Гальванические цеха крупных предприятий чаще всего оборудованы линиями нанесения одного покрытия. Они занимают большие площади, требуют многочисленного персонала, с них сбрасываются большие объемы сточных вод, для очистки которых необходимы сложные и дорогостоящие очистные сооружения.
Такие решения неприемлемы для предприятий среднего и малого бизнеса, часто заинтересованных в применении гальванических покрытий для отделки изделий, повышения их потребительской привлекательности и конкурентоспособности. Здесь целесообразнее применение многопроцессных гальванических линий, отличающихся компактностью и экономичностью, которые должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить малоотходное функционирование.
Для таких линий необходима минимизация количества ванн подготовительных и заключительных операций, а также ванн промывки. В многопроцессных линиях возникают сложные траектории массопотоков, сточные воды имеют сложный состав и требуют подбора оптимальной технологии очистки от токсичных тяжелых металлов (ТТМ), обеспечивающей возможность использования оборотной воды.
На рис. 1 представлен общий вид многопроцессной линии (изготовитель – ООО Гранит-М), действующей на ОАО Электроприбор, г.Чебоксары. На линии производится нанесение покрытий никелем, цин-ком, хромом, сплавом олово-висмут, а также пассивация медных деталей, химическое оксидирование алюминия, осветление алюминия и силумина.
Подача свежей воды происходит в 6 ванн промывки после финишных обработок и далее действием эрлифтов перемещается в определенной последовательности в другие ванны промывки, где используется повторно. Сигнал к началу действия эрлифтов поступает с кондуктометрических кон-центратомеров, установленных в ваннах конечных промывок и срабатывающих при превышении в этих ваннах ПДК опасных компонентов.
Многократное использование промывной воды и применение каскадных промывок приводят к тому, что сточные воды имеют небольшой объем (таб. 1) и сложный состав. Это делает целесообразным применение для очистки сточных вод от ТТМ широко распространенного реагентного метода, технология которого хорошо отработана. В качестве подщелачи-вающего реагента применяется натриевая щелочь, для ускорения осаждения – флокулянты. Получаемый осадок содержит практически чистые гидроксиды ТТМ, что снижает его конечную массу и облегчает переработку на предприятиях, принимающих гальваношламы.
После обезвоживания на фильтрпрессе и непродолжительного досушивания шлам направляется переработчику.
Для очистки осветленной части очищаемого стока, представляющей собой раствор солей щелочных металлов, применена вакуумная выпарная установка (ВВУ) модели Q-50, изготовитель – ЗАО «Атомэнерго» (Санкт-Петербург), (рис.2). Это позволяет осуществить возврат воды на промывные операции.
Работа установки Q-50 основана на том, что сжатие паров фреона в теплообменнике сопровождается их нагреванием, вследствие чего нагревается раствор в нижнем выпарном баке, где поддерживается вакуум 0,8 – 0,95 ата и происходит кипение при температуре 40 – 45 ºС. Расширяясь в теплообменнике верхнего бака, пары фреона охлаждают его поверхность и на ней происходит конденсация. Из выпарного аппарата периодически отводится кубовой раствор с общим солесодержанием 30 – 35 вес. %. Анализ этого раствора с помощью атомно-адсорбционного спектрофотометра Сатурн-2 показал, что по степени токсичности он может быть отнесен к 4 классу опасности (малоопасные вещества).
Конденсат подается в накопительный бак и оттуда - на гальванический участок. Таким образом, отвод сточной воды с многопроцессной линии в систему канализации отсутствует.
Небольшой объем сточных вод с линии позволяет минимизировать объемы оборудования, используемого в составе очистной установки и занимаемые им площади. Однако это приводит к необходимости постоянного соблюдения материального баланса системы гальванический участок – установка очистки сточных вод.
Особенность работы многопроцессной линии заключается в том, что некоторые покрытия наносятся постоянно, со стабильным значением обрабатываемой поверхности в единицу времени, другие – не каждый день и даже не каждый месяц. Однако при возникновении необходимости нанесения таких покрытий в течение короткого времени обрабатывается большое количество деталей. Количество и состав промывных вод зависят от текущей производительности и баланс системы гальванический участок – установка очистки сточных вод может нарушаться.
Для эффективного управления работой бессточной многопроцессной гальванической линии в среде Borland Delphi 7.0. разработана компьютерная программа расчета материальных потоков для всех ванн. Для хранения и оперативного изменения технологической информации разработаны базы данных, в которые внесены составы технологических ванн, последовательность технологических операций, пути движения промывной воды. Разработан удобный интерфейс (рис.3), который позволяет наглядно отобразить структуру гальванической линии и движение материальных потоков.
Редактирование циклограммы (последовательности технологических операций) осуществляется с помощью кнопок:
- добавление,
- вставка,
- удаление ванны из циклограммы,
- очистка циклограммы.
Номер ванны (для вставки или добавления) вводится в поле «Циклограмма» (рис. 3).
Компьютерная программа основана на циклическом расчете материального баланса всех промывных ванн с учетом всех входящих и выходящих материальных потоков (рис. 4).
Масса солей в ваннах (M'i) в каждом новом цикле изменяется по сравнению с предыдущим ее значением (Mi) на величину ΔMi, которая учитывает как принос (ΔMдi-1) и унос (ΔMдi) солей на поверхности деталей, так и поступление (ΔMпi+1) и унос (ΔMпi)солей с промывной водой в случае проточной промывки (рис. 2):
M'i = Mi + ΔMi, (1)
ΔMi = ΔMдi-1–ΔMдi+ΔMпi+1–ΔMпi, (2)
ΔMдi-1 = (Mi-1/Vi-1) ∙ q ∙ S ∙ Δt, (3)
ΔMдi = (Mi/Vi) ∙ q ∙ S ∙ Δt, (4)
ΔMпi+1 = Q ∙ (Mi+1/Vi+1) ∙ Δt, (5)
ΔMпi = Q ∙ (Mi/Vi) ∙ Δt, (6)
Аналогичным образом рассчитывается поступление примесей ванны покрытий.
Компьютерная программа позволяет:
- рассчитать изменение концентрации ионов металлов в ваннах промывки во времени за любой период при любой производственной программе;
- определить, в каких ваннах и в течение, какого периода концентрация по отмываемому компоненту станет выше ПДК;
- рассчитать расход воды (пример – в таб. 1) при изменении производительности по какому-либо покрытию или последовательности технологических операций;
- рассчитать концентрацию ионов металла в сточной воде, отводимой на очистку, т.е. оценить безвозвратные потери ТТМ.
