ChSTU repository

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________  
          «Допущено до захисту» 
     Завідувач кафедри  д.т.н., 
професор 
 _________Геннадій СТОЛЯРЕНКО 
«____»  _________________2022р. 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
на тему 
РОЗРОБКА КОМПЛЕКСНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ  ОЧИЩЕННЯ 
СТІЧНИХ ВОД АВТОТРАНСПОРТНОГО ПІДПРИЄМСТВА. 
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
Науковий керівник Виконавець роботи 
д.т.н., професор магістрант 
  
_______Геннадій СТОЛЯРЕНКО __________ Анна ПЕТРЕНКО 
 
  
  
  
  
Нормоконтроль Наталія ФОМІНА 
  
 
 
Черкаси 2022 
 
 
ВСТУП 
Питання охорони довкілля нині набули важливого соціально-
економічного значення. У Черкаській області однією з ключових екологічних 
проблем є охорона водних ресурсів та їхнє раціональне використання. 
Негативний вплив на екологічну обстановку водних ресурсів Черкащини 
мають стічні води промислових та автотранспортних підприємств. Ці стоки 
відрізняються великою різноманітністю за складом та високими річними 
обсягами. Тільки по місту Черкаси обсяг скидання забруднених стічних вод 
перевищує 100 млн. м3/рік. 
Особливу небезпеку для навколишнього середовища становлять стічні 
води з високим вмістом поверхнево-активних речовин, нафтопродуктів, 
вільних та емульгованих олій. Пряме скидання таких стоків у водоймища 
заборонено існуючими санітарно-гігієнічними нормами. У той же час 
традиційні методи очищення, такі як флотація, відстоювання, коагуляція, 
фільтрування та інші, не задовольняють збільшених вимог щодо 
забезпечення очищення води. 
Найбільш радикальним способом захисту водних об'єктів на сучасному 
розвитку економіки є створення замкнутих систем водопостачання на рівні 
як окремих виробництв, так і підприємств в цілому. При цьому очищення 
стоків здійснюється, як правило, комбінованими методами, що включають 
поєднання традиційних методів поділу рідких сумішей. Крім того, через 
нерівномірність у розподілі забруднень та великих витрат води необхідно 
створювати локальні системи очищення окремих стоків. 
Актуальність дослідження. Зливові стоки з автомагістралей, 
поверхонь автозаправних станцій, автотранспорту та автотехнічних 
підприємств також є важливим джерелом забруднення міських водозборів, 
що містять нафтопродукти, феноли та легко окислювані органічні речовини. 
У зв'язку з цим проводяться дослідження з удосконалення діючих та 
розробки нових методів очищення стічних вод. Серед останніх особливий 
інтерес викликають баромембранні методи – мікро-, ультрафільтрація та 
зворотний осмос. Вони дозволяють досягати високих ступенів очищення за 
відносно невисокого рівня витрат. Найбільшого поширення набув метод 
ультрафільтрації, як менш енергоємний і більш продуктивний. При цьому він 
найменш вивчений у порівнянні з мікрофільтрацією та зворотним осмосом. 
Основним недоліком методу ультрафільтрації є виникнення 
концентраційної поляризації, що призводить до гелеутворення на поверхні 
напівпроникної мембрани, що значно знижує продуктивність. З існуючих 
способів боротьби з цим явищем можна виділити метод створення високих 
дотичних напруг над поверхнею мембрани шляхом введення суміші, що 
розділяється в напірний канал. 
Особливо слід відзначити технологічний аспект використання 
баромембранних методів. Останні вимагають створення та підтримки 
високого робочого тиску і, отже, відповідної апаратури, що забезпечує 
герметичність, надійність, безпеку процесу. Відпрацюванню технологічних 
режимів та створення апаратів було присвячено безліч досліджень та 
публікацій, однак і на сучасному етапі значення досліджень з розробки 
апаратів та режимів їх роботи зберегло актуальність. 
Мета та завдання роботи є вибір найбільш ефективного методу 
очищення стічних вод автомийного господарства АТП з метою зменшення 
негативного впливу на навколишнє середовище та раціонального 
використання природних ресурсів, особливо раціонального використання 
води. Також, комплексне дослідження фізико-хімічних методів очищення та 
регенерації відпрацьованих водних розчинів технічних миючих засобів 
(ТМЗ), що включає: 
- дослідження впливу гідродинамічних факторів та конструктивних 
параметрів мембранних модулів на масоперенесення у процесі 
ультрафільтрації; 
- розробку технологічної схеми очищення на основі традиційних та 
мембранних методів поділу; 
- аналіз методів очищення, які мають перспективу застосування для 
очистки стічних вод від важких металів. 
- Вибір відповідних режимів експлуатації та техніко-економічна оцінка 
витрат на очищення. 
 
Об’єктом дослідження є виробничий підрозділ автотранспортного 
підприємства, тобто цех мийки (автомийка); 
Предметом дослідження є екологічні аспекти діяльності 
автотранспортного підприємства. 
Вплив виробничих підрозділів (цехів очищення) автотранспортних 
підприємств на навколишнє середовище та визначення ефективності очисних 
адсорбційних установок, встановлених на АТП, а також розробка 
комплексних технологій очищення стічних вод АТП. 
Ключові слова: автотранспортне підприємство (АТП), автобусний 
парк (АП), оборотне водопостачання, автомийка, стічні води, раціональне 
водокористування, довкілля (НС), ТМЗ – технічні миючі засоби, ІЧ(інфра-
червона) – спектроскопія, мастильно-охолоджувальні рідини (МОР), 
хлористий метилен (ХМ). 
Методи дослідження. У роботі на вирішення конкретних завдань 
використовувалися сучасні фізичні і хімічні методи дослідження: ІЧ-
спектроскопія, фотоколорометрія, спектрометрія із спектрофотометром Ulab 
102_102UV, електронна мікроскопія, рН – метрія. Результати експериментів 
опрацьовувалися з використанням сучасних комп'ютерних технологій. 
 
РОЗДІЛ 1 
 
1.1. Аналіз екологічної ситуації Черкаської області по стічних водах, 
які містять поверхнево – активні речовини та нафтопродукти 
В останні десятиліття в Черкаській області склалася вкрай 
несприятлива екологічна ситуація, спричинена господарською діяльністю 
людини. Розташовані тут підприємства різних галузей промисловості 
викидають у довкілля відходи свого виробництва, які, зазвичай, не 
відповідають суворим санітарно-гігієнічним нормам, прийнятим у районі 
річки Дніпро [1-3, 5]. Недотримання норм пояснюється насамперед 
недосконалістю існуючих технологій очищення, знешкодження та утилізації 
відходів підприємств, що діють. 
Основними джерелами забруднення водойм нафтопродуктами та ПАР є 
стічні води підприємств таких галузей промисловості, як машино- та 
приладобудування, автотранспорт, радіоелектроніка, а також стічні води 
підприємств переробки нафти та нафтопродуктів [1]. 
На території Черкаської області здійснюють свою діяльність 15 
підприємств машинобудівного комплексу, у тому числі 
сільськогосподарського, транспортного машинобудування, електротехнічної 
промисловості та приладобудування. Основними природоохоронними 
проблемами у галузі є: нераціональне використання водних ресурсів, 
забруднення водних об'єктів неочищеними зливовими водами з пром-
майданчиків підприємств та скидання недостатньо очищених стічних вод у 
мережі міської каналізації [1]. 
За попередніми даними, у 2019 році в Черкаській області працювало 
9709 підприємств (без банків і бюджетних установ), що на 533 (6%) більше, 
ніж у 2018 році. На 10 тис. населення припадає 81 підприємство (91 в 
Україні). 
Загальний обсяг використаної води 2020 р. становив 4,7 млн.м3, 
зокрема - на виробничі потреби - 2,55 млн.м3 (43,5 %), у системах оборотного 
та повторно-послідовного водопостачання - 1,359 млн.м. 
Скинуто стічних вод – 0,12 млн.м, у тому числі – 0,01 млн.м 
неочищених; забруднюючих речовин – 0,035 т, на рельєф місцевості – 0,11 
млн.м3. 
З 81 підприємства 59 здійснюють скидання стічних вод у міські 
каналізації. 
У 2019 році валові скиди по галузі склали – 7,71 тис.т. З них твердих 
речовин – 2,62 тис.т; газоподібних та рідких - 5,09 тис.т. 
Системами очищення підприємств уловлено 5,84 тис.т забруднюючих 
речовин (43%). 
Із загальної кількості транспортних підприємств більшу частину 
становлять підприємства автотранспорту. Під час експлуатації, технічного 
обслуговування та ремонту рухомого складу на АТП утворюються 
різноманітні промислові відходи, які за певних умов можуть мати шкідливий 
вплив на навколишнє середовище. На рис.1.1. представлено принципову 
схему будови основних відходів виробництва АТП. Компоненти 
відпрацьованих нафтопродуктів включають відпрацьовані моторні оливи, 
трансмісійні оливи, консистенційні мастила, промислові мастила та 
нафтопродукти, які використовуються для очищення елементів і 
компонентів. Дослідження показали, що в залежності від модифікації 
автомобіля, технічного стану, умов експлуатації рухомого складу кількість 
відпрацьованого масла і мастила має різний склад і може становити від 13% 
до 33% свіжого масла. споживання. 
 
Рисунок 1.1. - структурна схема основних виробничих відходів АТП 
Значна кількість стічних вод підприємств скидається у мережі міської 
каналізації як стійких водомасляних емульсій з високим вмістом ПАР. Вони 
утворюються в результаті обробки деталей у технологічному процесі 
мастильно-охолоджувальними рідинами (МОР) та технічними миючими 
засобами (ТМЗ). Існуючі системи очищення не здатні забезпечити якісний 
поділ емульсій. Ця проблема, а також питання пов'язані з утилізацією рідких 
відходів належать до невирішених на цьому етапі. Потрібна організація та 
впровадження локальних очисних споруд безпосередньо у цехах 
підприємств, де здійснюються технологічні процеси з використанням МОР та 
ТМЗ. 
 
1.2. Характеристика водних розчинів відпрацьованих технічних 
миючих засобів 
 
Пожежобезпечні технічні миючі засоби (ТМЗ) є відносно новим 
досягненням у галузі обробки різних поверхонь у промисловому 
виробництві. Використання ТМЗ є наслідком зростання вимог до чистоти 
металевих, скляних та деяких полімерних твердих поверхонь на всіх стадіях 
виготовлення, монтажу, експлуатації та ремонту деталей, складальних 
одиниць, агрегатів, різних машин і приладів. Чистота поверхонь досягається 
видаленням з них мінеральних і нафтових масел і продуктів їх розкладання, 
емульсійних охолоджуючих рідин, консерваційних мастил, паяльних флюсів, 
металевого пилу, абразивних речовин, що містяться в шліфувальних, 
полірувальних та довідкових пастах, а також інших виробничих і 
експлуатаційних. 
Сучасні способи очищення забруднених виробів передбачають 
комплексний механічний, хімічний і фізико-хімічний вплив миючих розчинів 
на поверхні, що очищаються, в результаті якого забруднення десорбуються з 
поверхні і розподіляються в миючому розчині, а його компоненти 
адсорбуються на звільненій від забруднень поверхні [16]. 
Зазвичай ТМЗ розробляються для конкретного застосування у певному 
технологічному процесі очищення, промивання, знежирення. Можливість 
використання цих засобів для інших цілей з'ясовується внаслідок відповідних 
виробничих випробувань. 
Проводяться роботи з уніфікації ТМЗ для відбору найефективніших 
для серійного виробництва. Так, ряд випробувань показав, що 
порошкоподібні лужні ТМЗ (Лабомід, МС, МЛ) практично взаємозамінні при 
знежиренні та очищенні техніки, що ремонтується, і її деталей. Миючі засоби 
Анкрас і СЕП-411 взаємозамінні для видалення старих лакофарбових 
покриттів [17]. 
Рідкі ТМЗ виготовляються із суміші, як правило, неіонногенних ПАР, 
розчинників та органічних добавок. Концентрація у водному розчині 
коливається в широких межах (від 5 до 80 г/л). Перед застосуванням розчин 
підігрівається до 50-80°С. У концентрованому вигляді є пасту або в'язку 
рідину зі специфічним нерізким запахом [16, 45]. 
Після використання у миючому розчині накопичуються відмиті з 
поверхні деталей забруднення. До складу цих забруднень входять технічні 
масла, зважені речовини, асфальто-смолянисті речовини, частинки 
абразивних матеріалів та ін. Так, наприклад, одна з найбільш часто 
використовуваних ТМЗ Вертолін-74, що складається з третинних амінів, 
ПАР, трибутилфосфату, насичених органічних кислот корозії внаслідок 
експлуатації накопичує у собі всі перелічені види забруднень, і навіть частки 
важких металів [16,54]. Такий відпрацьований миючий розчин перед 
скиданням в мережі каналізації повинен піддаватися ретельному очищенню 
та знешкодженню, оскільки становить серйозну небезпеку для 
навколишнього середовища. 
Таким чином, внаслідок застосування ТМЗ на основі ПАР виникли нові 
проблеми, пов'язані з очищенням стічних вод промислових підприємств. 
Складність цієї проблеми полягає в тому, що наявність ПАР у стоках навіть у 
мікрокількостях серйозно ускладнює їх очищення внаслідок високої 
здатності ПАР до піноутворення. Іноді ПАР унеможливлюють біологічне 
очищення стоків внаслідок їх низької біорозкладності. Неіоногенні ПАР, які 
найчастіше лежать в основі ТМЗ, не піддаються біохімічному очищенню [21, 
23, 24]. 
Потрапляючи через мережі каналізації у природні водоймища, ПАР 
порушують санітарно-гігієнічний режим: виснажується запас розчиненого у 
воді кисню (витрачається на окислення ПАР) і підвищується концентрація 
нафтопродуктів за рахунок накопичення останніх у поверхневих плівках 
ПАР. Крім того, ПАР чинять токсичний вплив на тварин і мешканців водойм. 
У більшості ПАР спостерігається вузький інтервал між токсичною та 
нетоксичною концентраціями для водних організмів, тому досить невеликого 
підвищення вмісту ПАР у водоймі, щоб завдати відчутної шкоди рибному 
господарству [22]. 
Як зазначалося вище, у промисловому виробництві ТМЗ застосовують 
у вигляді водних розчинів підігрітих до температури 50-80°С. Концентрація 
розчину коливається в широких межах і вибирається в залежності від 
складності конструкції виробу, що обробляється, і характеру забруднень. 
Розчин заливається в спеціальну мийну ванну, забезпечену ультразвуковими 
випромінювачами. Туди ж поміщаються вироби, що обробляються. 
Внаслідок впливу ультразвукових хвиль забруднення очищаються з 
поверхонь виробів і сорбуються в миючому розчині. Очищені вироби 
ополіскуються проточною водою та прямують на подальшу обробку. 
Вплив ультразвукових хвиль на водні розчини, що містять олії, було 
розглянуто авторами досліджень [25]. Схема пристрою емульгування 
ультразвуком рис. 1.2. Як джерело електричної енергії застосовувався 
ультразвуковий генератор із частотою коливань до 5 мГц. Електрод, 
підведений до пластикової або керамічної пластини 4, повідомляє їй напругу 
до 5000 високої частоти. Пластина занурена в трансформаторне масло, що 
виконує роль передавача механічного коливання середовища 3. Над 
пластиною, що коливається, утворюється фонтан масла, що служить полем 
для поширення ультразвукових хвиль. Досліджувана рідина є водою з 
поверхневим шаром індустріального масла. Вона міститься у спеціальній 
посудині з акустичним вікном, як якого використовували тонкий металевий 
або пластмасовий лист. Ці експерименти показали, що в посудині з рідиною, 
що досліджується, в результаті впливу ультразвукових хвиль утворювалася 
водомасляна емульсія. Фізичні властивості отриманої емульсії залежали від 
характеристики використаної апаратури та часу озвучування.  
Зазвичай для отримання емульсії потрібна інтенсивність 0,2-104 Вт/м2 і 
частота 20-50 кГц. Найважливішою характеристикою емульсії її стійкість, 
тобто. здатність не розшаровуватися з часом. Стійкість емульсії 
забезпечується добавкою спеціального компонента – емульгатора. Як 
емульгатори можуть служити неорганічні електроліти, тонко подрібнені 
нерозчинні порошки, високомолярні сполуки. Відомі своїми високими 
емульгувальними здібностями та поверхнево-активні речовини [22, 35, 46, 
53]. 
   
                                       
 
1 - посудина емульгування; 2 – акустичне вікно; 3 - передавальне 
середовище (трансформаторна олія); 4 – пластина трансдуцера; 5 – повітряна 
подушка. 
Рисунок 1.2. Схема пристрою емульгування ультразвуком 
  
Аналізуючи лабораторні досліди та технологічні процеси очищення та 
знежирення виробів, можна стверджувати, що відпрацьовані водні розчини 
ТМЗ являють собою емульсію типу "масло-вода". Стійкість даної емульсії 
забезпечують ПАР, що входять до складу ТМЗ. Спостереження за 
відпрацьованим розчином ТМС показують, що отримані емульсії мають 
значну стійкість і не руйнуються протягом декількох тижнів [30]. 
Питання руйнування емульсій - деемульгування - одна із 
найскладніших розробки ефективної технології очищення відпрацьованих 
ТМЗ. У літературі регулярно з'являються повідомлення про дослідження в 
даному напрямку. Це свідчить про те, що пошук оптимального вирішення 
цієї проблеми з точки зору ефективності поділу та економічності процесу 
залишається дуже актуальним [12-14, 17 -19]. 
 
1.3. Забруднення водойм солями важких металів 
Важкі метали є основними забруднювачами водних об'єктів. 
Природним джерелом надходження важких металів у водне середовище є 
розчинення і вилуговування гірських порід. Однак в останні десятиліття 
забруднення природних вод в більшій мірі відбувається в результаті 
господарської діяльності людини. Основний внесок складають скиди кадмію, 
свинцю, міді і цинку від підприємств металургійної, металообробної, 
хімічної промисловості, гальванічних виробництв, а також виробництв 
мінеральних фарб, добрив, штучних волокон [8, 9]. 
У незабруднених природних водах вміст іонів кадмію, свинцю і цинку 
становить 0,02-0,3 мкг/л, 1,5-6,5 мкг/л і 3-120 мкг/л відповідно. Однак в тих 
містах, де здійснюється скидання промислових стічних вод в створи річок, 
концентрація цих металів перевищує ГДК до 10 разів, що обумовлює їх 
токсичну дію на водну біоту [10-13]. 
Концентрація іонів міді, нікелю та марганцю в природних водних 
системах становить 2 - 30 мкг/л, 0,8-10 мкг/л і 1-160 мкг/л відповідно. У 
підземних водах цих сполук більше, ніж в поверхневих, за рахунок процесів 
лужного розчинення мідно-нікелевих і залізовмісних руд. ВМ, що 
знаходяться у навколишньому середовищі в концентраціях більших за ГДК, 
здатні до біонакопичення в рослинних і тваринних організмах. Потрапляючи 
в організм людини, вони порушують роботу ферментних систем, органів 
кровотворення, печінки, нирок, шлунково-кишкового тракту, мають 
канцерогенні та тератогенні властивості. 
У Черкаській області існує ряд проблем, пов'язаних з погіршенням 
загального стану поверхневих і підземних водних об'єктів. Однією з них є 
скидання в поверхневі водойми стічних вод, в результаті чого відбувається 
забруднення водних об'єктів, зокрема, ВМ. 
У таблицях 1.1 і 1.2 наведені дані щодо забрудненості поверхневих вод 
сполуками важких металів на прикладі річки Дніпро – основної водної 
артерії України. Авторами [15] (визначено середнє значення концентрації 
важких металів в річці Дніпро поблизу міста Черкаси та проведено їх 
співставлення з екологічними нормативами [14] (див. табл. 1.1). 
 
Таблиця 1.1 - Вміст важких металів у воді річки Дніпро (м. Черкаси) 
 
Як видно з наведених даних для більшості металів не спостерігається 
перевищення ГДК, за виключенням Pb та Cd. Це обумовлено тим, що значна 
частина іонів ВМ, що надійшли у річку з стічними водами, сорбувалася 
донними відкладами. 
Так як, здатність водойм до самоочищення обмежена і при подальшому 
техногенному навантаженні спостерігається тенденція до збільшення 
концентрації ВМ та перевищення ГДК в 1,5-25 разів, очищення стічних вод 
від важких металів набуває першочергове значення[38]. 
1.4. Ультрафільтрація – метод очищення відпрацьованих розчинів ТМЗ 
 
Мембранна технологія в останні два десятиліття широко 
застосовується для очищення, поділу, фракціонування та концентрування 
розчинів. Серед мембранних процесів особливо інтенсивно розвиваються 
баромембранні, рушійною силою яких є різницю тисків з обох боків 
мембрани [47]. Мембрана є напівпроникною перегородкою і діє як 
молекулярний фільтр, пропускаючи молекули, розміри яких менші за розміри 
її пір (рис. 1.3). 
У зв'язку з дедалі більшою кількістю технологічних завдань, що 
вирішуються, баромембранні процеси диференціювалися з часом на три 
самостійних: мікрофільтрацію, ультрафільтрацію і зворотний осмос. 
Характерною особливістю кожного процесу є розмір частинок, що 
відокремлюються, який розташовується в діапазоні від 10-9 до 10-6 м [48]. 
Однак, досі межі баромембранних методів поділу чітко не визначені, що, 
мабуть, принципово неможливо, оскільки мікрофільтрація, ультрафільтрація 
та зворотний осмос у широких межах перекриваються: як щодо їх фізико-
хімічного опису, так і задач і технічної реалізації, що вирішуються. (Рис. 
1.4.). 
Найбільш перспективним і водночас найменш вивченим із 
баромембранних методів визнається метод ультрафільтрації [50]. Широке 
практичне застосування ультрафільтрації останніми роками вимагає 
розширення досліджень у цій галузі, що дозволить суттєво збільшити 
можливості використання цього методу під час вирішення практичних 
завдань. 
Ультрафільтрація - процес поділу розчинів за допомогою 
напівпроникних мембран, здатних пропускати молекули розчинника та 
низькомолекулярних речовин та затримувати високомолекулярні розчинені 
речовини [47]. Процес ультрафільтрації, як і зворотний осмос відрізняється 
від звичайної фільтрації тим, що при їх проведенні оброблена гомогенна 
суміш поділяється на два гомогенні продукти: фільтрат, що пройшов через 
мембрану, і концентрат, що залишився над мембраною. Жорстких опадів на 
мембрані не утворюється. 
Рушійною силою ультрафільтрації є різниця гідростатичного та 
осмотичного тисків по обидва боки мембрани 
 
де  - надлишковий (робочий) тиск над вихідним розчином, [Па];  
 - різниця осмотичних тисків, [Па]. 
Основними параметрами процесу ультрафільтрації є питома 
продуктивність (проникність) мембран фільтрату   і селективність  
 
Де      V- об’єм фільтрату, [м ]; 
   О 
F – робоча поверхня мембрани, [м ]; 
          - час, [с]; 
С1, С2 - концентрація розчиненої речовини у фільтраті і розчині, що 
розділяється відповідно. 
Ультрафільтрація здійснюється без фазових перетворень та при 
температурі навколишнього середовища, що дозволяє використовувати її в 
різних галузях промисловості. 
В останні роки у спеціальній літературі з'явилися відомості про 
застосування методу ультрафільтрації для знешкодження стічних вод, що 
містять відпрацьовані ТМЗ [50, 36, 45]. Жиро-емульсійні стічні води 
фільтруються через напівпроникну мембрану, при цьому краплі олії 
залишаються в потоці і концентруються, а молекули води, ПАР та 
неорганічних солей проходять через мембрану у вигляді фільтрату. 
До переваг методу ультрафільтрації порівняно з існуючими 
традиційними способами очищення відпрацьованих ТМЗ відносяться 
універсальність процесу, простота та компактність установки, легкість 
експлуатації та автоматизації процесу, відсутність хімічних реагентів та 
фазових перетворень,  
можливість повного повторного використання очищеного розчину [47, 
48]. Сукупність цих переваг дозволяє знизити капітальні та експлуатаційні 
витрати у 2-3 рази в порівнянні з традиційними методами очищення [50]. 
Ультрафільтраційні установки можуть працювати в широкому діапазоні 
температур (10-15)°С, рН середовища (1-14) та при порівняно невисокому 
робочому тиску (0,1-1,0) МПа [47,48-50]. 
 
Рис.1.3. Схема процесу ультрафільтрації емульсійних стічних вод. 
 
 
 
 
 
 
 
       
  
Мікрофільтрація 
     
  
Ультрафільтрація 
     
  
зворотній осмос 
      
                  0,0001      0,001        0,01            0,1            1             10 
Рис. 1.4. Межі застосування баромембранних процесів 
 
Визначальною проблемою при реалізації методу ультрафільтрації є 
правильний вибір типу мембрани. У загальному випадку до мембран 
пред'являються такі вимоги: висока роздільна здатність (селективність), 
висока питома продуктивність (проникність), хімічна стійкість до впливу 
середовища системи, що розділяється, незмінність характеристик в процесі 
експлуатації, достатня механічна міцність [49,50]. При ультрафільтрації 
жиро-емульсійних стічних вод особливого значення має матеріал 
виготовлення мембрани. Так, наприклад, гідрофобні по відношенню до масла 
мембрани, менш схильні до засмічення і не вимагають частої регенерації 
[40]. Матеріал мембрани значно впливає (при ультрафільтрації емульсії через 
мембрани з різних матеріалів) на селективність і проникність при 
однаковому розмірі пір та інших рівних умовах. У існуючій практиці 
очищення маслоемульсійних стічних вод та регенерації цінних компонентів 
зарекомендували себе, головним чином ацетатцелюлозні та поліамідні 
мембрани, що володіють високою проникністю та селективністю [49, 50]. 
Термін придатності мембран у промислових умовах становить за деякими 
даними [29] 1-2 року. 
При очищенні відпрацьованих ТМЗ ультрафільтрацією, важливе 
значення має попереднє очищення суміші, що розділяється. Щоб уникнути 
засмічення та залипання мембран з емульсії, попередньо необхідно видалити 
вільні краплинні масла, механічні домішки, залишки мастильних та 
шліфувальних матеріалів, зважені речовини. В іншому випадку відбувається 
різке зниження ефективності та економічності (внаслідок скорочення терміну 
служби мембран) процесу [21-22]. 
Більш докладно необхідно зупинитися на вплив зовнішніх факторів на 
процес ультрафільтрації та його ефективність. До цих факторів відносяться 
робочий тиск, температура, гідродинамічні умови, концентрація розчину, що 
розділяється. 
Дослідженню впливу зовнішніх факторів на процес ультрафільтрації 
приділено значну увагу у роботах [47-50]. Там же розглянуто питання 
очищення жиро-емульсійних стічних вод. 
Вплив температури розчину, що розділяється, має складний характер з 
наступних причин: 
- збільшення температури призводить до зниження в'язкості та 
щільності розчину, що призводить до збільшення продуктивності G. У той же 
час зростає осмотичний тиск, який зменшує рушійну силу процесу та 
зменшує G [47,46,37]. 
- Найпоширеніші ацетатцелюлозні мембрани зберігають свої 
селективні властивості лише до температури близько 60°С. Тому при 
використанні не рекомендується виходити за межі кімнатних температур 
[49,50]. 
Аналіз даних щодо впливу температури на питому продуктивність і 
селективність показують, що в початковий момент з підвищенням 
температури питома продуктивність зростає обернено пропорційно в'язкості 
розчину (при t=30-40°С), потім швидкість зменшується залежно від 
матеріалу виготовлення мембрани [21,51]. 
Збільшення робочого тиску також чинить на процес ультрафільтрації 
неоднозначний вплив. Від величини прикладеного тиску залежить рушійна 
сила процесу, водночас вплив високого тиску призводить до значних 
залишкових деформацій полімерної мембрани. Усадка структури мембрани з 
часом призводить до зниження питомої продуктивності та підвищення 
селективності [48,50,52]. Робочий режим встановлюється після кількох годин 
роботи установки, тобто. питома продуктивність спочатку збільшується 
підвищенням робочого тиску, та був стає практично постійної (рис. 1.5.). 
Концентрація розчинених речовин у розчині, що розділяється, визначає 
не тільки характеристики ультрафільтрації, але і можливість її використання 
для очищення і концентрування стічних вод [47]. Збільшення концентрації 
розчинених речовин призводить до зростання осмотичного тиску, що знижує 
рушійну силу процесу. Крім того, у стічних водах містяться зважені 
речовини, які осаджуються на поверхні мембрани. Усе це призводить до 
зниження питомої продуктивності [56]. 
Існуючі промислові мембранні установки працюють як при 
ламінарному, так і при турбулентному режимі руху розчину, що розділяється 
в міжмембранному каналі. Швидкість руху розчину, що розділяється - 
важливий параметр процесу ультрафільтрації, проте неможливо заздалегідь 
оцінити однозначно який вплив чинить підвищення швидкості на процес 
поділу. Підвищення швидкості може унеможливити відкладення осаду на 
поверхні мембрани, з іншого боку зумовлює зростання гідравлічних опорів, 
що веде до зниження рушійної сили процесу [20,21]. Важливим фактором, 
що впливає на ефективність поділу, є висота міжмембранного каналу. Вона 
обмежує можливості застосування апаратів з розвиненим турбулентним 
рухом, тому що в цьому випадку потрібно порівняно невелика висота каналу, 
що веде до зниження щільності упаковки мембран та збільшення 
енерговитрат на перекачування великих обсягів розчину [33,36]. 
Ключовим фактором, що визначає ефективність масопереносу в 
ультрафільтрації є концентраційна поляризація, так як вона є складною 
функціональною залежністю від усіх наведених раніше факторів. 
Концентраційна поляризація негативно впливає на процес 
ультрафільтрації з наступних причин: 
- Підвищення концентрації у поверхні мембран веде до зниження 
ефективності поділу; 
- Підвищення локальної концентрації може призвести до утворення 
осаду або гелю на поверхні мембрани; 
- граничний осмотичний тиск підвищується, що призводить до 
зниження рушійної сили процесу [47,50]. 
Для ультрафільтрації характерним є поділ високомолекулярних 
речовин з відносно низьким коефіцієнтом дифузії, при цьому підвищення 
концентрації на поверхні мембрани настільки значно, що нерідко веде до 
утворення шару гелю (рис. 1.5.). 
Існує безліч шляхів зниження концентраційної поляризації (КП) 
[47,50,41,34]. 
 
Рис. 1.5. Схема, що ілюструє розподіл концентрації в процесі 
ультрафільтрації на локальній ділянці мембрани та у прикордонному шарі: 
1 – мембрана; 
2 – шар гелю; 
3 – прикордонний шар. 
У лабораторних осередках зниження КП досягається інтенсивною 
турбулізацією розчину механічною або магнітною мішалкою. Збільшення 
питомої продуктивності та селективності зі зростанням турбулентності 
обумовлено зниженням концентрації розчиненої речовини у прикордонному 
шарі, що викликає зниження осмотичного тиску    π «відповідне збільшення 
рушійної сили процесу [47,52]. 
Одним з ефективних методів зниження концентраційної поляризації є 
застосування тонких міжмембранних каналів [47,48], за якими розчин, що 
розділяється, протікає в ламінарному режимі. При цьому можлива висока 
щільність упаковки мембран та значне зниження енерговитрат [47]. 
Для зниження КП застосовують також пульсуючі потоки, мішалки зі 
зворотно-поступальним рухом вздовж поверхні мембран та ін [53,48]. 
Оцінка впливу концентраційної поляризації на процес ультрафільтрації 
та визначення шляхів його зниження є найбільш важливим завданням при 
розрахунку проектування мембранних процесів. Існуючі методи 
нейтралізації мають ряд певних недоліків: вони ускладнюють обладнання, 
що використовується, призводять до подорожчання мембранних процесів. 
Позитивним фактором при вирішенні проблеми КП можуть бути 
конструктивні особливості ультрафільтраційного апарату, що дозволяють 
знижувати швидкість утворення гелю на поверхні мембрани без додаткових 
витрат. Наприклад, застосування апарату з мембраною, що обертається 
дозволяє значно підвищити ефективність поділу за рахунок запобігання 
утворення гелю [26]. Розглянемо існуючі конструкції апаратів докладніше, 
оскільки проблема розробки та впровадження нових апаратів є дуже 
актуальною з усіх поглядів [30, 39-42]. 
 
1.5. Апарати та установки для проведення процесу ультрафільтрації 
 
Темпи впровадження мембранної технології у промисловість свідчить 
про високу ефективність використання баромембранних процесів як у 
традиційних виробництвах, так і при вирішенні питань захисту довкілля.  
Важливе значення при оцінці ефективності та економічності процесу 
має апаратура, використана у технологічній схемі. Вибір найбільш 
економічного в експлуатації мембранного апарату, оптимальних режимів 
його роботи, мабуть найскладніший етап розробки оригінальної технології 
поділу рідких сумішей. 
Достатньо не врахувати одного з численних важливих факторів (таких, 
як якість передпідготовки суміші, що розділяється, особливості взаємодії 
розчинених і зважених речовин з поверхнею мембрани, вибір 
гідродинамічного режиму в апараті, робочого тиску і температури, способів 
промивання мембран і стерилізації установки в цілому, термін служби 
мембран та особливості їх експлуатації тощо), щоб зробити невірний 
висновок про ефективність використання установки для поділу даної рідкої 
суміші [50].  
Різноманітність типів конструкцій мембранних апаратів, що 
використовуються в даний час - в промисловості, визначається саме 
розмаїттям систем, що розділяються за складом і співвідношенням містяться 
в них компонентів, відмінністю їх властивостей і вимог, що пред'являються 
до якості поділу [26]. 
У сучасному мембранному апаратобудуванні апарати для проведення 
мембранних процесів можна розділити на дві основні групи: з великою 
робочою поверхнею мембран, але низькою швидкістю масопередачі та з 
інтенсивною масопередачею через мембрану, але низькою питомою 
поверхнею мембран в апараті. До першої групи відносяться апарати з 
порожнистим волокном та з рулонними мембранними елементами; до другої 
групи - плоскокамерні та трубчасті апарати [48]. 
Основні вимоги до мембранних апаратів: 
1. Мінімальна витрата енергії на одиницю одержуваного продукту: 
2. Оптимальний гідродинамічний режим: 
3. Надійність у роботі. 
4. Невисока матеріаломісткість на одиниці робочої поверхні мембран; 
використання дешевих конструкційних матеріалів та їх економічний розкрій; 
висока питома робоча поверхня мембран (м2/м2); 
велика робоча поверхня мембран в одиниці об'єму апарату (м2/м3). 
5. Простота експлуатації, високий рівень автоматизації: 
6. Зручність промивання, стерилізації та консервації 
7. Простота та компактність конструкції; технологічність виготовлення 
та легкість монтажу; малі зусилля, що прикладаються для герметизації 
апарату. 
8. Можливість відбору фільтрату окремо від кожного мембранного 
елемента; герметичність лінії фільтрату. 
9. Спеціальні вимоги (визначаються специфічними властивостями 
розчинів, що розділяються і т.п.) [48]. 
Найбільшого поширення в сучасній практиці набули плоскокамерні 
апарати, які відрізняються мабуть, найбільшим різноманіттям конструкцій. 
Багато хто з них застосовуються при проведенні процесів-поділу масляних 
емульсій [19-22]. 
Автори винаходу [39] пропонують апарат плоского типу для поділу 
рідких сумішей (рис. 1.6). Апарат складається з металевого корпусу 1, 
кришки 2 з кільцевими виступами 3, центрального колектора 4 для 
відведення продукту, набору мембранних елементів 5, виконаних у вигляді 
дисків зі зрізаними сегментами 6, протилежно розташованими. Мембранний 
елемент і прокладка ущільнювача 7 утворюють пакет або блок, який щільно 
обернутий по периферії еластичною плівкою 8. Елементи розташовані таким 
чином, що суміш послідовно рухається над мембранами всіх елементів, 
рівномірно розподіляючись по поверхні. Це призводить до інтенсифікації 
робіт апарата порівняно з аналогічними конструкціями. 
Головним недоліком цього апарату є неможливість зміни ходу суміші, 
що необхідно при подачі її великих витрат. Це значно знижує ефективність 
роботи даного апарату. 
 
1 - корпус; 2 – кришка; 3 - кільцевий виступ; 4 – центральний колектор; 
5 мембранний елемент; 6 – зрізаний сегмент; 7 - ущільнювальне 
прокладання; 8 – плівка; 9 – порожнина підвищеного тиску; 10, 11 - штуцера 
введення вихідної суміші та виведення концентрату, відповідно. 
Рисунок 1.6 Мембранний апарат плоскорамного типу для поділу рідких 
сумішей 
Загалом слід зазначити, що питання розробки нових типів мембранних 
апаратів та удосконалення діючих конструкцій є актуальними і перебувають 
у центрі уваги багатьох дослідників, як у нашій країні, так і за кордоном. Про 
це свідчать публікації, які регулярно з'являються у спеціальній літературі. 
1.6. Фізико-хімічні основи очищення стічних вод від іонів тяжких 
металів 
 
Електрохімічна обробка стічних вод здійснюється в результаті 
пропускання через них постійного електричного струму у відкритих або 
забезпечених кришками без діафрагмових електролізних ванн, в яких 
розміщені сталеві пластинчасті електроди, що поперемінно чергуються. 
Очищення стічних вод від сполук шестивалентного хрому засноване на 
хімічному відновленні біхромат-і хромат-іонів іонами заліза Fe+2, що 
утворюються при електролітичному розчиненні анодів. В результаті 
катодного відновлення Fe+3 також утворюється гідрооксид заліза(II) в 
оброблюваній воді Fe+3 утворюється за наступним механізмом реакцій: 
          6Fe+2 + CrO 2 +14H+ 6Fe+3
7 + 2Cr+3+ 7H2O          (1.6) 
   (кисле середовище) 
 6Fe(OH) 2 
2+ Cr2O7  + 7H2O6Fe(OH)3+2OH   (2.6) 
  (слабкокисле і нейтральне средовище) 
 3Fe(OH)2+CrO 2
4 +4H2O 3Fe(OH)3+Cr(OH)3+2OH  (3.6) 
  (слабколужне середовище) 
Крім того, може відбуватися хімічне відновлення Cr O -2 
2 7 і CrO -2
4  іонів в 
результаті катодних електрохімічних процесів відповідно до рівняння 
реакцій: 
          Cr O 2
2 7 + 14H++6e 2Cr+3+7H2O    (4.6) 
 СrO 2 
4 + 3e + 4H2OCr(OH)3+5OH.   (5.5) 
Крім того, можливе пряме електрохімічне відновлення біхромат-іонів 
металевим залізом: 
           Fe+3+ e Fe+2       (6.6) 
  Fe+2 +2OHFe(OH)2      (7.6) 
У процесі електролізу стічних вод відбувається підвищення величини 
рН внаслідок зменшення концентрації водневих іонів в результаті наведених 
вище хімічних процесів, а також електрохімічних реакцій утворення 
газоподібного водню. При цьому відбувається утворення гідрооксиду 
заліза(III) та гідрооксиду заліза(II), гідрооксиду хрому (III), а також 
гідрооксидів інших важких металів, іони яких знаходяться у стічних 
водах[46]. 
Ступінь відновлення Cr+6 в Cr+3 та час обробки стічних вод 
визначається загальною кількістю пропущеної через них електрики, а також 
рядом інших факторів: величиною рН вихідних стічних вод, їх вихідним 
хімічним складом, станом поверхні анодів і т.д. 
За законом Фарадея для переходу в розчин 55,85г заліза (у вигляді 
(Fe+2) відповідно до рівняння: 
Fe2eFe+2       (8.6) 
Потрібно 2 26,8 +53,6 ампер-годин електрики. Отже для розчинення 1г 
металевого заліза теоретично потрібно пропустити через стічні води: 
53,6
55,85  = 0,96А г електрики. 
При відновленні Cr+6 до Cr+3 іонами Fe+2 перейшли в стічні води в 
результаті розчинення сталевих анодів, і гідрооксидом заліза відповідно до 
рівнянь реакцій Cr+6 питома витрата металевого заліза на 1г Cr+6 складе: 
355,85
 3,22г, або. 3,22  вагових частин заліза на 1 вагову частину 
52
хрому. 
Теоретична витрата електрики для розчинення 3.22г. металевого заліза 
складе: 
0,96 3,22 =3,03 А г. 
Практично в результаті одночасного протікання анодних і катодних 
хімічних реакцій відновлення іонів хрому питома витрата заліза на 1 вагову 
частину, що міститься в стічних водах шестивалентного хрому, менше 
вищезазначеної витрати. При вихідній величині рН =3…5 і концентрацією 
хрому Cr+6 500-100 мг/л витрата металевого заліза становитиме ≤2 вагові 
частини на 1 вагову частину Cr+6. Практична витрата електрики майже 
відрізняється від зазначеного вище[41]. 
Оптимальне значення рН обробки стічних вод 3…5. При рН менше 3 
має місце хімічне розчинення заліза металевого. 
При вихідній величині рН>5 зростає питома витрата електрики та 
електроенергії на обробку одиниці об'єму стічних вод внаслідок зниження їх 
електропровідності та вищої величини перенапруги на катоді при виділенні 
водню. Внаслідок електрохімічної обробки стічних вод їх величина рН 
підвищується. Кінцева величина рН залежить від вихідної концентрації 
шестивалентного хрому та іонного складу води, що обробляється і може 
відрізнятися від вихідної величини рН на 1-4 одиниці. 
При величині рН>3 має місце пасивації поверхні сталевих анодів під 
дією хромат-іонів, а також нітратів, фосфатів, внаслідок чого погіршується їх 
електролітичне розчинення та знижується вихід струму. Додавання 
хлористого натрію до оброблюваних стічних вод усуває це явище, і навіть 
призводить до підвищення електропровідності стічних вод. зниження 
питомої витрати електроенергії на їх обробку, підвищення величини рН та 
прискорення коагуляції частинок осаду гідрооксиду металів та освітлення 
оброблюваної води. При вихідному вмісті стічних вод менше 0,3 г/л, 
мінімальна рекомендована доза NaCl становить 0,5 г/л. Розмір напруги на 
электролизере перебуває у інтервалі 6…12В. Час обробки залежить від 
густини струму і коливається від 0,5 до 5 хвилин[37]. 
Стійкість процесу анодного розчинення заліза визначається наявністю 
таких специфічних іонів, що сорбуються, які на останній стадії забезпечують 
високу швидкість дисоціації металу. Це підтверджується діаграмами Пурбе 
для заліза (рисунок 1.7). На цій діаграмі враховуються лише гідратовані 
форми оксидів і найбільш важливі в корозійному аспекті реакції в системі. 
Сітка ліній ділить діаграму на зони переважання певних компонентів та фаз. 
Так, нижче ламаної лінії 1-2-3 розташовується область, що охоплює значення 
потенціалів і рН, при яких залізо існує в металевому стані і є стійким. Ця 
область називається зоною термодинамічної стійкості заліза. Вище лінії 1 
переважають гідратовані іони заліза, вище ліній 7,8-гідрокси двовалентного 
заліза, вище лінії 3 - зони НFeO2. Область, розташована вище ламаної лінії 
10-4-7-2-3-8-6, є ймовірною зоною пасивації заліза, в якій переважають 
тверді його сполуки, що захищають залізо від подальшого руйнування, 
 яких залізо має піддаватися розчиненню. Одна з них укладена між 
лівою віссю ординат та ламаною лінією 1-7-4-10. Метали в межах цієї області 
у водних розчинах з утворенням іонів Fe+2 або (вище за лінію 9) іонів Fe+3. 
Інша область нестійкого стану заліза з утворенням у водних розчинах 
комплексних аніонів HFeO2 укладена між ламаною лінією 3-8-6 і правою 
віссю ординат. Таким чином, діаграми Пурбе дозволяють оцінити 
термодинамічну ймовірну поведінку металів у водних розчинах, встановити 
процеси потенціалів і рН, усередині яких даний метал повинен бути стійкий, 
з'ясувати хімічну природу, та обґрунтувати, за рахунок якої реакції 
(виділення водню або відновлення кисню) йде розчинення металу [34,38]. 
 
Рисунок 1.7  Діаграма Пурбе. 
Швидкість руху води щодо електродів у межах 1,2...400м/год не 
впливає на вихід струму, проте висока швидкість руху води перешкоджає 
утворенню відкладень на поверхні. При виконанні всіх умов протікання 
процесу розчинення металів необхідно враховувати вторинне утворення 
малорозчинних продуктів обсягом електроліту, які можуть транспортуватися 
до поверхні електрода за рахунок дифузійних, гідродинамічних та 
електричних факторів. Даний ефект істотно впливає на процес електролізу 
при низьких щільності струму на електродах, малому солевмісті, відсутності 
перемішування електроліту і т.д[52]. 
Властивості нерозчинних сполук металу, що утворюються при 
електролізі, залежать в першу чергу від іонного складу розчину, величини рН 
і часу старіння. 
Різновидом електролітичної коагуляції є запропонована 
В.Д.Дмитриевим[4] електрореагентна коагуляція, коли він взаємодія домішок 
води здійснюється під впливом електричного поля з допомогою введення 
належних проти розрахунковими дозами хімічних реагентів. При цьому 
можливе використання розчинних електродів або нерозчинних анодів 
(графіт, ОРТА, ОКТА та інших), а також розчинних катодів (залізо, алюміній 
та інші). Із введенням коагулянту підвищується концентрація електроліту та 
його електропровідність, що знижує енергетичні витрати на процес 
електролізу. Крім того, гідроксиди металів, що хімічно утворюються, під 
впливом електричного поля набувають більш активних властивостей. 
Сприятлива спільна дія хімічно та електрохімічно генерованих гідроксидів 
металів за рахунок процесу конденсації останніх на "затравці" коагулянту, 
що утворюється при гідролізі. Спорідненість структур покращує 
молекулярну та адсорбційну взаємодію між ними. 
У встановленні сорбції-десорбції використовується ефект 
гідродинамічної коагуляції. Процес визначається числом зіткнення частинок 
в одиницю часу за впливу гідродинамічних факторів відповідно до рівняння 
Смолуховського [4]: 
N = (32/3) N 2- 3 
A GD4
При постійній концентрації частинок число зіткнень визначається 
градієнтом швидкості G, що залежить від швидкості руху рідини в 
міжелектродному просторі, газоутримання та конструктивного виконання 
електрореактора. 
При збереженні постійними критеріями Каппа GT градієнтна 
коагуляція дозволяє отримувати низькі значення градієнта швидкості: G=10-
20с-1. При турбулентній коагуляції G перевищує значення 100с-1, що 
найчастіше призводить до руйнування агрегатів, що включають пухкі 
структури гідроксидів металів. Так, наприклад, при коагуляції золю, що 
складається із суміші іонів важких металів, при очищенні стічних вод 
гальванічного виробництва градієнт швидкості G, що призводить до 
зменшення діаметра частинок при перемішуванні в 2 рази, становить 20-30с-
1, що є оптимумом для коагуляції більшості колоїдних систем інших 
категорій стічних вод. 
У встановленні сорбції-десорбції використовується також ефект 
концентраційної коагуляції. Процеси протікають при створенні локальних 
градієнтів концентрації частинок при електродних шарах в результаті 
транспорту заряджених частинок, і їх концентрація може бути визначена на 
підставі залежностей, що охоплюють електрофоретичні та електроосмотичні 
явища в рідині. Використовуючи рівняння Смолуховського, можна сказати, 
що при низькій концентрації частинок Na в одиниці об'єму та їх постійному 
початковому розмірі D4 швидкість коагуляції визначається градієнтом 
швидкості G. При збільшенні числа частинок позначається їхній переважний 
вплив на швидкість коагуляції. При зміні полярності електродів, зняття 
напруги чи інтенсивному перемішуванні золь відновлює свої первісні 
властивості. 
Таким чином, в установці сорбції-десорбції використовували всі 
останні теоретичні рекомендації, що дозволяють максимально підвищити 
вихід струму і отримати високий рівень очищення стічних вод від іонів 
хрому. 
 
1.7. Реагентний метод обробки 
Реагентний метод обробки [2,3] може бути використаний без 
обмеження концентрації хрому VI та витрати промислових стоків. 
Як реагент можна використовувати сірчисту кислоту та її солі (сульфіт, 
бісульфіт, дитіоніт, піросульфіт натрію та ін), а також сірчанокисле залізо. За 
наявності не утилізованих промислових відходів (відпрацьованого розчину 
хлорного заліза, розчинів відпрацьованих кислот, що містять іони заліза) слід 
використовувати їх для відновлення хрому VI та очищення промислових 
стоків. Також при необхідності підкислення промислових стоків доцільно 
об'єднання хромовмісних і кислих промислових стоків, враховуючи при 
цьому ступінь розведення перших (не більше, ніж удвічі). 
При обробці промстоків у безперервному режимі для підвищення 
надійності процесу знешкодження можна передбачити лінію повернення не 
знешкоджених стоків на повторну обробку. 
При витраті промислових стоків ≤ 7м/год, при різких коливаннях 
концентрації хрому VI та обсязі існуючого усреднителя менше 2-х годинного 
припливу слід застосувати періодичний режим роботи установки 
відновлення хрому. 
Принципова схема установки відновлення хрому у періодичному 
режимі наведено на рис. 1.8. Відпрацьовані хромовмісні електроліти та 
кислоти зі збірки рівномірно дозуються в усреднитель - накопичувач і далі 
насосом 2 направляється в камери 4, куди додаються також реагенти 
Оброблені розчини скидаються в накопичувач кислотно-лужних стоків. 
Існує важлива схема відновлення шестивалентного хрому в 
безперервному режимі. На відміну від періодичного режиму, тут 
передбачається двокамерний проточний реактор. Камера підкислення 
розраховується на 5-хвилинну обробку рідини, камера відновлення -на 5-10-
хвилинну обробку. 
Спосіб перемішування розчинів реагентів та промислових стоків при 
реагентному способі очищення стічних вод не регламентується. Зазвичай 
практикується використання барботажу повітрям. 
Розрахункову дозу реагенту-відновника (мг/л) слід визначати за такою 
формулою: 
(а Схр.  а  в) 100
Д  ,   (1.7) 
К
де  а-стехіометричний витрата реагенту, мг/мг; 
       Схр.- концентрація хрому в промстоках, мг/л; 
       в - коефіцієнт надлишку, мг/л; 
        К-коефіцієнт змісту активної частини в товарному реагенті, %. 
Коефіцієнт надлишку реагенту слід приймати в залежності від вихідної 
концентрації хрому VI (не більше 15-30 мг/л). 
Технологічні параметри реагентного відновлення шестивалентного 
хрому представлені таблиці 1.3. 
Відновлення хрому закисним залізом можливе як і кислому 
середовищі, і у лужної( рН >8). Відновлення в кислому середовищі є більш 
ефективним і вимагає меншої витрати реагенту-відновника (2,5%). 
Таблиця 1.3 - Основні технологічні параметри процесу відновлення 
шестивалентного хрому реагентним методом 
Найменування параметру Величина 
рН при обробці 2,0-3,0 
Період обробки, хв 10-15 
Витрата стисненого повітря на перемішування в реакторі, 0,5-1,5 
м3/м3 хв. 
Залишкова концентрація шестивалентного хрому, мг/л. 0,1 
 
1.8. Метод електрохімічної коагуляції та інші методи 
Метод електрохімічної коагуляції (ЕХК) [4] передбачає обробку 
(електроліз) водних розчинів у міжелектродному просторі при використанні 
розчинних анодів (зазвичай сталевих). Очищення методом ЕХК обов'язково 
включає наступне освітлення промислових стоків відстоюванням, флотацією 
або фільтрацією і, при необхідності, використання реагентів, що 
нейтралізують. Найбільшого поширення на практиці отримали 
електрокоагулятори з пакетом вертикальних електродів, виготовлених з 
листового металу. 
Відновлення хрому VI методом ЕХК проводиться в кислому 
середовищі при рН 7, а за умови наступного знесолення промстоків-при рН в 
межах 2,5-5,0. Число електроагуляторів (апаратів) повинно бути не менше 3, 
включаючи один резервний. 
Відновлення хрому VI до хрому III відбувається переважно 
розчиненим на аноді закисним залізом і частково за рахунок 
електрохімічного (катодного) процесу. 
Застосування методу ЕХК більш доцільно в умовах гострого дефіциту 
виробничих площ, при стислих термінах будівництва та пуску в 
експлуатацію очисних споруд, за відсутності або нестачі реагентів, при 
необхідності попереднього очищення та зниження солевмісту промислових 
стоків перед іонним знесолюванням, при витраті промислових при наявності 
відходів листової сталі або металевого скрапу[5]. 
Вміст Cr+6 у вихідній воді не повинен, як правило, перевищувати 100 
мг/л і в особливих випадках-150 мг/л через труднощі обробки 
висококонцентрованих розчинів та значних витрат анодного заліза. 
Відпрацьовані електроліти, що містять хром, можна дозувати в промивні 
стічні води тільки при вмісті хром-іонів нижче ГДК. 
Питомий опір промислових стоків перед електролізом допускається 
трохи більше 1кОм див, що еквівалентно концентрації NaCl 100мг/л. 
Вміст активуючих аніонів (Cl2, SO 2-
4 ) у загальній сумі аніонів не 
повинен бути меншим за 50%. 
Принципова схема електрокоагуляційного відновлення хрому VI 
наведено малюнку 1.9. 
Відпрацьовані хромовмісні електроліти збирають у збірник 
електролітів 4, потім рівномірно дозують накопичувач-усреднитель 
промислових стоків 1. Для контролю рівнів 1 передбачені регулятори-
сигналізатори рівня. З усреднителя стічні води насосом 2 подаються 
електрокоагулятор 3, де відбувається відновлення хрому до трехвалентного. 
Контроль і регулювання процесу обробки стічних вод, що містять хром, 
здійснюється за показаннями сигналізатора хрому, встановленого після 
електрокоагулятора в потоці з рН<3. При концентрації хрому VI менше 0,1 
мг/л промислові стоки надходять на подальшу обробку кислотно-лужний 
потік. Після перерви в роботі або пасивації анодів електроди активують в 
розчині солі (5% NaCl) або кислоти ( НCl, H2SO4) протягом 5 хвилин під 
струмом з переполюсування електродів. 
При відновленні хрому методом ЕХК мінералізованість промислових 
стоків зменшується за рахунок відновлення хроматів та біхроматів. 
Основні технологічні параметри процесу електрокоагуляційного 
відновлення хромостримних стічних вод представлені в таблиці 1.4. 
 
1-накопичувач промстоків; 2-насос; 3-електрокоагулятор; 4-збірник 
відпрацьованих хромовмісних електролітів і кислот; 5-випрямляч струму% 6-
затворно витратний бак активуючого реагенту. 
Малюнок 1.9. Принципова схема відновлення хрому методом 
електрохімічної коагуляції 
. 
Таблиця 1.4 - Основні технологічні параметри відновлення 
шестивалентного хрому методом електрохімічної коагуляції. 
Найменування Величина 
рН 3 
Зокрема у схемах із водообігом промстоків 2,5-5 
Питомий опір промстоків, яким см 1 
Межлектродний зазор, см 0,4-1 
Товщина листових електродів, см 0,3-0,6 
Питома витрата заліза (сумарна), г/г 2,0 
Анодна щільність струму, А/дм2 2,0 
Розрахункова швидкість потоку, м/с 0,01 
Питома витрата електрики, А ч/г хрому 4 
Період між переполюсовками, ч 0,5-1 
Розрахункова витрата солі або кислоти для активації анодів (на одну  
операцію), кг/м3 0,25-0,5 
Залишкова концентрація хрому, мг/л 0,1 
Висота електродів, м 0,5-1,0 
Електрокоагулятори є нестандартним обладнанням. У ЛДПІ 
розроблено проектні модулі установок електрокоагуляційного відновлення 
на продуктивність 4,7,12,20 м3/год[5,6]. 
Джерелом випрямленого струму може бути будь-який випрямляч, 
розрахований на силу струму не менше 1000А та напруга 12-30В. Насправді 
успішно випробувані випрямлячі типу ВАКР (з автоматичним реверсом 
струму). 
Автоматичне управління процесом елекрокоагуляційного відновлення 
хрому принципово можливе, але практично не реалізовано. Причинами є 
значні коливання питомого опору промислових стоків, несприятливі умови 
експлуатації датчика СХ-1, відсутність автоматизованого приводу керувати 
силою струму, недостатній контроль над аніонним складом промислових 
стоків і ступенем пасивації анодів[7]. 
Крім вищевикладених, відомі інші методи вилучення або відновлення 
хрому VI[8]: 
-відновлення гідрозакисом заліза, одержуваної у спеціальних 
електрокоагуляторах; 
-Відновлення залізним скрапом в кислому середовищі; 
-Відновлення сорбентами; 
-Електрохімічний; 
-Біохімічний; 
-Відновлення іншими реагентами; 
-спільна обробка ціансодержащих і хромовмісних стоків; 
-іонообмінний; 
-мембранний; 
-осадженням сульфатом барію. 
Метод відновлення хрому VI реагентом-відновником (сорбентом), 
одержуваним методом ЕХК, апробовано у промислових умовах. У цьому 
методі усунено недолік методу ЕХК-пасивація анодів та мала 
електропровідність промислових стоків. Недоліком методу є використання 
ефекту катодного відновлення хрому VI і, частково, закисне залізо 
окислюється окисленим у питній воді киснем. Витрата заліза відновлення 
хрому більше, ніж при ЕХК. Ця різниця зростає із збільшенням концентрації 
хрому. Метод перспективний для очищення одночасно хромовмісних та 
кислото-лужних промислових стоків або для відновлення хрому VI перед 
стадією іонного обміну промислових стоків [9]. 
Відновлення хрому VI можливе у резервуарі, заповненому стружкою 
(скрапом) із маловуглецевої сталі (Ст.0-Ст.4). Промислові стоки необхідно 
підкислювати із розрахунку 3г H2SO4 на 1г хрому VI. Витрата заліза 
становить ± 2,0 г/г. Період обробки не перевищує 10 хвилин. Ефект 
відновлення сягає 70%. Метод та конструкція апарату недостатньо 
апробовані у промислових умовах. Метод прийнятний для попереднього 
відновлення хрому сильно концентрованих промислових стоках (більше 100 
мг/л). Апаратурне та технологічне оформлення такого процесу 
запропоновано інститутом "Казмеханобр" (м. Алма-Ати) [10]. 
"Сорбційний" метод полягає у відновленні хрому в сильно кислому 
середовищі (рН=1,5-2) в контакті з завантаженням, що фільтрує, з 
активованого вугілля марки БАУ-А, що грає роль відновника, каталізатора і 
сорбенту відновленого хрому[11]. 
Необхідність у реагентному господарстві, складність контролю за 
процесом, дефіцит активного вугілля обмежують можливості використання 
цього і ускладнюють експлуатацію сорбційних фільтрів. Інші сорбенти 
(з'єднання свинцю, кам'яне або бітумінізоване вугілля, шлак, коалін) менш 
прийнятні, ніж вугілля БАУ. 
Електрохімічне відновлення хрому VI в електролізер з нерозчинними 
електродами випробувано на дослідно-промисловій установці при 
концентрації хрому від 30 до 200 мг/л. Відновлення проводиться у кислому 
середовищі (доза H2SO4 2 г/л) при гідравлічному навантаженні на 1м 
пористого катода (вугілля АГ-3) 1,34м3/год. Енерговитрати складають більше 
3Вт ч/г відновленого хрому, період обробки 45 хвилин. За техніко-
економічними параметрами цей метод є більш прийнятним для концентрації 
хрому >150мг/л. Метод економічний за енергетичними витратами, але 
малоефективний за швидкістю відновлення хрому. Метод вимагає додаткової 
апробації у промислових условиях[12]. 
Модифікацією вищевикладеного методу є електроліз у 
бездиафрагменном електролізері з графітовим катодом (концентрація хрому 
VI у промислових стоках <2г/л. Електроліз проводиться з додаванням солей 
заліза (5-10г/л заліза)[13]. 
Біохімічний метод відновлення хрому VI у суміші виробничих та 
побутових стічних вод реалізовано на Запорізькому автозаводі. Відновлення 
хрому до 3-х валентного стану проводиться спеціальною мікрокультурою в 
анаеробних умовах. Час відновлення хрому становить від 1 до 4 годин 
(залежно від концентрації). 
Недоліками метода[14] є: низька швидкість відновлення, необхідність у 
попередньому очищенні побутових стоків, термостабілізації, постійному 
перемішуванні та цілодобовому підтримці життєдіяльності активного мулу. 
Метод неекономічний для мало масштабних виробництв, незручний для 
виробництва з перервами в роботі та загалом не має переваги перед 
реагентним та фізико-хімічними методами. Залишкова концентрація хрому 
VI у промислових умовах становила трохи більше 0,5 мг/л, хрому III- трохи 
більше 0,4 мг/л. 
За відсутності поширених реагентів-відновників можливе 
використання відновлення хрому VI таких реагентів як сірчистий газ, 
тіосульфат натрію. Однак ці реагенти не набули поширення через їх дефіцит 
або незручності в експлуатації. Високу якість очищення від хрому VI та 
інших важких металів одержують при використанні вапняно-сірчаного 
осадника (розчин сірки у вапняному молоці). При рН 7,5-8,5 після обробки 
(15 хвилин) та осадження (20 хвилин) хром у воді не виявляли. Для 
відновлення хрому не потрібно підкислення, оскільки осад має високий 
окисно-відновний потенціал (0,6В). Хром відновлюється та видаляється в 
осад у вигляді сульфіду хрому. 
Недоліком методу є відсутність промислового виробництва осадника, 
дефіцит сірки, відносна складність виготовлення розчину осадника дома 
споживання. 
Метод спільного знешкодження ціансодержащих і хромовмісних 
промислових стоків недостатньо розроблений і не отримав поширення, 
оскільки вимагає суворих заходів з техніки безпеки. 
Іонообмінний метод[15] успішно апробовано для очищення 
промислових стоків від операцій хромування на підприємствах 
машинобудування. Установки передбачають використання регенерованої 
хромової кислоти у виробництві. Метод прийнятний для виробництв, що 
мають витрату подібних промислових стоків не менше ніж 20м3/год. 
Іонообмінне очищення промислових стоків, що містять крім сполук 
хрому різні домішки, зазвичай передбачає водо- 
оборот очищених вод. 
Основні проблеми широкого застосування іонного обміну в практику 
очищення стічних вод - це дефіцит спеціальних іонообмінних смол і 
реагентів для регенерації, знешкодження та утилізації елюатів. Без вирішення 
проблеми утилізації елюатів іонообмінний метод, з екологічної точки зору, 
завдає шкоди навколишньому середовищу, оскільки з елюатами може 
скидатися в кілька разів більше солей, ніж їх міститься в стоках, що 
обробляються[8]. 
Тому використання електрохімічних методів тонкого очищення стічних 
вод від іонів хрому та іонів інших важких металів - один з основних шляхів 
досягнення гранично-допустимих концентрацій цих сполук у стічних водах, 
що відходять. 
РОЗДІЛ 2. Технологічна частина 
          2.1. Характеристика сировини та готового продукту 
При очищенні стічних вод електрокоагуляційним методом застосовують 
такі матеріали: сталь 3, товщиною 3 мм, сірчана кислота, їдкий натр, хлористий 
натрій. Характеристика сировини та матеріалів представлена в табл. 2.1. 
 
Таблиця 2.1 - .Характеристика сировини та матеріалів 
№ Назва Хім. Клас ГОСТ 
Формула небезпеки 
1. Сталь 3, товщина 3мм - - ГОСТ  535-79 
2. Їдкий натр NaOH 2 ГОСТ 2263-73 
3. Сірчана кислота H2SO4 2 ГОСТ 2184-77 
4. Хлористий натрій NaCl 4 ГОСТ 12374 
Готовим продуктом установки електроагуляційної очистки стічних вод 
від іонів металів є очищена стічна вода. До неї згідно з санітарними правилами 
пред'являються такі вимоги. 
1. Гранично-допустимі концентрації іонів важких металів у воді: 
Хром 0,1 мг/л 
Міді 0,5 мг/л. 
Нікелю 0,5 мг/л 
Цинку 1,0 мг/л 
2. рН скиданих вод 6,5-8,5 
 
         2.2 Технологічна характеристика гальванічного виробництва 
Сучасне гальванічне виробництво характеризується істотними 
відмінностями: основним обладнанням від стаціонарних ванн до 
автоматизованих ліній великої потужності. В даний час спостерігається перехід 
до механізованої та автоматизованої гальваніки, незалежно від потужності 
виробництва. Впроваджуються автоматичні системи підтримки заданої 
щільності струму, основні ванни оснащуються датчиками рівня, температури та 
концентрації компонентів. На цьому тлі явно видно розрив між сучасною 
гальванікою та існуючими методами реагентного очищення[7]. 
Реагентне очищення дозволяє використовувати як проміжні процеси 
іонний обмін, зворотний осмос, електроліз та ін., за якими вже зараз накопичено 
достатній досвід практичного впровадження. Однак вона потребує підвищення 
ефективності та економічності. 
Операції гальванічних покриттів поділяють на основні та оздоблювальні, 
які в свою чергу, виходячи зі складу розчинів, на ціаністі, хромові та інші 
(кислотно-лужні). Потужність виробництва оцінюється за кількістю стічних вод 
і площі виробів, що покриваються. Залежно від концентрації основного 
компонента стічні води поділяються на концентровані та розведені. 
Потужність гальванічного виробництва є одним із найбільш істотних 
факторів, що характеризують гальванічне виробництво та визначають кількість 
відходів. Відповідно до державних стандартів та технологічних регламентів 
вода, яка використовується у гальванічному виробництві, має бути максимально 
чистою. 
Багаторічний практичний досвід показує, що для промивання окремих 
видів покриттів (лужне цинкування) можна використовувати воду нижчої 
якості. Тому диференціація технологічних процесів за якістю споживаної води є 
доцільною. Для складання та коригування основних електролітів, для 
промивань перед гальванічним покриттям, безумовно, необхідна чиста вода 
(дистильована або демінералізована). Для приготування допоміжних розчинів, 
промивань деталей між допоміжними операціями та після нанесення покриттів 
можна використовувати воду нижчої якості[11]. 
Фактична потреба в очищеній воді для середнього цеху гальванічних 
покриттів, до яких не пред'являється спеціальні вимоги, не перевищує 7 ... 10% 
по відношенню до загального водоспоживання. 
Походження, якісний та кількісний склад стічних вод залежать від стану 
та особливостей гальванічного виробництва. За походженням стічні води 
гальванічного виробництва можна розділити такі групи: від між - і після 
операційної промивки виробів; від технологічної профілактики електролітів та 
допоміжних розчинів (включаючи технологічну зміну електролітів та розчинів); 
від технологічної профілактики обладнання; від промивання вентиляційних 
систем; від миття виробничих площ; від технологічних витоків; від аварійних 
скидів та витоків; від інших джерел. 
Технологія гальванопокриттів передбачає багатоопераційну обробку 
поверхні-підготовку (знежирення, декантування), гальванопокриття, 
оздоблення, між- та після операційне промивання, сушіння зі строгою 
послідовністю операцій. На невеликих або вузько профільних гальванічних 
ділянках ванни підготовки поверхні переважно одні для всіх видів покриттів 
(А). Це старий спосіб, він пов'язаний із істотним ризиком змішування 
електролітів і використовується в умовах гострого дефіциту виробничих площ 
або експериментальної гальваніки. 
У більшості випадків ванни підготовки поверхні комплектують за 
конкретними видами гальванічних покриттів. Однак, частина однакових 
операцій (наприклад, до-,між- після операційні промивання) може виконуватися 
в одній ванні. Такі лінії не мають чітко вираженого початку та кінця (Б). Тут 
відбувається змішання різного виду стоків, суттєво утруднена організація 
маловідходної технології, проте досягається економія виробничих площ. Як 
засоби малої механізації та автоматизації використовуються автооператорні 
пристрої[3,46]. 
І, нарешті, жорстко послідовний спосіб компонування ванн. Розміщення 
ванн відповідає черговості операцій (В). З точки зору запобігання змішуванню 
різних електролітів це найбільш раціональний спосіб компонування. Останнім 
часом для малої потужності зарубіжні фірми пропонують пристрої, де всі 
операції здійснюються в одній ванні при послідовній подачі різних розчинів і 
електролітів (Г). При цьому досягається економія виробничих площ, проте 
ризик змішання різнорідних електролітів зростає. Нові способи гальванічних 
покриттів, що розробляються в даний час - натиранням, не внесуть найближчим 
часом істотних змін у технологію гальванічного виробництва. Гальванічне 
обладнання відрізняється також за принципом підведення струму при покритті 
підвіски або насипом (барабанне, дзвонове). Покриття насипом 
використовується для дрібних деталей[51]. 
При барабанному та дзвоновому гальванічному покритті суттєво 
ускладнюється механічна частина та питомий винос електроліту з деталями. З 
іншого боку, підвищується вихід забруднення. 
Усереднений пайовий вклад окремих видів стоків залежно від умов 
виробництва без урахування витрати води на потреби охолодження та 
нагрівання обладнання наведено в табл.2.2. 
Стоки можуть бути роздільними та змішаними. Це від способу 
апаратурного оформлення процесу. Так, стоки ділянок А і Б-в основному 
змішані з переважанням того чи іншого компонента, стоки ділянок типу В-
роздільні. 
 
 Таблиця 2.2 - Структура та усереднена характеристика вод гальванічного 
виробництва. 
Група Частка в загальнійкількості стічних вод, % 
стоків По об'єму По масі 
А Б В А Б В 
1 90-97/ 90-95/ 75-90 70-80/ 70-80/ 65-70 
90-95 80-90 70-75 70-75 
2 0,5/1,0 2,0/1,5 5,0 15-20/20- 15-20/20- 15-20 
25 25 
3 0,05/1,0 1,0/5,0 5,0 0,5/1-5 0,5/1-5 10 
4 1,0/1,0 1,0/1,0 2,0 0,1/0,1 0,1/0,1 0,1 
5 1,0/1,0 1,0/2,0 5,0 0,01/0,01 0,01/0,05 0,1 
6 0,01/0,01 0,01/0,01 0,1 0,01/0,01 0,01/0,01 0,1 
7 0,001/0,01 0,001/0,01 0,01 0,01/0,01 0,01/0,01 0,1 
8 2/2 2/5 10 0,01/0,01 0,01/0,01 0,1 
Стічні води груп 1,4,5 та 8 зазвичай розбавлені, концентрація основних 
забруднювачів у них не перевищує 100 мг/дм3. Стоки груп 2,6 та 7 - 
концентровані, з вмістом, близьким до робочих розчинів. Стоки груп 2 та 3 
можуть бути розведеними або концентрованими. Основна кількість стічних вод 
за обсягом утворюється при промиванні деталей, а основна маса забруднення 
виходить із промивними водами та технологічними концентратами. У групах 
стоків 2-8 наведено максимальні значення. 
Система водовідведення цеху гальванічних покриттів повинна 
відповідати методу подальшої обробки стічних вод і може бути, залежно від 
номенклатури покриттів, одно-, дво-, три- та багатопотокової.  
Однопоточна схема водовідведення застосовується нині вкрай рідко й у 
основному для малопотужних вузько профільних виробництв. Дво- і більше 
потокові системи водовідведення дозволяють розділити стічні води за 
забруднювачем і його концентрації. 
Зазвичай виділяють два потоки стічних вод: хромовмісні та ціаністі. При 
цьому кислі води направляють у хромові стоки, а лужні в ціаністі. Це полегшує 
традиційне реагентне очищення. Виділення ж в окремий потік стічних вод, що 
не містять хрому (IV) та ціанідів, складніше. Для запобігання концентраційним 
навантаженням, пов'язаним із "залповими" скиданнями електролітів і 
допоміжних розчинів, останні виділяють в окремі потоки. Для підвищення 
якості очищення стічних вод виділяють деякі види стоків в окремі лінії 
(наприклад, стоки, що містять нікель). У разі маловідходного виробництва 
система водовідведення повинна забезпечувати роздільне відведення стоків за 
видами забруднювачів та величиною їх концентрації. 
Методи очищення стічних вод гальванічного виробництва переважно 
визначаються їх фізико-хімічними властивостями. Електроліти 
гальванопокриттів є багатокомпонентними системами, і тому властивості стоків 
визначають за основними забруднювачами. До останніх відносяться кислоти, 
луги, сполуки важких металів, високотоксичні речовини та 
комплексоутворювачі. 
Кислі стічні води (рН=1…3), що утворюються при промиванні після 
операцій декапування і травлення, містять переважно соляну, сірчану, рідше 
азотну і фосфорну кислоти, якщо заліза та інших металів, що підлягають 
травленню. Вони мають високу корозійну активність по відношенню до 
конструкційних матеріалів. Зазвичай містять кілька зважених речовин. Для 
транспортування, накопичення та обробки вимагають застосування 
корозійностійкого обладнання. Кислі концентрати - це на 50-80% відпрацьовані 
розчини з вмістом вільної кислоти 20-50% по відношенню до вихідного. 
Розчини декапування, більш розбавлені, ніж травильні, скидаються в 
концентраціях, що практично відповідають вихідним[34,48].  
Концентровані стічні води можуть містити до 20 г/дм3 завислих речовин, 
у тому числі грубодисперсних. 
Сюди ж відносяться стоки від кислих ванн гальванопокриттів: міднення, 
цинкування та нікелювання. 
Лужні стоки (рН=9…11), що включають промивні води після ванн 
знежирення, миття, лужних гальванопокриттів (наприклад, цинкування) містять 
50-150 мг/дм3 олій та нафтопродуктів. Концентровані лужні стоки утворюються 
при зміні розчинів, що знежирюють, і мають наступний склад: NaOH 20-30; 
N2CO3 10-30; Na3PO4 20-30; Na2SiO3 1-2; олій та нафтопродуктів 0,1-1; завислих 
речовин 10-20. 
Кислі та лужні стоки відводяться на знезараження в одному потоці або 
змішуються. Цей стік є продуктом взаємної нейтралізації. Його рН залежить від 
прийнятої технології та знаходиться в межах 4-9. Кількість завислих речовин 
зростає за рахунок утворення гідроксидів важких металів. 
Ціаністі стоки (рН = 8 ... 11), що утворюються при промиванні після 
гальванопокриттів з ціанистих ванн (цинкування, кадмування і міднення), 
освітлення міднених деталей після зняття нікелю і хрому, містять до 50-
100мг/дм3 комплексних ци. Залежно від рН можуть містити різну кількість 
завислих речовин, оскільки комплексні ціаніди важких металів, особливо цинку, 
схильні до утворення нерозчинних сполук при зниженні рН до 8…9. Ціаністий 
стік неприпустимо змішувати з кислими, щоб уникнути утворення летких 
високотоксичних сполук. 
Хромсодержащий стік (рН=4…5) від промивних ванн після хромування, 
хроматування, освітлення, фарбування алюмінію та травлення містить 10-
100мг/дм3 шестивалентного хрому та 1-15мг/дм3 інших важких металів. Має 
корродуючу дію по відношенню до конструкційних матеріалів. Зазвичай 
пасивують сталь, яка розчиняється значно слабше. Посилено діє на місці 
зварювання, що містять включення інородних тіл. Концентрований 
хромсодержащий стік (10-300г/дм3) утворюється при періодичному скиданні 
робочих ванн, а також при профілактиці обладнання та витоках. Хромовий 
ангідрид, що становить основу концентратів, дуже леткий, особливо при 
підвищеній температурі[39,46]. 
 
2.3. Розробка та опис апаратурно-технологічної схеми відділення очищення 
стічних вод. 
У цеху з очищення стічних вод гальванічного цеху стічні води розділені 
на чотири потоки наступним чином: 
 
1) Низько концентровані промивні стічні води. 
2) Висококонцентровані відпрацьовані кислотно-лужні розчини. 
3) Висококонцентровані ідпрацьовані технологічні хромовмісні розчини. 
4) Відпрацьовані миючі розчини, що містять нафтопродукти та 
поверхнево-активні речовини. 
Очищення високо концентрованих відпрацьованих технологічних 
хромовмісних розчинів проводиться реагентним методом у дві стадії: 
відновлення шестивалентного хрому до тривалентного в кислому середовищі 
при рН не більше 3; нейтралізація та осадження гідрооксидів металів у лужному 
середовищі при рН=8,0-9,0 спільно з кислотно-лужними стоками. 
З цеху стічні води надходять почергово у два реактори. Після заповнення 
одного з них до певного рівня надходження стічних вод автоматично 
припиняється і в реактор послідовно подається 10% розчин сірчаної кислоти для 
підкислення до рН=2,5 і 10-20% розчин бісульфіту натрію. Після знешкодження 
стічні води самопливом надходять у збірні баки для кислотно-лужних стоків. 
Очищення відпрацьованих миючих розчинів, що містять нафтопродукти 
та поверхнево-активні речовини прийнято методом реагентної напірної флотації 
за допомогою сірчанокислого амонію з подальшою нейтралізацією спільно з 
кислотно-лужними стоками. З цеху відпрацьовані миючі розчини надходять у 
два реактори-накопичувачі, ємність яких розрахована на добове накопичення 
стоків. У флотатор стічні води реакторів подаються насосом флотаційної 
установки. Після очищення стічні води самопливом надходять до збірних баків 
для кислотно-лужних стоків для подальшого спільного очищення. 
Очищення концентрованих відпрацьованих кислотно-лужних розчинів, 
що містять солі важких металів, прийнята реагентним методом в 
автоматизованих реакторах періодичної дії[10,19]. 
У збірники надходять відпрацьовані висококонцентровані технологічні 
кислотно-лужні розчини, знешкоджені концентровані розчини, що містять хром, 
відпрацьовані миючі розчини, що пройшли очищення у флотаторі. 
Нейтралізація кислот і переведення солей важких металів у їх гідрооксиди 
проводиться в реакторах підлужуванням стічних вод 10% розчином вапняного 
молока до рН=8,0-9,0. 
Після знешкодження та нейтралізації стічні води самопливом надходять у 
тонкошарові відстійники на освітлення. 
Так як рН максимального виділення гідрооксидів металів становить 8-10,5 
стічні води надходять у відстійники з середнім рН = 9,5. 
Коригування рН до 8,5 здійснюється на виході стічних вод з відстійників, 
в баку 20 додаванням 0,003% розчину сірчаної кислоти (в автоматичному 
режимі в залежності від показань датчика рН-метра). З бака стічні води 
надходять у заводську каналізацію. 
Реагентне господарство передбачає приготування водних розчинів 
реагентів, дозування їх у стічні води та 15-ти добове зберігання. 
Очищення низько концентрованих промивних стічних вод проводиться 
методом електрокоагуляції[42]. 
Стічна вода гальванічних виробництв надходить у залізобетонний 
резервуар-усреднитель, де відбувається коригування рН стічних вод та їх 
питомої електропровідності. Час усереднення – 10,5 години. Середня стічна 
вода насосом подається на очищення. 
Відповідно до завдання обробка хромовмісних стічних вод гальванічних 
виробництв здійснюється на базі установок сорбції-десорбції. УСД складається 
з наступних блоків: 
1)Модуль водопідготовки, що включає блок сорбції-десорбції; 
2) Модуль промивання фільтрів; 
3) Модуль зневоднення осаду; 
4)Інше обладнання (перелік обладнання див. далі за текстом). 
На підставі вихідних даних та рекомендацій дослідницької групи на 
установку УСД вода надходить двома роздільними потоками: промивні стічні 
води, що містять іони хрому обсягом 4,2м3/год; промивні кислотно-лужні стоки 
обсягом 10м3/ч. Для стабілізації концентрацій та складу забруднення 
проводиться попереднє усереднення стічної води згідно зі СніП 2.04.03-85 
п.6.36-6.56[17,18]. 
Хромовмісні стічні води з усреднителя 1-16 подаються в блок УСД 1-1 і 
послідовно проходять наступні модулі: ультразвукової обробки, електролізери, 
блоки окислення, світлової обробки і магнітний модуль. Далі оброблювані 
стоки під достатнім натиском надходять у відстійник 1-2, де відбувається поділ 
рідкої та твердої фаз. 
Після відстоювання рідка фаза насосами 1-8 подається на доочищення 
освітлювальні фільтри 1-3, а тверда фаза під гідростатичним тиском надходить 
у ємність для збору осаду 1-9. Освітлювальні фільтри завантажуються 
кварцовим піском із діаметром зерен 0,8-2,0мм. З коефіцієнтом неоднорідності 
завантаження 1,5-1,7. Очищена на фільтрах вода прямує в ємність очищеної 
води 1-15, звідки повертається у виробництво. 
Для підтримки рН у певних межах передбачається встановлення модуля 
іонізації води 1-6, у якому готується іонізована вода. Коригування рН 
передбачається в ємності очищеної рідини 1-15. 
Обробка осаду здійснюється в ємності збору осаду 1-9 де відбувається 
його ущільнення. Відстояна рідина за допомогою поплавця зливається у 
технологічний приямок 1-21, звідки насосами 1-11 прямує у виробничу 
каналізацію. Ущільнений осад насосом 1-12 подається для зневоднення вакуум-
фільтри. Зневоднений осад вивозиться з місця утилізації для складування чи 
подальшої переробки[23,29]. 
Промивання освітлювальних фільтрів здійснюється з використанням 
повітря з наступним режимом: 
1)Продування повітря з інтенсивністю подачі 20л/с м2 протягом однієї 
хвилини; 
2)Спільне водо-повітряне промивання з інтенсивністю подачі води 3л/с м2 
та повітря 20л/с м2 протягом 5 хвилин; 
3) промивання водою з інтенсивністю 6 л/с м2 протягом 4 хвилин. 
Подача води на промивку здійснюється промивним насосом 1-7 із бака 
промивної води 1-5. Забруднена промивна вода відводиться в резервуар-
відстійник 1-4 звідки після 4-х годинного відстоювання зливається в бак 
промивної води для повторного використання для потреби промивки. 
Підживлення бака промивної води здійснюється періодично від технічного 
водопроводу. Регулювання подачі необхідної витрати промивної води під час 
роботи насоса проводиться запірною арматурою за показаннями водоміру. 
Для ефективної роботи технологічної схеми проводиться дублювання 
насосів промивних вод, що перекачують, наосів освітленої рідини, насосів 
ущільненого осаду, вентилів, зворотних клапанів і зворотного трубопроводу в 
системі оборотного водопостачання. 
 
2.4 Розробка принципів рекуперації промислових викидів та відходів 
При очищенні стічних вод електрокоагуляційним методом внаслідок 
електролізу на катодах виділяється водень. Об'єм виділяється водню 0,97 
м3/год. Для видалення водню з приміщення відділення електрокоагуляції 
електролізна ванна має бортовий відсмоктування з вентилятором, який видаляє 
газ, що виділяється в атмосферу. 
Зневоднений осад після фільтра є відходом виробництва. Об'єм осаду 
0,48м3/год, вологість 30%, містить: 
Гідрооксид хрому – 14,5%; 
Гідрооксид міді – 3,1%; 
Гідрооксид нікелю -0,4% 
Гідрооксид цинку – 0,4%; 
Гідрооксид заліза – 51,6%. 
В даний час на аналогічних виробництвах осад піддається похованню. 
Для створення безвідходної технології очищення стічних вод одержаний 
осад необхідно збирати і передавати на перегарування, а потім використовувати 
в металургійній промисловості[46,52]. 
 
2.5 Норми технологічного режиму та аналітичний контроль 
При проведенні технологічного процесу очищення стічних вод від іонів 
важких металів електрокоагуляційним методом регламентується значення рН та 
питомої електропровідності у усередненій воді, а також вміст металів та рН у 
очищеній воді. Норми технологічного режиму наведено у таблиці 2.3. 
 
Таблиця 2.3 - Норми технологічного режиму роботи відділення 
Об'єкт Об'єкт визначення Показни Частота Примітки 
контролю ки визначення 
Усереднена РН 3,5-5,5 1 раз на добу Після 
стічна вода Питома   заповнення 
електропровідність 3 10-3см 1 раз на добу резервуару 
Очищена Склад  2 рази на Цехова 
вода Cr+6 0,1мг/л зміну лабораторія 
Ni+2 0,5мг/л -"- 
Cu+2 0,5мг/л -"- 
Zn+2 
1,0мг/л -"- 
Fe+3 0,5мг/л -"- 
РН 6,5-8,5 -"- 
 
2.6. Матеріальний баланс установки 
Матеріальний баланс установки очищення стічних вод від іонів важких 
металів електрокоагуляційним методом наведено в таблиці 2.4. 
Розрахунок матеріального балансу проводимо за такою формулою: 
Сі = С 1000 4 ,   (2.1) 
Де С-концентрація речовини у воді, мг/л. 
 
2.7. Фотометричний аналіз водопостачання і промислового 
водопостачання використовуючи спектрофотометр Ulab 102, 102UV 
Фотометричний аналіз заснований на вимірюванні проходження, 
поглинання або розподілу світла субстанцією, що вивчається. Сила розподілу 
заснована на вибірковому поглибленні видимого, ультрафіолетового або 
інфрачервоного свіла. 
Для аналізу використовували спектрофотометр марки Ulab 102, 102UV, 
який зображено на рисунку 2.1. 
 
Рисунок 2.1. – Спектрофотометр марки Ulab 102, 102UV 
Це однопроменевий інструмент, прилад загального призначення 
спеціально спроектований для задоволення потреб традиційних лабораторій. 
Цей інструмент ідеально підходить для різних сфер застосування, таких як: 
хімія, біохімія, нафтохімія, охорона навколишнього середовища, аналізу 
продуктів харчування та напоїв, аналізу води та стічних вод інших сферах 
контролю якості та досліджень. 
Цей інструмент включає 128 × 64 точковий матричний РК-дисплей 
фотометричних результатів, відрізняється простотою експлуатації, діапазон 
довжин хвиль 1900 нм до 1100 нм. Цей прилад ідеально підходить для 
вимірювань у видимому та ультрафіолетовий діапазон довжин хвиль спектру. 
У різних речовин різні точки поглинання довжини хвилі. Крім того, 
при 
фіксованій точці довжини хвилі, поглинання має деяке відношення до 
концентрації речовини (завжди прозорий розчин) та її товщині. 
Співвідношення може бути описано наступною формулою, що називається 
законом Ламберта-Бера. 
T= I/Io  
A=KCL= -log I/Io 
A -  Абсорбція 
   C -  Концентрація розчину 
   K - Коефіцієнт абсорбції розчину 
   L - Довжина розчину на світловому шляху 
   I - Інтенсивність світла пучка, що виходить. 
   Io - Інтенсивність світла вхідного пучка. 
Примітка: При аналізі розчинник зазвичай приймається за еталонний розчин і 
його пропускна спроможність розглядається як 100% Т. Тоді як коефіцієнт 
пропускання тестованого зразка є відносним значенням, одержуваним за 
порівняно з еталонним[42]. 
 
2.8. Розрахунок та підбір обладнання 
Електролізер для обробки стічних вод, що містять іони металів, являє 
собою відкритий, проточний сталевий прямокутний резервуар, футерований 
епоксидною смолою і обладнаний бортовим відсмоктуванням для видалення 
газів, що утворюються при електролізі стічних вод. Дно електролізера має 
ухил 5о у бік виходу стічних вод. 
Для рівномірного розподілу води між електродами та рівномірного 
відведення передбачена приймальна камера відокремлена від електродної 
дірчастої перегородкою. Ця перегородка розподіляє потік води з усього 
перерізу електролізера. Відношення сумарного перерізу отворів у 
перегородці до загального перерізу електролізера становить 0,3. 
Напрямок потоку стічних вод в електролізері вертикальний знизу 
вгору. 
На трубопроводі для подачі стічних вод електролізер поставлений прилад для 
регулювання їх витрати і запірний вентиль. 
Електроди (катоди та аноди), поміщені в електролізер, виготовлені з 
низьковуглецевої сталі Ст.3 і мають товщину 3мм. Відстань між електродами 
4мм. Верхні кромки електродних пластин виступають із рідини на 0,03м. 
Швидкість руху води у міжелектродному просторі 0,03м/с. 
Електродні шини, виготовлені із мідних пластин, закріплені на 
ізоляторах на корпусі електролізера та з'єднані з відповідними смугами 
джерела постійного струму. 
Електроди використовуються як блок. Блок електродів є набір сталевих 
пластин, закріплених у загальній рамі. Пластини через одну підключаються 
за допомогою приварених до них струмопроводів до позитивної та 
негативної шин джерел струму (паралельне електричне з'єднання 
електродів). Для запобігання коротким замиканням пластини в 2-3 місцях за 
своєю висотою поділяються прокладками з вініпласту, виконаних у вигляді 
кілець. В основі електродні пластини вставлені в гребінку, виготовлену з 
вініпласту. 
Блок електродів монтується на спеціальній підставці і потім за 
допомогою кран - балки занурюється в електролізер. У електролізері 
встановлено один електродний блок. 
При експлуатації електролізера здійснюється періодичне 
переполюсування електродів з метою запобігання пасивації поверхні анодів 
та рівномірного витрачання матеріалу електродів. Зміна полярності у 
випрямлячі з реверсуванням струму проводиться автоматично кожні 30 
хвилин. 
При електролізі стічних вод внаслідок електролітичного розчинення 
анодних пластин відбувається спочатку зменшення їх товщини, а потім поява 
на пластинах тріщин та отворів, що призводять до їх руйнування. Для 
запобігання електричним замиканням електроди, що почали руйнуватися, 
замінюють на нові, а відпрацьовані здаються як металобрухт. Ступінь 
використання електродів 60% від їхньої ваги. 
При тривалій перерві в роботі електролізера (більше доби) перед 
електролізером стічних вод проводиться 10-хвилинна "проробка" електродів 
у 5% розчині хлористого натрію (з перемиканням полярності електродів) з 
метою видалення з поверхні пластин оксидних плівок, що утворюються на 
них. 
Вихідні дані для розрахунку електролізера: 
1. Об'єм стічних вод – 100м3/добу. 
2. Склад стічної води: 
РН 1-10. 
Хром до 50 мг/л. 
Міді до 35 мг/л. 
Нікелю до 25 мг/л. 
Цинку до 5 мг/л. 
3. Час обробки стічної води 3 хвилини. 
4. Щільність струму 800А/м2. 
Так як концентрація хрому у вихідній воді найбільша, розрахунок 
проводжу по концентрації хрому[4,7]. 
Корисний обсяг електролізера (обсяг стічних вод, що постійно 
знаходяться в електролізері) визначаю за формулою: 
V=q t ,  (2.2) 
де q - Витрата стічних вод, що надходять в електролізер, м3/с; 
 - заданий час обробки стічних вод, с. 
V = 0,001157 180 = 0,2 м3. 
Величина струму, який необхідно пропускати через електролізер, 
визначаю за формулою: 
V = 0,001157 180 =0,2 м3. 
Величина струму, який необхідно пропускати через електролізер, 
визначаю за формулою: 
I = q Co 11120,  (2.3) 
де Со - вихідна концентрація хрому в стічних водах, г/м; 
11120- теоретична кількість електрики, необхідної для відновлення Cr+3 Cr+6. 
I = 0,001157 50 11120+2224А 
Загальна поверхня анодних пластин визначаю за формулою: 
I
SA  ,                 (2.4) 
i
де i - анодна густина струму, А/м2. 
2224
SA   3м2
 
800
Для збільшення терміну служби електродів площу поверхні анодів 
збільшую до 9м2. Загальну кількість анодів в електролізері визначаю за 
такою формулою: 
S
n A
a  ,    (2.5) 
2  h  b
де  h – величина електродної пластини, м; 
b – ширина електродної пластини, м. 
h і b відповідно дорівнюють 0,6 м та 0,4 м. 
9
na  19  
2 0,6 0,4
Загальна кількість електродів складає: 
nэ  2  na 1   (2.6) 
                                   nэ =2 19 +1 =39 
Ширина блоку електродів дорівнює: 
d1  2  na  d2  (2na 1) ,    (2.7) 
де   d2 – відстань між сусідніми електродами, м; 
 - товщина одного електрода, м. 
d1 = 2 19 0,004 +0,003 (2 19 +1) +0,36м. 
Ширина електролізера складає: 
d=d1+2d3,    (2.8) 
де d3-відстань між крайніми електродами та спинками електролізера, м. 
d3 = 0,15м. 
d=0,36 +2 0,15+0,66 
Довжина електролізера складає: 
L=b + 2dн  (2.9) 
де dн-відстань між блоком електродів та торцевими стінками 
електролізера, м. dн=0,025м. 
L=0,4 +2 0,025=0,45 
Висота електролізера визначається за формулою: 
H=h1 +h2 ,  (2.10) 
Де  h1-висота частини електрода, зануреного в рідину, м; 
        h2-висота частини електрода, над рівнем рідини, м. 
H= 0,6 + 0,03=0,63 м 
Загальний обсяг електролізера дорівнює: 
Vоб.  = d l H ,  (2.11) 
   V 3
об.=0,66 0,45 0,63 =0,19м . 
Питома витрата електроенергії визначається за такою формулою: 
I V  t
W  ,   (2.12) 
1000 V
де V-напруга на електролізері, В. V = 6В. 
2224 6 0,05
W   3,34  кВт г/м3. 
1000 0,2
Споживана потужність дорівнює: 
Е = I U,  (2.13) 
де I- величина струму, А. 
Е = 2224 6 = 13344Вт. 
Витрата металевого заліза для обробки стічних вод орієнтовно може 
бути визначена за формулою: 
r Co qqFe  ,   (2.14) 
1000 Q
де q - витрата стічних вод, м3/добу; 
r - коефіцієнт усередненої питомої витрати металевого заліза; 
Q -коефіцієнт використання матеріалу електродів, що дорівнює 0,6. 
2 50 100
qFe  16 ,6 
1000 0,6
На рік це становить ± 5 тонн. 
Вага одного електрода дорівнює: 
m =b h  dст.,  (2.15) 
де dст. - щільність сталі і дорівнює 8500кг/м; 
m=0,66 0,63 0,003 8500=10,6 кг. 
Електродний блок важить 413,5 кг. 
Визначаю термін використання одного електродного блоку: 
За 1 добу витрачається 16 кг заліза, що становить 3,9% від ваги всіх 
анодів. Аноди використовуються на 60%, отже термін служби електродів 46 
змін. 
Об'єм водню, що виділяється на катодах, протягом 1 години за 
нормальних умов визначається за формулою: 
Wo =к. CwI, (2.16) 
Де к -катодний вихід струму, рівний 0,95; 
Сw -об'ємний електрохімічний еквівалент водню, що дорівнює 
0,00042м3/А год. 
W  =0,95 0,00042 2224 =0,9м3
o /г. 
Об'єм водню при температурі стічних вод дорівнює: 
273  t
WH  Wo  ,   (2.17) 
2 273
де t – температура стічних вод, оС; 
273  21
WH  0,9   0,97м3
/г. 
2 273
На підставі розрахунку для технологічної схеми приймаємо 
електролізер продуктивністю 4м3/година з наступними габаритними 
розмірами 660 х 450 х 630. Кількість електролізерів -3. 
Як джерело постійного струму вибираю випрямний агрегат ВАКР-
1600-12У4, з регулюючим пристроєм, що дозволяє змінити величину струму 
і напруги, пристроєм періодичного реверсування струму. Агрегат має водяне 
охолодження. Номінальна потужність 19,2 квт. Габаритні розміри 1980 х 
1275 х 840.  
Витрата води для охолодження -0,08 м3/година. Джерело струму 
підключено до мережі з напругою 380 В. із трифазною ізольованою 
нейтраллю. 
Випрямлювальний агрегат та електролізери підключені до захисного 
заземлення. 
 
РОЗДІЛ 3. Експериментальна частина 
3.1. Розрахунок електрокоагуляційної установки УСД 
 
Усі наведені параметри розрахунку електрокоагуляційної установки 
УСД отримані на підставі досліджень з оптимізації процесу очищення 
стічних вод від іонів хрому, нікелю, цинку та міді на одному з 
електролітичних осередків УСД. 
Експерименти зроблено намодельної установки вищенаведеної 
технологічної схеми. У процесі досліджень проводилися аналізи стічної води 
визначення в ній зазначених металів до і після очищення. Електрокоагуляція 
проводилася до видалення металів із води в межах ГДК (гранично-
допустимої концентрації). 
Температура вихідної води близько 20 °С. 
Визначення вмісту металів у воді проводилося за стандартними, 
прийнятими на виробництві методиками, визначення рН вихідної та 
очищеної води проводилася на іонометрі ІО-72, відповідно до інструкції 
приладу. 
Експерименти проводилися за різних режимів роботи 
електрокоагулятора. 
В результаті експериментів необхідно було визначити: 
-Оптимальну щільність струму; 
-напруга, що відповідає оптимальній щільності струму; 
-оптимальна відстань між електродами; 
-Швидкість розчинення анодів[18,23]. 
Результати експериментів зведені у таблиці. При обробці даних 
використовувалися такі формулы: 
1.Швидкість протоки: 
V
U  в. ,          (3.1) 
t
де V.-обсяг очищеної води за 1 дослід, л;  
t-час продовження досвіду, с; 
 2.Час обробки: 
V
  в. ,  (3.2) 
U
де Vв - робочий об'єм ванни, рівний 125 л;  
 - час обробки, с;  
U-швидкість потоку, л/с. 
3. Щільність струму: 
I
i  ,    (3.3) 
S заг.
де  I - прикладена сила струму, А; 
        S заг.-загальна площа анодів, дм2; 
i- щільність струму, А/дм2. 
4. Витрата заліза: 
а
  1  а2 ,    (3.4) 
t
де  а1 - вага електрода до початку досліду, кг; 
        а2 - вага електрода після закінчення досліду, кг; 
        -витрата заліза, кг/с. 
Ступінь очищення води вважалася для сумарного вмісту металів. 
З проведених експериментів можна зробити такі висновки: 
-Електрокоагуляція є ефективним методом для очищення стічних вод, 
що містять хром, мідь, цинк, нікель; 
- для досягнення ступеня очищення води від металів до 99% 
електрокоагуляцію проводити за наступного режиму: 
густина струму -8,06А/дм2; 
напруга 20В; 
Відстань між електродами -4мм; 
Час обробки – до 3 хвилин; 
-при збільшенні часу обробки температура води, що очищається, 
підвищується; 
-при електрокоагуляції підвищується рН оброблюваних вод; 
-кількість розчиненого залізного анода залежить від концентрації 
металів і щільності струму; 
-при збільшенні часу обробки підвищується ступінь очищення води. 
 
Таблиця 3.4 - Визначення оптимальної відстані між електродами. Вихідна 
вода: рН = 7,0; вміст хрому 121 мг/л; густина струму 8,06 А/дм2; час обробки 
3 хвилини. 
 
№ Густи Відстань Розрахунок вмісту хрому Сте- 
п/п - між Розведен Об'єм Оптичн Концен пінь 
на електро ня проби, розведен а щіль- трація, очищен-
струм дами, мл/100мл ня проби ність мг/л ня 
у, мм для % 
А/дм2 аналізу, 
мм 
1 2,42 4 1 10 0,61 119,3 0,6 
2 3,22 4 1 10 0,26 30 70 
3 4083 4 - 20 - 0 100 
4 3,75 8 1 10 0,625 121 0 
5 5,0 8 1 10 0,625 121 0 
6 8,75 8 1 10 0,625 121 0 
7 11,3 8 1 10 0,6 118 2,5 
8 13,75 8 1 10 0,59 115,7 4,4 
9 16,25 8 1 10 0,53 103,2 14 
10 17,5 8 1 10 0,48 94,3 22 
11 25 8 1 10 0,46 90 25 
 
Таблиця 3.1 - Визначення оптимальної щільності струму. Вихідна вода: 
t=21оС, рН=5,5, вміст хрому 53 мг/л, нікелю 24,7 мг/л, міді 32,9 мг/л, цинку 
5,2 мг/л. 
№ Щільність Напруга,В рН Расчет содержания металла  
струму, Ступінь 
Метал Розведення Об'єм Оптична Вміст 
А/дм2 очищення, 
проби, розбавленої щільність металу 
% 
мг/100мл проби, мл в пробі 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
1 2,42 10 6,3 Ni 5 20 0,19 23,6  
Zn 5 5 0,025 5,0  
Cu 1 25 0,078 31,2 5,8 
Cr 1 10 0,16 35,5 
2 3,22 12 6,6 Ni 5 20 0,18 22,8  
Zn 5 5 0,025 5,0  
Cu 1 25 0,076 30,5 9,0 
Cr 1 10 0,16 35,5 
3 4,84 15 7,2 Ni 5 20 0,17 21  
Zn 5 5 0,015 4  
Cu 1 25 0,07 28 28,0 
Cr - 20 - 0 
4 6,45 18 8,3 Ni - 20 - 0  
Zn 5 5 0,05 2,4  
Cu - 10 0,185 1,84 67,0 
Cr - 20 - 0 
5 8,06 20 8,85 Ni - 20 - 0  
Zn - 5 0,11 0,78  
Cu - 100 0,042 0,42 99,0 
Cr - 20 - 0 
6 9,67 25 8,85 Ni - 20 - 0  
Zn - 5 0,03 0,26  
Cu - 100 - 0 99,8 
Cr - 20 - 0 
7 11,3 30 8,85 Ni - 20 - 0  
Zn - 5 0,01 0,16  
Cr - 20 - 0 99,9 
- 
 
Таблиця 3.2 - Визначення оптимального часу обробки. Вихідна вода: 
t0=20,5оС, рН+5,5, вміст металів: хрому 53 мг/л; нікелю 27,3мг/л, міді 33,32 
мг/л, цинку 53 мг/л, щільність струму 8,06А/дм2, напруга 20В. 
№ Час, Об'єм Швидкіс Час Темп Мета Розрахунок змісту Ме Ступінь 
досл Проб ть Обро е л очищен
Розбав. Об'єм Оптичн Вміс
і-ду и, протоки, б ратур ня 
проби, разів. а т 
Мл мл/с ки, а, % 
мл/100 проб щільніс мета
С оС 
мл и ть лу у 
взятої пробі
для , мг/л 
аналі
зу 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 
1 73 800 10,95 11 32 Cu 1 25 0,078 31,7  
Zn 5 5,0 0,02 4,5  
Ni 5 20 0,2 2,0 7,0 
Cr 1 5,0 0,0025 50 
2 75 560 7?6 16 40 Cu 1 25 0,07 28  
Zn 5 5,0 0,019 4,4 12 
Ni 5 20 0,19 23.5 
Cr 1 5,0 0,12 48 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 
3 191 550 2,9 43 52 Cu - 100 - 0,16  
Zn - 5 0,01 0  
Ni - 20 - 0 99 
Cr - 20 - 0 
4 450 330 0,73 171 60 Cu - 100 - 0  
Zn - 5 0,005 след  
Ni - 20 - ы 99,9 
Cr - 20 - - 
 - 
 
Таблиця 3.3 - Визначення оптимального часу обробки. Вихідна вода: 
t0C=20,50С; рН=5,45, вміст металів хрому 53 мг/л, нікелю 27,3 мг/л, міді 33,32 
мг/л, цинку 4,8 мг/л, густина струму 8,06 А/дм2, напруга 20В. 
№ Щільніст Розрахунок змісту Ме Вага електроду   Ступін
ь струму, Витр ь 
мета Розб. Об'єм Опти Вміс До После 
А/дм2 а очище 
л проби, розб.проби ч т опыта опыта 
та ння% 
мл/100м , взятої для на мета 
заліза  
л аналізу, мл щіль лів, 
, 
ність мг/л 
мг/с 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 
1 3,22 Ni 5 20 0,18 22,8 19,876 19,875 0,1 9 
Cu 1 25 0,076 30,5 2 9 
Zn 5 5 0,025 5,0 
Cr 1 10 0,16 35,5 
2 4,84 Ni 5 20 0,17 21 19,875 19,875 0,2 28 
Cu 1 25 0,07 28 0 3 
Zn 5 5 0,015 4 
Cr - 20 - 0 
3 8,06 Ni - 20 - 0 19,875 19,874 0,3 99 
Cu - 100 0,042 0,42 9 4 
Zn - 5 0,11 0,78 
Cr - 20 - 0 
4 11,3 Ni - 20 - 0 19,844 19,872 0,67 100 
Cu - 100 - 0 4 4 
Zn - 5 0,1 0,16 
Cr - 20 - 0 
 12,9 Ni - 20 - 0 19,872 19,870 0,77 100 
5 Cu - 100 - 0 4 0 
Zn - 5 - 0 
Cr - 20 - 0 
6 17,7 Ni - 20 - 0 19.870 19,655 1.5 100 
Cu - 100 - 0 0 
Zn - 5 - 0 
Cr - 20 - 0 
 
3.2. Розробка стадії попереднього очищення відпрацьованих розчинів ТМЗ 
Проведення процесу ультрафільтрації утруднене та малоефективне, 
якщо вихідний розчин не пройшов стадію попереднього очищення. На 
рис.3.1. – мікрофотографії поверхні мембран після проведення 
ультрафільтрації розчину. "Вертоліну-74", який не пройшов попереднього 
очищення. Осад на мембрані включає дрібні і великі механічні частинки, 
сліди асфальто-смолянистих сполук, вільні масла. Все це не сприятливо 
позначається на продуктивності мембран, як фільтрату і значно скорочує 
термін служби мембран. Таким чином, мікрофотографії підтверджують 
необхідність попереднього очищення розчину. 
Перші ступені стадії попереднього очищення очевидні. Насамперед 
вихідний розчин пропускається через фільтр грубої очистки 
(використовувався трубчастий волоконний елемент). На фільтрі осідають 
відносно великі механічні частинки, залишки шліфувальних паст, протирочні 
матеріали тощо[31,47]. 
Відфільтрований розчин потім відстоювали. Для цього 
використовували відстійник циліндричної форми об'ємом V=2*103 м3. 
Візуальний контроль за станом розчину здійснювався протягом 72 годин. У 
початковий період часу (від 1 до 5 годин) відбувалося часткове розшарування 
емульсії та випадання осаду. Аналіз показав, що нафтопродукти 
концентруються на вільній поверхні, ПАР рівномірно розподілені по всьому 
об'єму розчину. 
На наступному ступені попереднього очищення порівнювали 
можливості поділу емульсії (середній шар після відстоювання) у полі 
відцентрових сил (сепарація) та методом електрофлотації. 
 
Рисунок 3.1.До аналізу осаду лежить на поверхні мембран. 
 
При сепаруванні емульсія розшаровувалася на легку та важку фракції. 
Аналіз фракцій утримання нафтопродуктів показав, що олії розподілилися у 
яких рівномірно (табл.3.5.). Це говорить про неефективність цього при 
розділенні даної емульсії. 
 
Таблиця 3.5 - Усереднені результати аналізу на вміст ПАР та технічних олій у 
вихідному розчині та в розчині після попереднього очищення 
Етапи очистки Після  Сепарація Електрофлотація 
 
Відстою- легка важка очищений пінний 
Вання 
 
 фаза фаза розчин шар 
     
Концентрація 
Технічні 2 2 2 1,6 2,3 
3      
масла (кг/м ) 
ПАР (кг/м3) 21,1 21,1 21,1 21Д 21,1 
Використання методу електрофлотації дало прийнятні результати. 
Аналіз показав (табл.3.5.), що вільні краплинні олії, високо дисперсні 
частинки концентруються у пінному шарі, тобто. розчин, що пройшов 
флотацію, містить, в основному, тільки зв'язані олії та ПАР. Флотований 
розчин таким чином можна подавати на стадію мембранного поділу. 
Досвідченим шляхом було отримано оптимальний час проходження 
розчину міжелектродному просторі. Воно становить 3-4 хвилини. Звідси 
швидкість потоку не перевищує V<0,5*103 м/с. Розрахунок був зроблений для 
дослідного зразка електрофлотатора. 
 
3.3. Вибір типу мембрани 
 
Найважливішим питанням під час проектування технологічної схеми 
поділу емульсій із застосуванням ультрафільтрації є вибір типу мембрани. 
 
Таблиця 3.6 
Найменування показника  
Питома продуктивність дистильованої 100 [л/(м2-г)] 
води при температурі (20±30)°С і тиску 
0,15 Мпа 
Селективність за білковими 95+1 
компонентами, % 
Робочий діапазон значень Рн 1-13 
Інтервал робочих температур, °С 0-100 
Зовнішній вигляд Плівка білого кольору на нетканій 
підкладці без сторонніх механічних 
включень 
Метод отримання Отримують методом мокрого 
формування з ароматичних розчинів 
полісульфанаміду шляхом нанесення на 
лавсанову підкладку. 
Розробник НВО «Полімерсинтез», м.Київ 
Виробник КПО «Тасма», м.Київ 
 
Таблиця 3.7 
 МФФ-1 МФФ-2 МФФ-3 МФФ-4 
Найменування показника     
Розмір часток, що затримуються, 0,15 0,25 0,45 0,60 
мкм 
Питома продуктивність за 0,6-103 З-103 7,2-103 15-103 
етанолом при температурі 
(20±30)°C тиском 0,1 МПа,  
л/(м2-г) 
Точка бульбашки по етанолу, 0,14 0,09 0,06 0,04 
Мпа 
Матеріал виготовлення Виготовлена на основі сополімеру 
вініліденфториду та тетрафторетилену. 
Розробник та виробник НВО «Полімерсинтез», м.Київ 
 
Таблиця 3.8 
Найменування показника УПМ-20 УПМ-50 УПМ-67 УПМ-100 
Питома продуктивність по 60-88 75-150 75-180 95-200 
дистильованої води при 
температурі (20±30)°С тиску ОД 
МПа, л/(м2-г) 
Селективність по альбуміну - 97 98 98 
(М=67000), %     
Селективність по міоглобіну 95 - - - 
(М=17800), %     
Робочий діапазон значень рН 1-13 1-13 1-13 1-13 
Максимальна робоча 125 125 120 120 
температура, °С     
Максимальний робочий тиск, 1 1 1 1 
Мпа     
Механічна стійкість на 20 20 20 20 
розрив, МПа     
Матеріал виготовлення Полісульфонамідна мембрана на підкладці 
Розробник та виробник НВО «Полімерсинтез», м.Київ 
 
Таблиця 3.9 
 МФФ-1 МФФ-2 МФФ-3 МФФ-4 
Найменування показника     
Розмір часток, що затримуються, 0,15 0,25 0,45 0,60 
мкм 
Питома продуктивність за 0,6-103 З-103 7,2-103 15-103 
етанолом при температурі 
(20±30)°C тиском 0,1 МПа,  
л/(м2-г) 
Точка бульбашки по етанолу, 0,14 0,09 0,06 0,04 
Мпа 
Матеріал виготовлення Виготовлена на основі сополімеру 
вініліденфториду та тетрафторетилену. 
Розробник та виробник НВО «Полімерсинтез», м.Київ 
 
Таблиця 3.10 
Найменування показника УПМ-20 УПМ-50 УПМ-67 УПМ-100 
Питома продуктивність по 60-88 75-150 75-180 95-200 
дистильованої води при 
температурі (20±30)°С тиску ОД 
МПа, л/(м2-г) 
Селективність по альбуміну - 97 98 98 
(М=67000), %     
Селективність по міоглобіну 95 - - - 
(М=17800), %     
Робочий діапазон значень рН 1-13 1-13 1-13 1-13 
Максимальна робоча 125 125 120 120 
температура, °С     
Максимальний робочий тиск, 1 1 1 1 
Мпа     
Механічна стійкість на 20 20 20 20 
розрив, МПа     
Матеріал виготовлення Полісульфонамідна мембрана на підкладці 
Розробник та виробник НВО «Полімерсинтез», м.Київ 
 
 
Таблиця 3.11 
Найменування показника УФФ УФФК 
Питома продуктивність по 50 200 
етанолу при температурі (20±30)°С   
тиску 0,1 МПа, л/(м2-г) 
Точка бульбашки по етанолу, МПа 0,4 0,15 
Средній розмір пор, нм 20-50 20-50 
Селективність за стетанолом 98 98 
(М=700), %   
Селективність за білками 95 95 
(М=25000), %   
Матеріал підкладки Поліпропілен Поліпропілен 
Матеріал виготовлення Отримують на основі сополімеру 
вініліденфториду та тетрафторетилену. 
Розробник та виробник НВО «Полімерсинтез», м.Київ 
 
 
 
 
Таблиця.3.12 
Найменування  УАМ УАМ УАМ УАМ УАМ УАМ УАМ 
показника 30 50 100 150 200 300 500 
Питома 0,6- 1,2 - 6,0- 16,8- 33,6- 66,0- 186,0-
продуктивність 1,2 5,4 16,2 33,0 57,0 132,0 294,0 
при температурі        
(20±30)°С, робочому 
тиску 0,15 МПа,        
л/(м2-год) 
Середній розмір пор, 3 5±2,5 10+2, 15±2, 20±2, 30±2, 45±2, 
нм   5 5 5 5 5 
Пористість, % 75±3 75±3 75±3 75±3 78±3 82±3 82±3 
Робочий діапазон рН 5-8 5-8 5-8 5-8 5-8 5-8 5-8 
Інтервал робочих 10-50 10-50 10-50 10-50 10-50 10-50 10-50 
температур        
Матеріал Одержують із розчинів ацетат целюлози 
виготовлення        
Розробник та   НВО «Полімерсинтез», м.Київ  
виробник        
 
Вибір типу мембрани для ультрафільтрації відпрацьованих водних 
розчинів ТМЗ визначається такими параметрами: 
- діаметр пор мембрани, що забезпечує високу якість фільтрату та 
досить велику продуктивність; 
- характеристики міцності, що сприяють тривалому терміну служби 
мембран і виключають порушення цілісності, відриви і дефекти. 
Мембрани при ультрафільтрації піддаються значним навантаженням з 
боку вихідного розчину, тому матеріал мембрани повинен володіти досить 
високими характеристиками міцності. 
При виборі типу мембран необхідно також враховувати властивості 
розчину, що розділяється. 
Крім цього мембрани повинні мати велику затримувальну здатність для 
масел і високу проникність для ПАР[15,18]. 
Досліджувалися розділяючі характеристики ультрафільтраційних 
мембран різної хімічної природи та пористості:  
- УАМ-500, УПМ-100, УФФ, УФФК, УПМ-П та мікрофільтраційна 
мембрана МФФ-4. Технічні характеристики цих мембран наводяться в 
таблиці 3.2-3.6. 
Перепад робочого тиску по обидві сторони мембрани становив 0,24 
МПа для ультрафільтраційних мембран та 0,06 МПа для мембрани МФФ-4. 
Досліди проводили в інтервалі температур вихідної суміші від 20 до 60°С. 
Результати цих експериментів наведено на рисунок.3.7-3.13. 
Таблиця 3.7 
Мембрана Завод- Робочий  Селектив- Темпера- Проник- 
ність тура ність 
 виготовник тиск Р (Па) φ ПАР, %    t  , °С  G, л/м2-г 
УМПМ "Тасма" 2,4-105 99,5 20 29,9 
 м.Київ  35,0 60 64,0 
УАМ-500 НВО "Полі- 2,4-105 71,0 20 46,9 
 мерсинтез"  97,9 40         6,5 
УФФ - I I -  3-105 98,3 20 23,7 
УФФК - I I -  3-105 96,6 20 13,1 
УПМ-100 - I I -  2,4-105 56,6 20 38,8 
    40 75 
   77,6 60 83,3 
 
Як основні параметри, що характеризують процес поділу, визначали 
питому продуктивність і селективність за ПАР за формулами 
 
де V-об'єм фільтрату, л; 
F - поверхня мембрани, м2; 
t - час відбору фільтрату, година. 
 
де Си, Сф - концентрація ПАР у вихідному розчині та фільтраті, 
відповідно. Результати цих розрахунків зведено у табл.3.7. 
Аналізуючи отримані результати, дійшли висновку, що мембрани УФФ 
і УФФК не відповідають вимогам, тому що володіють занадто великою 
затримувальною здатністю по ПАР і відносно невисокою проникністю. 
Мембрана МФФ-4 не має практично затримуючої здатності і не забезпечує 
необхідної якості фільтрату. Ацетатцелюлозна мембрана УАМ-500 має гарну 
селективність і проникність за нормальних умов. Але при підвищених 
температурах розчину, що розділяється, відбувається різке падіння 
проникності, що пояснюється, мабуть, руйнуванням структури мембрани 
внаслідок швидкого склування [49]. Крім того, матеріал мембрани' 
характеризується низькою стійкістю до кислих і лужних середовищ, 
недостатньою стійкістю до дії багатьох розчинників і мікроорганізмів. 
Порівнюючи параметри мембран УПМ-100 і УПМ-П дійшли висновку, 
що найбільш оптимальними властивостями (низька селективність за ПАР, 
висока проникність, хороші характеристики міцності) має мембрана УПМ-П. 
Тому мембрану УПМ-П було обрано для подальших досліджень. 
 
 
1 - швидкість обертання мішалки W1=11,2 сек-1; 
2 - швидкість обертання мішалки W2=5,8 сек-1 . 
Рисунок 3.2 Залежність селективності φ мембрани УПМ-П від температури Т 
вихідної суміші: 
 
 
 
1 - швидкість обертання мішалки W -1
1=11,2 сек ; 
2 - швидкість обертання мішалки W2=5,8 сек-1 . 
Рисунок 3.3  Залежність селективності φ мембрани УФФ від 
температури T вихідної суміші: 
 
1 - швидкість обертання мішалки W1 =11,2 сек-1; 
2 - швидкість обертання мішалки W2=5,8 сек-1. 
Рисугок 3.4  Залежність селективності φ мембрани УФФК від 
температури T вихідної суміші: 
 
1 - швидкість обертання мішалки W1=11,2 сек-1; 
2 - швидкість обертання мішалки W2 = 5,8 сек-1. 
Рисунок 3.5 Залежність селективності φ мембрани УАМ-500 від 
температури T вихідної суміші: 
 
1 - швидкість обертання мішалки W1=11,2 сек-1; 
2 - швидкість обертання мішалки W2 = 5,8 сек -1. 
Рисунок 3.6 Залежність селективності φ мембрани УПМ-100 від 
температури Т вихідної суміші 
 
1 - швидкість обертання мішалки W -1
1 = 11,2 сек ; 
2 - швидкість обертання мішалки W2 = 5,8 сек-1. 
             G, л/м2-година 
Рисунок 3.7  Залежність селективності φ мембран мембрани МФФ-4 від 
температури Т вихідної суміші 
 
1 - швидкість обертання мішалки W1=11,2 сек-1; 
2 - швидкість обертання мішалки W2=5,8 сек-1. 
Рисунок 3.8 Залежність проникності G мембрани УПМ-П від 
температури T вихідної суміші: 
             G, л/м2-година 
 
1 - швидкість обертання мішалки W1=11,2 сек-1; 
2 - швидкість обертання мішалки W2=5,8 сек-1. 
             G, л/м2-година 
Рисунок 3.9. Залежність проникності G мембрани УФФ від 
температури Т вихідної суміші 
 
1 - швидкість обертання мішалки W1=11,2 сек-1; 
2 - швидкість обертання мішалки W2=5,8 сек-1. 
              G, л/м2-година  
Рисунок 3.10  Залежність проникності G мембрани УФФК від 
температури Т вихідної суміші 
 
 
1 - швидкість обертання мішалки W1=11,2 сек-1; 
2 - швидкість обертання мішалки W2 = 5,8 сек-1. 
              G, л/м2-година 
Рисунок 3.11 Залежність проникності G мембрани МФФ-4 від 
температури T вихідної суміші 
 
1 - швидкість обертання мішалки W1=11,2 сек-1; 
2 - швидкість обертання мішалки W2 = 5,8 сек-1. 
                                   G, л/м2-година 
Рисунок - 3.12 Залежність проникності G мембрани УАМ-500 від 
температури T вихідної суміші 
 
1 - швидкість обертання мішалки W1=11,2 сек-1; 
2 - швидкість обертання мішалки W2 = 5,8 сек-1. 
Рисунок 3.13 Залежність проникності G мембрани УПМ-100 від 
температури T вихідної суміші 
 
3.3.1. Вплив робочого тиску 
 
На рисунку 3.14 показано залежність проникності мембрани УПМ-П за 
фільтратом від робочого тиску при різних швидкостях обертання магнітної 
мішалки. 
Зі зростанням робочого тиску проникність збільшується до певної 
межі, після чого спостерігається поступове зниження проникності. Це 
пояснюється утворенням гелю шару на поверхні мембрани. У разі 
збільшення швидкості обертання мішалки проникність знову зростає. 
З появою гелю на поверхні мембрани різко збільшується 
гідродинамічний опір системи "мембрана-гель", в той же час підвищення 
тиску призводить до збільшення товщини шару гелю і до його стиснення і не 
призводить до збільшення продуктивності по фільтрату. Гідродинамічний 
опір гель-шару, що значно перевищує опір мембрани, має визначальний 
вплив на продуктивність по фільтрату. 
Таким чином, можна зробити висновок, що товщина гелю шару падає 
зі збільшенням швидкості обертання мішалки і при низьких значеннях 
прикладеного тиску процес ультрафільтрації відбувається без утворення 
гелевого шару. 
На рисунку 3.14, залежність проникності від тиску можна умовно 
розділити на 3 області: перша - відсутність концентраційної поляризації (збіг 
кривої із залежністю по чистій воді); друга - область концентраційної 
поляризації; третя – область гелевої поляризації. При більш високих 
швидкостях обертання утворення шару гелю відбувається при більш високих 
значеннях робочого тиску і відповідно продуктивності по фільтрату. Процес 
ультрафільтрації рекомендується проводити в передгелевій області, оскільки 
засмічення мембран у цій галузі мінімально. 
 
G, л/м2-година 
 
1 - швидкість обертання мішалки W1=11,2 сек-1; 
2 - швидкість обертання мішалки W2 = 8,3 сек-1; 
3 - швидкість обертання мішалки W =5,1 сек-1
3 . 
Рисунок 3.14 Залежність проникності G мембрану УПМ-П від робочого 
тиску 
 
3.4. Вплив температури вихідної суміші 
 
Дані рисунка 3.8 свідчать про те, що зі зростанням температури 
вихідної суміші відбувається збільшення продуктивності фільтрату. 
Вплив температури на процес ультрафільтрації є складним процесом. 
Збільшення температури знижує в'язкість і збільшує плинність рідин, 
призводить до зменшення примембранного в'язкого підшару, а отже, і до 
зменшення товщини шару гелю. 
Підвищення температури з 20 до 60 ° С викликає суттєве збільшення 
проникності мембрани більш ніж 2 рази. Збільшення температури на 1°С 
призводить до збільшення потоку фільтрату на 2,5%. 
Однак підвищення температури вихідної суміші понад 60 °С небажано, 
оскільки може призвести до зміни структури мембрани та її подальшого 
руйнування. З міркувань довговічності експлуатації мембрани оптимальною 
для процесу ультрафільтрації слід вважати температуру порядку 40-45°С. 
 
3.5. Вплив концентрації вихідної суміші 
 
Як видно з рисунку 3.15 проникність мембрани зменшується зі 
зростанням концентрації ТМЗ в розчині, що розділяється. Ця залежність має 
логарифмічний характер. Зниження проникності при збільшенні концентрації 
ТМЗ, пояснюється зростанням товщини шару гелю, що знижує потік 
фільтрату. Збільшення швидкості обертання мішалки, знижує концентрацію 
розчину у граничному шарі та сприяє підвищення проникності мембрани. 
Однак при концентрації відпрацьованого ТМЗ понад 50% проникність падає 
на стільки, що втрачає ефективність. 
           G, л/м2-година 
 
1 - швидкість обертання мішалки W1=11, 2 сек-1; 
2 - швидкість обертання мішалки W =8, 3 сек-1
2 . 
 
Рисунок 3.15 Залежність проникності G від концентрації вихідного 
розчину: 
 
 
Рисунок 3.16  Залежність селективності φ від концентрації 
нафтопродуктів 
у вихідному розчині. 
На рисунку 3.16 показана залежність селективності мембрани від 
концентрації нафтопродуктів у розчині, що розділяється. З графіка видно, що 
концентрація нафтопродуктів не суттєво впливає на селективність мембрани, 
що можна пояснити сталістю структури розчину ТМЗ в досліджуваному 
інтервалі концентрацій. Звідси можна дійти невтішного висновку у тому, що 
вміст нафтопродуктів у фільтраті залежить від концентрації в вихідної 
суміші. 
 
3.6. Вплив рН 
 
Для вимірювання pH середовища в лабораторії був використаний pH-
meter-І-160MI. (рисунок 3.17) 
 
Рисунок  3.17 pH-meter-І-160MI 
Зміна рН стічних вод, що містять емульговані олії, надає сильний 
вплив на стійкість суміші, що розділяється, її в'язкість, утворення гелевого 
шару, виділення вільних масел, фізико-хімічні перетворення емульсій, 
коалесценцію, що в свою чергу позначається на експлуатаційних 
властивостях ультрафільтраційних мембран[53]. 
На рис.3.17 показана залежність впливу рН вихідної суміші на 
продуктивність фільтрату. Підкислення відпрацьованого розчину ТМЗ від 
рН=10 до рН=5, призводить до збільшення потоку фільтрату. Можливо, це 
викликано коалесценцією крапель емульгованих олій у підкисленому 
розчині. 
 
3.7. Вплив швидкості обертання 
 
Результати дослідження впливу швидкості обертання магнітної 
мішалки на продуктивність з фільтрату наведено на рис.3.18. 
    G, л/м2-година 
 
1 – рН = 5,0; 
2 – рН = 10,0 
Рисунок 3.18 Залежність проникності G від рН вихідного середовища 
у міру відбору фільтрату: 
. 
G, л/м2-година 
 
Рисунок 3.19 Залежність проникності G від швидкості обертання 
мішалки W. 
             С, мл/л 
 
Рисунок 3.20 Залежність концентрації С нафтопродуктів у фільтраті 
від швидкості обертання мішалки W. 
Зі збільшенням швидкості обертання збільшується дотична напруга на 
поверхні мембрани і отже знижується товщина шару гелю, що призводить до 
підвищення продуктивності по фільтрату до деякого максимуму. Подальше 
підвищення швидкості обертання призводить до зниження продуктивності, 
що пояснюється, мабуть, відцентровим протитиском фільтрату. 
Висока тангенціальна швидкість на поверхні мембрани перешкоджає 
проникненню емульгованих олій у пори мембрани, тому якість очищеного 
розчину підвищується зі збільшенням швидкості обертання. 
 
 Залежність вмісту нафтопродуктів у фільтраті від швидкості обертання 
магнітної мішалки показано на рис.3.20. 
 
3.8. Методика оцінки ефективності масовіддачі та вплив висот 
міжмембранного каналу 
 
У мембранних апаратах з турбулізуючими вставками або зі складною 
геометричною формою каналу, опис масобміну утруднено через незнання 
швидкостей потоку розчину, що розділяється в напірному каналі. Для оцінки 
ефективності мас віддачі в мембранному модулі нами було обрано 
електродифузійний метод, що ґрунтується на електрохімічних реакціях. 
У стаціонарних умовах швидкість такої реакції можна виразити 
рівнянням: 
 
де        i – щільність струму, [А]; 
            n - заряд реагуючих частинок; 
            Fф - число Фарадея [Кл/моль]; 
            C - концентрація іонів [Fе(СN)6]3- біля поверхні електрода, [моль/м3]; 
            D - коефіцієнт дифузії іонів [Fе(СN)6]3- у водному розчині, [м2/с]; 
            U - рухливість іонів. 
Інтегрування рівняння призводить до вигляду: 
 
де ui - число перенесення реагуючих іонів. 
В умовах потоку електроліту швидкість електрохімічної реакції 
лімітується величиною коефіцієнта масовіддачі β поблизу поверхні 
електрода. Експериментально швидкість такої реакції, на прикладі анодного 
відновлення ферицианида К в 0,5 нормальному КОН, визначається відносно 
просто з високою точністю. 
 
 
Робочий електрод та електрод порівняння вмонтовані у стінку каналу 
ультрафільтраційного апарату (рис.3.21.). Електрохімічна реакція протікає на 
торцевій поверхні електрода, що омивається потоком електроліту, що 
циркулює в каналі. Електроди виготовлені з хімічно чистого нікелю. Робоча 
поверхня електрода становила 0,24-10-6 м-2, діаметр електрода порівняння 
1*10-3 м. Вивчення електрохімічних реакцій проводилося за допомогою 
потенціостату П5827М. 
Концентрація розчиненої речовини лежить на поверхні електрода 
залежить з його потенціалу і зі збільшенням різниці потенціалів між 
електродами прагне нулю. У цьому щільність струму досягає граничної 
величини (рис.3.22). 
 
1 – робочий електрод; 2 – електрод порівняння; 3 - допоміжний 
електрод; 4 - міліамперметр; 5 – вольтметр; б – стінка каналу. 
Рисунок 3.21. Схема вимірювання граничного струму в потоці електроліту: 
 
Рисунок 3.22 До методики визначення граничного струму у процесі 
електровідновлення феро-фериціанідів калію на нікелевому електроді. 
 
За експериментальними значеннями іnp розраховуємо коефіцієнт 
масовіддачею за рівнянням: 
 
Де      S1 - поверхня робочого електрода [м2] 
          Fф - число Фарадея [Кл/моль]; 
          с - концентрація розчину електроліту [моль/л 
          z – число електронів. 
Отримавши практичні значення коефіцієнтів масовіддачею β для 
різних типів каналів їх необхідно описати за допомогою критеріальних 
рівнянь. 
Для опису процесу масовіддачі у каналі використовуємо 
критеріальне рівняння виду: 
 
Де    А – постійний коефіцієнт; 
        m, n – показники ступеня. 
При цьому необхідно прологарифмувати наведене рівняння: 
 
Де  
                 
Або 
 
Отримане рівняння за умови сталості температур, коли n=0,33, у 
логарифмічних координатах є рівняння виду у=ах+b й описує пряму з 
тангенсом кута нахилу рівним m, а відрізок, що відсікається на осі ординат, 
дозволяє визначити постійний коефіцієнт А. 
Таким чином, щоб визначити шукані величини m і А, необхідно 
отримати залежності Nu'= ƒ (Rе) або β = ƒ (W0) за умови сталості температур. 
 
3.9. Вплив висоти міжмембранного каналу на ефективність масовіддачі 
 
При конструюванні ультрафільтраційних апаратів зазвичай прагнуть 
зменшення висоти мембранного каналу. При цьому підвищується щільність 
упаковки мембран, зменшуються габарити та матеріаломісткість апарату. 
Однак мінімальне значення висоти каналу hmin  обмежене, оскільки зростає 
гідравлічний опір, що призводить до зниження середнього перепаду тиску на 
мембрані та супроводжується збільшенням витрати енергії. 
У проведених експериментах було досліджено міжмембранні канали 
висотою h, що змінюється в межах від 0,18 до 1,0 мм. Розглянемо вплив 
висоти ефективність масовіддачі (табл.3.8-3.11.). На рис.3.21 подано 
результати проведених досліджень. 
Таким чином, з рис.3.23 видно, що найбільш ефективним із 
розглянутих є канал з висотою h=0,82 мм. Значення коефіцієнта масовіддачі 
та гідравлічного опору каналу при швидкостях Wср=0,5 м/с в м/с та Wср=1,0 
м/с наведені в табл.3.12. 
 
 
Рисунок 3.23 Залежність коефіцієнта масовіддачі Р від середньої 
швидкості Wср потоку: 1.- h=0.18 мм, 2.-h=0.36 мм, 3.-h=0.54 мм, 4.-
h=0.82 мм. 
Характеристика каналів мембранного апарату 
Таблиця 3.8 
Канал: b=0,09м; h=0,18 мм; dе=0,36 мм 
 
Таблиця 3.9 
Канал: b=0,09м; h=0,36 мм; dе=0,718 мм 
           
 
Таблиця 3.10 
Канал: b=90 мv; h=0,54 мм; dе=1,076 мм 
 
Таблиця 3.11 
Канал: b=90 мv; h=0,82 мм; dе=1,632 мм 
 
З отриманих залежностей можна визначити також, як змінюється 
гідравлічний опір каналів за їх різної висоти. 
 
Таблиця 3.12 - Залежність коефіцієнта масовіддачі β і гідравлічного опору Δ ρ 
тр від висоти каналу h  і середньої швидкості Wср потоку. 
 
 
РОЗДІЛ 4. Контроль та автоматизація технологічного процесу 
 
Впровадження автоматизації у технологію водоочищення дозволяє 
підвищити продуктивність праці, скоротити чисельність обслуговуючого 
персоналу, покращити умови праці та забезпечити безпеку проведення робіт, 
значно підвищити ефективність водоочисних установок, збільшити рівень 
очищення води. 
Очищення стічних вод за допомогою електрокоагуляції проводять у 
такому порядку. Стічна вода з виробів, що містить іони металів, надходить у 
резервуар-усреднитель. Резервуар-усреднитель контролю рівня має 
встановлений за місцем уравнометр РП-1065. У воді, що знаходиться в 
резервуарі, контролюють значення рН і питому електропровідність. 
Для контролю значень питомої електропровідності установки 
встановлено кондуктомір типу КК-2,3. За місцем на середнику встановлено 
занурювальний датчик типу КК-3 та аварійний сигналізатор. 
У середник для перемішування рідини подається стиснене повітря. Для 
регулювання витрати повітря на трубопроводі кустановлений мембранний 
дифманометр типу ДМ. 
Залежно від значення рН і питомої електропровідності води резервуар-
усреднитель подаються реагенти для коригування рН з ємностей і розчин 
хлористого натрію з ємності для коригування питомої електропровідності. 
Дозування реагентів з кожної ємності здійснюється за допомогою клапана-
живильника ПРИ-1. 
Для контролю за витратою води під час приготування робочих розчинів 
реагентів у ємностях, на трубопроводі за місцем встановлені мембранні, 
пневматичні, компенсаційні дифманометри ДМПК-100А. 
Для контролю над витратою концентрованих реагентів (сірчаної 
кислоти, лугу та хлористого натрію) на трубопроводі за місцем встановлені 
ротаметри типу РДП[16]. 
 
З резервуара-усреднителя вода подається насосом в електрокоагулятор, 
де відбувається очищення води від іонів важких металів в результаті їх 
анодного відновлення. На трубопроводі подачі стічної води 
електрокоагулятор встановлений прилад для вимірювання та регулювання її 
витрати. За місцем встановлений мембранний, компенсаційний дифманометр 
ДМПК-100А. 
Випрямляч, забезпечений регулювальним пристроєм, що дозволяє 
вимірювати та змінювати величину струму та напруги, пристроєм для 
періодичного реверсування струму та має водяне охолодження. 
Після електрокоагулятора очищена вода самопливом надходить у 
відстійник. Для контролю рівня у відстійнику за місцем встановлено 
електродний сигналізатор рівня ЕРСУ-2. Після заповнення відстійника 
проводиться 2-х годинне відстоювання суспензії. Потім насосом осад 
подається на зневоднення та автоматичний фільтр. Освітлена, очищена вода 
зливається в каналізацію[11]. 
Крім автоматизованого контролю та управління технологічним 
процесом існує ряд показників, за якими здійснюється аналітичний контроль, 
що виконується лаборантами заводської лабораторії. До таких показників 
відносяться вміст у воді іонів міді, цинку, нікелю, заліза та хлору. Для 
визначення цих показників якості води розроблено методичні вказівки для 
лабораторного аналізу. Контроль здійснюється до та після очищення води. 
 
РОЗДІЛ 6. Організаційно-економічні розрахунки 
6.1. Коротка характеристика відділення, режим роботи 
 
Згідно з проектованою технологічною схемою, система установок УСД з 
очищення стічних вод від іонів металів продуктивністю 100м3/доба здатна 
проводити очищення води до ГДК методом електрокоагуляції вод, що містять: 
хрому до 50мг/л, цинку до 5 мг/л, нікелю до 25 мг/ до 35 мг/л при рН=2…10. 
Готовим продуктом є очищені промислові стоки [27, 28]. 
Відділення розміщене в окремому приміщенні цеху хімводоочищення та 
оснащене таким обладнанням: 
1. Установка УСД, продуктивністю 4,2 м3/година, споживана потужність-
13,3 кВт. 
2. Випрямляч ВАКР-1600-12У4, номінальна потужність 19,2 кВт, у 
кількості 2 шт. 
3.Центробіжний занурювальний насос IХП-3, потужністю 1,5 кВт, в 
кількості 2 шт. 
4. Шестерний роторний насос НШ-7/20Д, споживана потужність 3кВт. 
5. Залізобетонний резервуар усреднитель, об'ємом 100м3, у кількості 2 шт. 
6. Вертикальний відстійник, об'ємом 15м3, у кількості 3 шт. 
7.Автоматичний фільтр-прес ФПАКМ, споживана потужність-7,9 кВт. 
8. Ємності для реагентів, обсягом 10м, у кількості 3шт. 
9.Вентилятор відцентровий Ц4-70-3,2 з електродвигуном ВАО 22-2, 
потужністю 2,2 кВт, 1шт. 
10. Трубопроводи, запірна арматура. 
Штат відділення очищення стічних вод складається з персоналу 
розподіленого на одному робочому місці-обслуговування установки 
електрокоагуляції. Ремонт обладнання та заміна персоналу на час хвороби та 
відпусток проводиться персоналом цеху хімводоочищення. Умови роботи 
шкідливі. 
Режим роботи відділення очищення стічних вод від іонів металів 
характеризується безперервним робочим тижнем, тривалість робочого дня 8 
годин. 
 
Кількість бригад визначаю за формулою: 
24
n  1,   (6.1) 
tсм.
де tсм.- тривалість зміни. 
24
n  1 4  
8
Тривалість змінообігу: 
Тсм. =n  а,    (6.2) 
де а-число робочих днів за зміну за 1 тиждень. 
Тсм.= 4 4= 16 дней. 
За розрахунковими даними строю графік виходів бригад за 1 змінообіг 
(таблиця 6.1). 
За графіком визначаю число робочих днів Краб. = 12 днів, число 
вихідних днів Квых. = 4 за один змінообіг на 1 бригаду. 
Загальна кількість робочих днів на одного працюючого на рік складає: 
365
Вроб.  К роб.  (6.3) 
Тсм.
365
                                                 Вроб.  14  320днів  
16
Загальна кількість вихідних днів на одного робітника: 
365
Ввих.  К вих.   (6.4) 
Т см.
365
                         Ввих.   4  91день  
16
Виходячи з роботи обладнання безперервного тижня без зупинки 
обладнання , складаю таблицю роботи обладнання в році (таблиця 6.2). 
 
6.2. Техніко-економічний розрахунок 
 
Розрахунок та побудова графіка ППР обладнання. Система планово-
попереджувального ремонту обладнання хімічних підприємств включає 
поточний, середній та капітальний ремонт. На підставі ремонтних 
нормативів, що регламентують час роботи обладнання між ремонтами 
обладнання, складаю структуру міжремонтного циклу та будую графік ППР. 
Структура міжремонтного циклу наступна: ТТТКТТТТТСТТТ-один 
капітальний ремонт, один середній та десять поточних ремонтів на рік. 
З цього строю графік ППР, графік представлений у таблиці 6.3 
 
6.2.1. Розрахунок виробничої потужності 
 
Виробнича потужність ділянки визначається продуктивністю 
провідного агрегату. Для безперервних процесів розрахунок виробничої 
потужності провадиться за формулою: 
М q`n Tэф.  kвих. ,  (6.5) 
де   q - годинна продуктивність агрегату, м3/год. 
 n – кількість однойменних агрегатів; 
Тэф. -Ефективний фонд часу роботи обладнання,ч.                                      
  kв - коефіцієнт виходу, характеризує вихід готової продукції з одиниці 
сировини. 
М  4,21` 8328 3 105000м3 /год  
 
6.2.2. Визначення вартості обладнання 
 
Для розрахунку вартості складаю специфікацію обладнання (таблиця 
6.4). 
 
6.3. Питання праці та заробітна плата 
 
Визначення балансового часу роботи одного робітника. Баланс 
робочого часу це кількість днів, що підлягають відпрацюванню одним 
середньомісячним робітником протягом року. Баланс робочого часу для 
безперервного виробництва розраховується шляхом відрахування з 
календарного фонду робочого часу, що подається на чергові та додаткові 
відпустки, на відпустки у зв'язку з хворобою робітника, на громадські 
обов'язки. Баланс робочого дня одного робочого представлений у таблиці 6.5. 
Визначення числа робітників. 
Коефіцієнт перерахунку облікового числа робітників: 
Тэф.
Кпер.    (6.6) 
Т роб.
347
                                             Кпер.  1,2  
246
Розрахунок чисельності робітників на добу визначається виходячи з 
норм обслуговування: 
Ряв.=Нобс.Г С,  (6.7) 
де Нобс. -норма обслуговування обладнання; 
       Г- кількість робочих місць; 
       С – кількіст змін на добу. 
       Ряв. = 1 1 3= 3 людини. 
На основі явочного числа робітників визначається облікова чисельність 
робітників: 
Рсп.=Ряв.Кпер. (6.8) 
                               Рсп.=3 1,2  = 4 людини. 
Таблиця 6.5 - Баланс робочого часу одного робітника 
Показники Дні 
Календарний час 365 
Вихідні дні 91 
Номінальний фонд робочого часу 274 
Невиходи:  
Відпустка 18 
Хвороби 7 
Декретна відпустка 2 
Виконання громадських обов'язків 1 
Час роботи одного робітника 246 
 
Розрахунок чисельності робітників за фахом представлений у таблиці 6.6. 
 Таблиця 6.6 - Кількість робітників за професією 
Професія Кіль Число Явкова Коефіці Обліков  
Робітників кість змін на кіль єнт а кіль  
робітни добу кість перехо кість Розряд 
ків за робочих ду робочих 
зміну 
Апаратчик 1 3 3 1,2 4 IV 
 
Тарифний фонд заробітної плати - добуток денної тарифної ставки, 
облікової чисельності робітників та ефективного фонду робочого часу: 
Зт.=Тдн.Рсп.Тэф., (6.9) 
 де    Тдн.- денна тарифна ставка для IV розряду. Тдн.=3,64 
  Зт.=3,64 4 246=3581,76 грн 
Доплата за роботу в нічний час, з 22 до 6 години ранку, при 
безперервній цілодобовій роботі дорівнює 4,7% від тарифного фонду 
заробітної плати. 
4,7 3581,76
Дн.  168,34грн.  
100
Доплата за роботу у святкові дні для безперервного виробництва 
визначаю за формулою: 
Дпр.=Ряв.Тдн. впр.дн.   ,  (6.10) 
де Впр.дн.-кількість святкових днів на рік. 
Дпр. = 3 3,64 8 = 87,36 грн. 
Сума премій складає: 
Зпр.=Зт. Ппр./100,  (6.11) 
де Ппр.-відсоток премій (20%). 
Зпр. = 3581,76 20/100 = 716,35 грн. 
 
Основний фонд заробітної плати дорівнює: 
Зосн.=Зт.+Дпр.+Дн.+Зпр.   (6.12) 
Зосн.=3581,76 +168,34 +87,36 +716,35=4553,81 грн. 
Додаткова доплата включає оплату чергової відпустки: 
Вдн.отп.
Фотп.  Зосн. ,                   (6.13) 
Тэф.
де Фотп.-оплата чергової відпустки; 
Вдн.відп.-кількість днів відпустки 
18
Фотп.  4553,81  333,20грн.  
246
Річний фонд заробітної плати робітників дорівнює сумі основної та 
додаткової заробітної плати: 
Зг. =Зосн.+Здоп.  (6.14) 
Зг.=4553,81 +333,20 =4887,01 грн. 
Отримані дані зводимо до таблиці 6.7. 
 
6.4. Розрахунок собівартості продукції 
 
Визначення річної потреби у сировині, матеріалах, паливі та енергії. 
Розрахунок потреби у сировині, матеріалах, паливі та електроенергії на 
підставі норм витрати представлений у табл. 6.8. 
 
Таблиця 6.8 - Основні норми витрати матеріалів 
Найменування Одини Стандарт на Норма Об'єм Усього 
сировини, ця сировину та витрати на виробни сировини 
матеріалів, виду виміру матеріали очищення цтва чи 
палива, енергії 1000м3 води матеріалу 
на рік 
1. Сировина і      
матеріали:      
-Сталь 3 Т ГОСТ535-19 0,14 35000 5,0 
-Їдкий натр Т ГОСТ2263-73 0,009 35000 0,3 
-Сірчана кислота Т ГОЧСТ2184-77 0,009 35000 0,3 
-Хлористий натрій Т ГОСТ12374-72 0,5 35000 18,0 
 
2.Енергоресурси:      
-Вода технолог. М3  50,4 35000 1750 
-Повітря технолог. м3 85,7 35000 3065 
Електроенергія кВт 2746 35000 178282 
 
 
Заготівельна вартість матеріалів, сировини з урахуванням тарим 
перевезень представлена в табл. 6.9. 
  
Таблиця 6.9 - Заготівельні ціни на сировину та матеріали 
Найменування Єдиний. Ціна за один. Загальна Загальна 
сировини змін. змін. потреба вартість, 
грн 
Сталь 3 Т 1060,0 5,0 5300,0 
Їдкий натр Т 1430,0 0,3 429,0 
Сірчана кислота Т 616,0 0,3 184,8 
Хлористий натрій Т 242,0 18,0 4356,0 
Всього    10269,8 
 
 
6.4.1 Розрахунок вартості електроенергії, води, повітря 
 
Визначення потреби в електроенергії проводиться окремо за кожним 
видом обладнання за формулою: 
F = М Т К Кср.а., (6.15) 
де     М-потужність двигуна, кВт.; 
         Т-час роботи двигуна, год; 
К-коефіцієнт навантаження двигуна за потужністю, К = 0,7; 
Кср.а.-коефіцієнт, що враховує cos , Кср.а.=0,95 
Силова енергія, що споживається випрямлячем дорівнює: 
F = 19,2 8328 0,7 = 106 300 кВт. 
Силова енергія, що споживається електродвигуном насоса НШ-7/20Д 
F = 38328 0,7 0,95 = 15614 кВт. 
Силова енергія, що споживається фільтром ФПАКМ: 
F = 7,9 8328 0,7 0,95 +41 751 кВт. 
Силова енергія, яка споживається вентилятором: 
F = 2,2 8328 0,7 0,95 = 9864 кВт. 
Отримані дані зводимо до таблиці 6.10. 
Витрати електроенергії на освітлення приміщення розраховую за 
формулою: 
Т  F  a  k 1,02 1,05
Эосв.  ,   (6.16) 
1000
де Т-час штучного освітлення в годиннику, Т=2500 годин; 
        F-освітлювана площа, м2; 
        k-коефіцієнт одночасного горіння; 
        а-потужність на 1м2 поверхні, а = 8Вт; 
        1,02-коефіцієнт, що враховує втрати в мережі; 
        1,05-коефіцієнт чергового освітлення. 
2500 144 8  0,8 1,02 1,05
Эосв.   2468кВт  
1000
 
6.4.2 Витрата води та повітря на технологічні потреби 
 
Витрата води на побутові потреби, миття приміщення: 
Hw Sn Тэф.
W  ,   (6.17) 
1000
де  Нw- норма витрати води на миття 1м2, дорівнює 1,5 м3/добу; 
          Sn-площа підлоги, м2. 
1,5 144  245
W   52м3
 
1000
Витрата питної води на 1 особу 1м3 на добу, на рік це 
становитиме 365м3. 
Сума витрат води на побутові потреби: 
Sобщ.=52+365=417м3 (6.18) 
Витрати з відділення складуть: 
-Витрати на утримання та експлуатацію обладнання-амортизаційні 
відрахування становлять 2030,0 грн., послуги допоміжних цехів, запчастини, 
матеріали-2,5 від повної вартості обладнання 492,0 грн. 
-відрахування на соцстрах від фонду заробітної плати основних 
робітників складає 35% -1253,61 грн. 
-Витрати з охорони праці, шкідливі умови роботи-15% від фонду 
заробітної плати робітників-733,05 грн. 
-Інші витрати становлять 1,5% від витрат по відділенню. 
(2030,0 +492,0 +1253,61 +733,05) 0,015 = 67,62 грн 
Отримані дані зводимо до таблиці 6.11. 
6.5 Оцінка ефективності проектних рішень 
6.5.1 Визначення економічного ефекту від застосування 
електрокоагуляційного способу очищення стічних вод з використанням 
УСД 
 
Економічний ефект від впровадження електрокоагуляційного 
способу очищення визначаю як різницю між умовною економічною 
шкодою, що завдається біосфері при скиданні неочищених вод Еу та 
сумою всіх витрат на очищення: 
Зi=Тi+ЕнК,  (6.19) 
Де    Ті-собівартість очищення 1000м3 стічних вод; 
         Ен-нормативний коефіцієнт, Ен = 0,12; 
         Кі - сума каптальних витрат, що дорівнює (1,5 +2) основних 
виробничих фондів. 
   Кi=(1,5+2) 19710,0=68985,0 грн.      (6.20) 
Зi = 1690,66 +0,12 68985=9968,86 грн. 
Умовна економічна шкода від скидання у водойму неочищених стоків 
дорівнює: 
Gв. Д П
Э  в
у ,   (6.21) 
Хв. Vв.   ПДКв.
де Gв - різниця між кількістю шкідливої речовини, що скидається у 
водоймище, що перевищує санітарні норми і відповідає санітарним нормам. 
G ПДК
в. = Gв- Gв   (6.22) 
С
G  i Q 365
в ,   (6.23) 
1000
де  Сi - доза шкідливої речовини у воді, що скидається, мг/л; 
Q - обсяг стічних вод, що скидаються за добу. 
60 96 365
Gв   2102,4кг / год  
1000
пдк 0,196 365
                     Gв   3,5кг / год.  
1000
Пв. - відношення фактичного вмісту шкідливої речовини в воді, 
що скидається, до її санітарної норми. 
С 60
            П  i
в. ;                  Пв.   600  (6.24) 
0,1 0,1
20АД
    Х 50
в.  ,     (6.25) 
ПДКв.
де АД50- летальна доза шкідливої речовини. 
20 3250
Хв.   650000  
0,1
Vв. - обсяг води, яку споживає людина за добу. Vв.=0,003м3. 
2098,9 600  4000
Эу.   40774,2грн 
650000 0,003 365 0,01
Ээф.экол.=40774,2- 9968,86=30805,34 грн. 
 
6.5.2. Визначення економічної ефективності за наведеними витратами 
 
Эп = [З1 -З2] Q ,  (6.26) 
де Q-об'єм стічних вод на рік, м3; 
      З1-наведені капітальні витрати на реагентний метод; 
        З2-наведені капітальні витрати на реагентний метод. 
Эп = [(0,53+0,15 2,14)-(0,53+0,15 1,69)] 35000=2362,5 грн. 
 
6.5.3 Загальний економічний ефект від застосування методу 
електрокоагуляції 
 
Э= Эф .+ Эп  (6.27) 
Э.=30805,34 +2362,5 = 33167,84 грн. 
Термін окупності визначаю за такою формулою: 
К
Т  i   (6.28) 
Э
68985
                         Т   2,07роки  
33167,84
Основні техніко-економічні показники проектованого відділення 
представлені у таблиці 6.13. 
Таблиця 6.13 - Основні техніко-економічні показники проектованого 
відділення 
  Одиниц Показники методів 
№ Найменування показника я виміру Електрокоагу Реагентний  
ляційний 
1. Річний обсяг води м3/рік 35000 35000 
2. Чисельність робітників людей 4 8 
3. Середньорічне виробництво    
на одного робітника 8750 4375 
4. Капітальні витрати тис.грн. 68,98 76,79 
5. Питомі капітальні витрати грн/м3 1,97 2,19 
6. Витрати на:    
      -реагенти тис.грн. 10,27 32,84 
      -воду, тис.грн. 0,315 4,62 
      -повітря тис.грн. 4,23 5,86 
      -Електроенергію тис.грн 39,52 19,96 
7. Питомі норми витрати:    
      -реагентів т/м3 0,005 3,5 
      -Електроенергія кВт/м3 5,09 4,45 
8. Повна собівартість грн/м3 1,69 5,3 
9. Умовні економічні збитки    
від скидання неочищених    
стічних вод тис.грн. 40,774 40,774 
10. Термін окупності років 2,07 2,14 
11. Економічний ефект від    
застосування методу тис.грн. 33,167 23,65 
очищення 
12. Коефіцієнт ефективності    
капіталовкладень  
0,15 
 
 
 
Економічний ефект від запровадження даного методу очищення 
становитиме 33167,84 гривні, собівартість очищення 1,69 грн./м3, термін 
окупності 2,07 року. Коефіцієнт економічної ефективності 0,15. 
Порівняно з реагентним методом, цей метод вдвічі зменшує 
чисельність обслуговуючого персоналу, знижує витрати на реагенти, воду і 
повітря. 
 
Таблиця 6.1 - Графік роботи бригад 
  Дні місяця 
зміна години 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
I 0-8 А А А А В В В В Б Б Б Б Г Г Г Г 
II 8-16 Б Г Г Г Г А А А А В В В В Б Б Б 
III 16-24 В В Б Б Б Б Г Г Г Г А А А А В В 
  Відпочинок Г Б В В А Г Б Б В А Г Г Б В А А 
А, Б, В, Г-бригади. 
 
Таблиця 6.2 - Розрахунок кількості днів та годин роботи обладнання в році 
№ Елементи часу Час У безперервному 
виробництві 
1 Календарна пора року, Тк. дні 365 
2. Передбачаються зупинки та перерви:   
     -у святкові дні дні - 
     -у вихідні дні дні - 
     -на капітальний ремонт дні 10 
     -на поточний ремонт дні 5 
     -з технологічних причин дні 3 
                                                  РАЗОМ дні 18 
3. Проектований час роботи дні, 365-18=347 
Тэф.ср. години 347 х 12 =8328 
4. Простий у святкові дні Дні - 
                                                  ВСЬОГО  8328 
5. Коефіцієнт використання обладнання  0,95 
 
 
Таблиця 6.10 - Витрата силової енергії 
Найменування Потужність Споживана Загальна кількість 
обладнання агрегату, електроенергія споживаної енергії 
КВт на рік, кВт ч 
Випрямляч ВАКР 19,2 106300 106300 
Насос IХП 1,5 7753 7753 
Насос НШ-7/20 3,0 15614 15614 
Фільтр ФПАКМ 7,9 41751 41751 
Вентилятор 2,2 9864 9864 
                       Всього   178282 
 
Таблиця 6.11 - Витрати відділення 
Найменування витрат Сума в гривнях 
 Витрати, пов'язані з роботою обладнання:  
а) Поточний ремонт 192,0 
б) експлуатація обладнання 492,0 
в) відрахування у соцстрах 1253,61 
г) амортизація обладнання 2030,0 
д) витрати з охорони праці 733,05 
е) вода 315,0 
ж) електроенергія 39400,3 
з) повітря 4229,7 
і) інші витрати 67,62 
 
                                                                                 Всього 48713,28 
 
 
 
 
 
Таблиця 6.12 - Калькуляція собівартості очищення стічних вод від іонів 
металів шляхом електрокоагуляції. Річний обсяг 35 000м3. Калькуляційна 
одиниця -1000м3 очищених стічних вод 
Статті калькуляції Одини Ціна Витрати річний Витрати на 
ця за випуск одиницю продукції 
вимірю одиницю, Кіл-сть Сума, Норма Сума, 
вання грн. грн. розходу грн. 
1.Сировина та       
матеріали:       
-Сталь 3 т 1060 5,0 5300 0,14 148,4 
-їдкий натр т 1430 0,3 429 0,0085 12,16 
-сірчана кислота т 616 0,3 184,8 0,0085 5,24 
-хлористий натрій т 246 18 4356 0,51 12,55 
                  Разом 10269,8 178,35 
2. Паливо та       
енергія всіх видів       
на технологічний       
процес:       
-вода м3 0,18 1750 315,0 50,4 9,07 
-повітря м3 0,138 3065 4229,7 87,6 120,88 
-Електроенергія кВт ч 0,221 178282 39400,3 5093 1125,53 
Разом 43944,7 1255,48 
3. Заробітна плата    4887,01  139,63 
произв. робітників 
4. Відрахування на    1253,61  8,52 
соцстрах 
5. Витрати на       
утримання та   
експлуатацію   
обладнання, у тому   
числі амортизація   
обладнання 492,0 14,05 
6. Інші витрати    67,62  4,02 
7.Цехові витрати    2955,05  84,42 
              Разом    63869,79  1684,47 
8.Загально       
заводські витрати 177,3 5,06 
9.Виробничий.    64047,09  1689,53 
собівартість 
10.Позавиробництв    39,5  1,13 
. витрати 
Повна собівартість    64086,59  1690,66 
 
Повна собівартість очищення 1м3 стічних вод від іонів важких 
металів методом електрокоагуляції складає 1грн.69 коп. 
 
 
Таблиця 6.7 - Річний фонд заробітної плати 
Фонд заробітної платні    
Усьог Оплата Річни
Доплата о за й 
основ чергов фонд 
ної у зарпл
зарпла відпуст ати 
ти ку 
Апарат- 10, 3,6 3581, 168,34 87,36 716, - 972, 4553,8 333,2 4887,
чик 92 4 76 35 05 1 01 
 
Таблиця 6.3 - Річний графік ППР обладнання 
Найменування 
професії 
ФЗП  За Добу 
ФЗП за 8-р\д 
Тарифний 
ФЗП за рік 
За 
работу в 
Знао чное 
сввяртекмояв і 
днСі ума 
премій 
Інші 
доплати 
Разом 
 Нормативи часу Умовні позначення  
 безперервної     Річний 
Найменування роботи між I квартал II III IV квартал простий 
Устаткування ремонтами та квартал квартал у 
простий у ремонті ремонті 
К С Т 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 в 
годинах 
Встановлення 17280 4320 720 Т Т Т Т Т К Т Т Т Т Т С 88 
сорбції-десорбції 36 12 4 
Випрямлювальний 25920 2880 720 Т Т Т Т Т К Т Т Т Т Т С 232 
агрегат 120 96 4 
Занурювальний 8646 2880 720 Т Т К Т Т Т Т Т С Т Т Т 368 
насос IХП-3 192 96 8 
Насос 8646 2880 720 К Т Т Т Т Т С Т Т Т Т Т 224 
шестирічний 192 96 8 
Резервуар- 25920 2880 - - К - - - - - - - С - - 144 
усреднітель 96 48 
Відстійник 17280 2160 720 Т Т Т Т К Т Т Т Т Т С Т 272 
144 48 8 
Фільтр ФПАКМ 4320 2160 720 К Т Т Т Т Т С Т Т Т Т Т 200 
12 48 8 
Ємності для 8040 4320 720 К Т Т Т Т Т С Т Т Т Т Т 100 
реагентів 36 24 4 
Вентилятор Ц7- 8040 4320 720 Т К Т Т Т Т Т С Т Т Т Т 120 
70-3,2 44 36 4 
 
Таблиця 6.4 - Розрахунок балансової вартості обладнання 
ед всег грн % грн % Грн % грн % грн грн 
о 
Установка 3 1000 3000 3000 12 360 15 390 8 240 8 240 4230 14 592 
УСД 
Випрямляч  2 1750 3500 3500 10 350 5 175 - - - - 4025 8,6 346 
Насос IХП- 2 200 400 400 10 40 12 48 8 32 - - 520 10 52 
3 
Насос НШ 2 150 300 300 10 30 12 36 8 24 - - 390 10 39 
Відстійник 2 346 692 692 10 69 12 83 8 55 5 34 933 14 137 
Фільтр 2 450 900 900 12 10,8 5 450 - - - - 1053 10 1053 
0 
ФПАКМ 
Ємкість 3 200 600 600 10 60 12 72 8 48 8 48 828 10 83 
Вентилятор 1 200 200 200 10 20 10 20 8 16 - - 256 11 28 
 Разом                                                                                                                                                  19710            
2030                               
 
ВИСНОВКИ 
Найменування 
Устаткування 
Кіл. 
Шт. 
Первісна 
вартість, 
грн 
Заг варт. 
Вартість 
монтажу 
Вартість 
ртубопр. 
Вартість 
спец. 
робіт 
КИП 
І його 
монтаж 
Повна 
вартість 
Норма 
амортизації, 
% 
Сума аморти-
зації, 
грн 
1. Аналіз сучасного стану та перспектив розвитку технології очищення 
відпрацьованих розчинів ТМЗ дозволяє зробити висновок про необхідність 
удосконалення способів та пристроїв поділу розчинів з метою підвищення їх 
інтенсифікації та зниження енерго- та матеріаломісткості. Одним із 
перспективних методів поділу рідких сумішей є ультрафільтрація. 
Основними перевагами ультрафільтрації є відсутність фазових перетворень 
та застосування хімічних реагентів, можливість проведення процесу при 
невисоких температурах розчину, можливість фракціонування розчинених 
компонентів молекулярними масами. 
2. При дослідженні процесу електрокоагуляції, електрокоагуляційної 
очистки стічних вод від іонів важких металів було встановлено оптимальну 
щільність струму, час обробки, відстань між електродами. 
Після обробки в оптимальних умовах і подальшому освітленні стічні 
води практично не містять іонів важких металів, а залишкова концентрація 
цинку не перевищує ГДК. Такі стічні води можуть бути скинуті у водойму, 
міську каналізаційну мережу або використовувати як промивні води після 
технологічного процесу. 
3. Економічний ефект від запровадження цього методу очищення 
становитиме 30805,34 гривень. Собівартість очищення 1 гривня 69 коп. 1м3 
стічних вод, термін окупності 2,07 року, коефіцієнт економічної 
ефективності 0,15. 
Порівняно з реагентним методом, цей метод вдвічі зменшує 
чисельність обслуговуючого персоналу, знижує витрати на реагенти, воду і 
повітря. 
4. Також запропоновано заходи з охорони праці на ПРАТ 
"ЧЕРКАСЬКЕ АТП 17127".