התאוששות מתכות במים בתעשיית ציפויים

מפעלי ציפויים וטיפול פני שטח מייצרים מי שטיינה הכוללים שטיפות ציפוי, הדחקת תוצרים ושפיכת תמיסות יתרות. במים אלה עשויים להופיע כרום, ניקל, נחושת, אבץ, ברזל ומתכות נוספות, בהתאם לתהליך ולסוג הציפוי המיושם.

התאוששות מתכות משפכים בתעשיית ציפויים באמצעות אלקטרוליזה מחזורית מעבירה יוני מתכת מהמים לאלקטרודה ומאפשרת להפיק מתכת שניתרת, לאחר בדיקת טהרה, למחזור תעשייתי. התהליך משלב טיפול מקדים, העברת חשמל, הפרדת מוצר וניקוי סופי.

היתרון המרכזי הוא צמצום צריכת חומרי גלם והקטנת כמות הפסקים העשירים במתכות. כדי לקבל תוצאה יציבה יש להתאים את המערכת להרכב המים, לעומסים השעתיים ולדרישות השפכה והשימוש החוזר.

מקורות המזהום והשפעתם

פעילות הציפוי עצמה אינה המקור היחיד. סימוני מים, הדחקת תוצרים מחזירה מהציפוי, צינור הפלטה וטבילות עשויות להכיל ריכוזים גבוהים של מתכות, ואילו שטיפות יכולות להפיץ זיהום נראה לעין לאורך המפעל.

הפרדה בין סוגי המים חשובה: שטיפות קודמות עשויות להיות דלילות יחסית, ואילו תמיסות הדחקה ושפיכות אמבר הן בדרך כלל ריכוזיות. שילובן מאבד את היתרון של טיפול נפרד לכל זרם ומגדיל את עומס המערכת.

מתכות עלולות להצטבר בשפכים, לפגוע במערכות ביולוגיות וליצור סיכונים תפעוליים במיוחד במקומות עבודה. שינויי ערכי חומציות, סיכון להיווצרות פסקים וצורך לטפל בפסקים מזהמים יוצרים עלויות תפעול וסיכון תאימות.

עיקרון האלקטרוליזה המחזורית

בתא אלקטרוליטי, מתח חשמלי מושך יוני מתכת מומסים אל הקתודה, שם הם מקבלים אלקטרונים ומוצרים כמתכת מוצקה. לאחר הפרדת המוצר מהאלקטרודה ניתן לאסוף אותו, לבדוק את טהרתו ולהחזירו למחזור תעשייתי.

אלקטרודה מסיסה יכולה לספק יונים נוספים למערכת ולסייע בשחזור חלק מהכימיה של תמיסת הציפוי. עם אנודה אינרטית מתקיים לרוב תהליך הפוך, שבו מתקיים שינוי בערך החומציות ועלול להיווצר גז; במקרים כאלה נדרשת מערכת ניקוי וייצוב נוספת.

ההפרדה בין מתכות נקבעת מפוטנציאל העברה, סוג החומרים המורכבים במים, ערך החומציות והריכוז. יונים המורכבים עם ליגנדים עשויים להיקשר חזק יותר למתכת, ולכן תכנון נכון חייב להתחשב בכימיה הממשית של כל תמיסת שטיפה.

בחירת אלקטרודות ותנאי הפעלה

חומר הקתודה צריך להיות עמיד בפני הרכב הכימי, לאפשר היצרות שכבת מתכת צמיכה ולהתאים לאופן איסוף המוצר. בהתאם למתכת ולתהליך ניתן לשקול חומרים כגון פלדת אלחזית, נחושת או חומרים מיוחדים, לאחר בדיקת עמידות כימית ותכונות מעטפת.

שטח האלקטרודה, צפיפת הזרם, זמן השהייה והמתח קובעים את קצב הייחון ואת ניצול הזרם. העברה מהירה מדי עלולה ליצור אבקה או לצמצם את הממונסים, ואילו העברה איטית מדי מגדילה את צריכת החשמל ואת שטח הציוד הנדרש.

המוצר המופרד צריך להיבדק לפי זהות, טהרה והרכב. רק אחרי שכבה מתכת שניתרת לשימוש, ניתן להכניסה לתהליך ייצור; מתכת באיכות לא מתאימה מועברת למסלול איסוף ומיחזור מוכר.

טיפול מקדים והגנת התהליך

הטיפול המקדים אינו משלם את התהליך, והוא מכוון להגן על האלקטרודות ולשפר את הייחון. יישור זרימה, סינון, הפרדת שמנים, הסרת חלקיקים ושליטה בערך החומציות מפחיתים עומסים, הערפה וזיהום ממקרים.

עקרון מניעת חדירת מזהים דומה לעקרונות המופיעים במסלול הסרת חומרי הדברה: קודם ממקדים את המקור ואחר כך מטפלים במים. במפעל ציפויים המיקום המדויק של הזיהום קובע אילו פעולות נדרשות.

זרמים המכילים ציאניד או כרום הקסוולני דורשים טיפול ייעודי ובקרה נפרדת. אין לערבב זרמים אלקסיים וחומציים ללא תהליך מאושר, מאחר ששילוב לא מבוקר עלול לייצר גזים מסוכנים ולשנות את כימיית המתכות.

מדדי ביצוע ותאימות לדרישות

הערכת מערכת צריכה להתבסס על נתוני יסוד, ולא על ריכוז מתכת אחד בלבד. מדדים מרכזיים הם אחוז הסרת המתכות, שיעור המתכת המאושרת למחזור, צריכת חשמל בקילוגרם מתכת, צריכת האלקטרודות וכמות הפסקים שנוצרה.

התאמה לדרישות הסביבה נקבעת מערכי התקנים המקומיים, מאפייני האזור והרשאות השפכה. במקומות בהם מתקיים שימוש חוזר במים, יש לבדוק גם את דרישות איכות המים לייעוד הספציפי; עיון נוסף בנושא טיפול במים לחקלאות יכול לסייע בהבנת דרישות בקרת איכות לפני שימוש חוזר.

מעקב שוטף צריך לכלול דגימות מהמזרמים, בדיקות ערכי חומציות, הולוגרפיית מתכות וריכוזי מוצקים. כך ניתן לזהות שינוי בהרכב התמיסה, להתאים את תהליך הטיפול ולהימנע מהעברה של מים לא מאושרים לשפכה.

תפעול תקין ותחזוקה שוטפת

תחזוקה שוטפת כוללת ניקוי אלקטרודות, בדיקת קילוף והטבעת חומרים, מעקב אחרי זרם ומתח, וניקוי מצבורי מוצקים. החלפה מתוכננת של אלקטרודות והגנה על ידי מסננים מפחיתות תקלות ושינויים בביצוע.

המערכת דורשת גם ניהול בטיחות של חשמל, חומצים, גזים וחומרים מגירים. מערכת אוורור, ניתוק חירום, הגנה על ציוד ותהליך בטוח לניהול תקלות הם חלק בלתי נפרד מתכנון התא.

אחרי ההפעלה, מסירה סינון ואפיון מתכת מאושרים מאפשרים לסגור את מחזור המשאבים בצורה מדידה. התיעוד צריך לכלול תהליכי הפעלה, תחזוקה, בדיקות, חריגות ואחריות לכל ציוד מרכזי.

גישתו של שאנגצ'יאו ג'ינצ'יאו לטכנולוגיית הגנת הסביבה משלבת תכנון, ייצור, התקנה, הפעלה ותחזוקה של פתרונות לטיפול בשפכים תעשייתיים. כך ניתן להתאים את מערכת האלקטרוליזה לאתר, לציוד ולמטרות האיכות הנדרשות.

השלב המיומש הבא הוא מדידת בסיס במהלך שבוע עבודה מייצג, הכוללת דגימות מוצקים, מתכות מומסות, ערכי חומציות וזרימה, לצורך קביעת קצב הטיפול ושטח האלקטרודה.