической операции Т2 установлена и используется одинарная ванна промывки П2. Удельная норма расхода воды рассчитывается по формуле (2.5) (см.табл.2.6) и соответствует значениям удельных норм, представленных в табл. 2.8 столбец “одинарная промывка”.
По первому варианту измененной последовательности промывки после технологической операции Т2 фактически используются две одинарных ванны промывки (двухступенчатая прямоточная промывка) за счет дополнительной промывки в промывной ванне Пз после последующей технологической операции Тз. Удельная норма расхода воды рассчитывается по формуле (2.6) (см. табл.2.6) и соответствует значениям удельных норм, представленных в табл.2.8 столбец “прямоточная 2-х ступенчатая промывка”.
Второй вариант измененной последовательности промывки аналогичен первому, отличие состоит в том, что в качестве дополнительной ванны промывки использована промывная ванна П1, после предшествующей технологической операции Т1. Удельная норма расхода воды и в этом случае рассчитывается по формуле (2.6) (см. табл.2.6) и соответствует значениям удельных норм, представленных в табл. 2.8 столбец “прямоточная 2-х ступенчатая промывка”.
Рис.2.7. Схемы изменения последовательности промывочных операций: П- операции промывки, Т1 – предыдущая технологическая операция, Т2 – рассматриваемая технологическая операция, Тз – последующая технологическая операция
По совмещенному варианту измененной последовательности промывки после рассматриваемой технологической операции Т2 фактически используется три одинарных ванны промывки (трехступенчатая прямоточная промывка) за счет дополнительного использования как промывной ванны П1 после предшествующей технологической операции Т1, так и промывной ванны Пз после последующей технологической операции Тз. Удельная норма расхода воды рассчитывается по формуле (2.7) (см. табл.2.6) и соответствует значениям удельных норм, представленных в таблице 2.8 столбец “прямоточная 3-х ступенчатая промывка”.
Таким образом, независимо от типа промывки после рассматриваемой технологической операции (одинарная, многоступенчатая прямоточная, многокаскадная противоточная промывки, промывка с ваннами улавливания и т.д.) первый или второй вариант изменения последовательности промывок добавляет одну прямоточную ступень промывки, а совмещенный вариант – две ступени прямоточной промывки. Следует отметить, что наибольший эффект сокращения расхода воды на промывку за счет изменения последовательности промывочных операций достигается в том случае, когда после рассматриваемой технологической операции установлена одинарная промывка. Это положение проиллюстрировано на рис. 2.8 на примере кислого меднения с различными схемами промывок. Применение измененных схем промывок в случае одинарной ванны промывки, в том числе с ванной улавливания, позволяет в десятки и даже в сотни раз сократить водопотребление. Для более экономичных двухступенчатой прямоточной и двухкаскадной противоточной промывок изменение последовательности промывочных операций приводит к сокращению расхода воды в несколько раз.
Рис. 2.8 Удельный расход воды на промывку для различных вариантов схем промывок после сернокислого меднения: О- обезжиривание, П- промывка, У- улавливание, КП- двухкаскадная промывка, Д- декапирование (активирование), М- меднение сернокислое, Н- никелирование
Таким образом, даже самую неэкономичную промывку в одинарной ванне можно без особых затрат превратить в ресурсосберегающую: для представленного на рис.2.8 примера удельный расход воды с 6000 л/м2 сокращается до 70 л/м2 и даже до 19 л/м2.
Модификацией изменения последовательности промывок как способа сокращения расхода воды является повторное использование промывной воды, описанное в разделе 2.6.3.
2.7.3. Удельные нормы расхода воды на промывку после отдельных операций в зависимости от режима работы промывных ванн
Другим способом сокращения водопотребления, не требующим ни дополнительных площадей, ни дополнительных капитальных затрат, ни дополнительного оборудования, является использование периодически непроточного режима работы промывных ванн.
Этот способ заключается в том, что на определенный промежуток времени прекращают подачу и слив промывной воды из ванны проточной промывки, а после достижения в последней “чистой” ступени промывки предельной концентрации отмываемого компонента (см. табл. 2.4.) промывная вода из первой “грязной” ступени сливается на станцию очистки, из второй ступени переливается в первую, из третьей – во вторую и т.д. Последняя “чистая” ступень промывки наполняется свежей водой. Через определенный промежуток времени цикл повторяется. Упрощенный вариант данного способа отличается тем, что по окончании цикла непроточного режима работы не производится, перелив промывной воды из ступени в ступень, а сливается вода на очистные сооружения из всех ступеней.
В качестве ступеней промывки могут служить ванны улавливания, одинарные ванны проточной промывки, ступени прямоточных и отдельные каскады противоточных ванн промывки и т.п.
Ранее в разделе 2.6.6 рассмотрен частный случай использования периодически непроточного режима промывки после технологических ванн с нагревом растворов, исключающий слив промывной воды в канализацию. В данном разделе рассмотрим применение периодически непроточного режим, а промывки для наиболее распространенных двух- и трехступенчатых промывок.
Продолжительность цикла непроточной промывки зависит от концентрации компонента в основной ванне, производительности линии (либо от объема технологических ванн и их количества), величины удельного выноса раствора с поверхностью деталей. Такая зависимость описывается формулами (2.20), (2.21) и (2.22). Но так как, эта зависимость выражена по отношению к времени “t” в неявном виде, то величина продолжительности непроточного цикла рассчитывается подстановкой величин q, F, V, Со и подбором значений t, добиваясь получения значения Cn равного предельно допустимой концентрации отмываемого компонента (табл.2.4). Результаты расчетов продолжительности непроточного режима работы двухступенчатой и трехступенчатой ванн промывки до смены промывной воды (продолжительность цикла) после цинкования, меднения, никелирования и хромирования для двух типоразмеров ванн и нескольких величин производительности линий (определяемых количеством технологических ванн при заданной толщине покрытия) представлены в табл. 2.9 и 2.10.
Таблица 2.9
Продолжительность непроточного режима работы двух ступеней промывки
Продолжение таблицы 2.9
Продолжение таблицы 2.9
Таблица 2.10
Продолжительность непроточного режима работы трех ступеней промывки
Продолжение таблицы 2.10
Продолжение таблицы 2.10
Как видно из приведенных данных, в случае периодически непроточного режима работы двух- и трехступенчатой промывки по сравнению с ваннами противоточной двух- и трехкаскадной промывки соответственно расход воды сокращается на 30-50%. Однако, не это является главным преимуществом периодически непроточного режима работы промывочных ванн. Организация периодически непроточного режима работы промывочных ванн является одним из способов организации нормированного водопотребления. В действующих гальванических цехах осуществление нормированного расхода воды на промывку связано с рядом организационно-технических мероприятий, которые в силу как объективных, так и субъективных причин практически не осуществимы. К таким мероприятиям относятся установка на трубопроводах ротаметров или других расходомеров, осуществление автоматического регулирования расхода воды на каждую операцию промывки, а также корреляция расхода воды с величиной загрузки линии, особенно при неритмичной работе, формирование заинтересованности работников цеха в сокращении водопотребления. Осуществление периодически непроточного режима промывки с успехом заменяет вышеперечисленные мероприятия, т.к. в данном случае расход воды на промывку определяется частотой смены воды в промывных ваннах и объемом этих ванн. Таким образом, для организации нормированного водопотребления необходимо составить и соблюдать график смены воды в промывных ваннах. Причем необходимо учитывать, что время непроточного цикла рассчитано для предельно допустимых концентраций загрязнений в воде “чистой” ступени промывки. На практике не рекомендуется доводить до предельного значения концентраций, для этого время непроточного режима уменьшают на 10-20 %.