Przypadek zastosowania monitoringu ścieków w Spring Manufacturing Company

W procesie obróbki powierzchni sprężyn stosuje się fosforanowanie w celu utworzenia powłoki ochronnej zapobiegającej korozji. Polega ono na zanurzeniu sprężyn w roztworze fosforanującym zawierającym jony metali, takich jak cynk, mangan i nikiel. W wyniku reakcji chemicznych na powierzchni sprężyny tworzy się nierozpuszczalna warstwa soli fosforanowej.

W procesie tym powstają dwa główne rodzaje ścieków
1. Roztwór odpadowy kąpieli fosforanowej: Kąpiel fosforanowa wymaga okresowej wymiany, co skutkuje wysokim stężeniem cieczy odpadowej. Główne zanieczyszczenia to cynk, mangan, nikiel i fosforany.
2. Woda płucząca po fosforanowaniu: Po fosforanowaniu przeprowadza się kilka etapów płukania. Chociaż stężenie zanieczyszczeń jest niższe niż w kąpieli zużytej, ich objętość jest znaczna. Ta woda płucząca zawiera resztkowy cynk, mangan, nikiel i fosfor ogólny, stanowiąc główne źródło ścieków po fosforanowaniu w zakładach produkujących ujęcia wody.

Szczegółowy przegląd głównych zanieczyszczeń:
1. Żelazo – główne zanieczyszczenie metaliczne
Źródło: Pochodzi głównie z procesu trawienia kwasem, w którym stal sprężynowa jest poddawana działaniu kwasu solnego lub siarkowego w celu usunięcia kamienia z tlenku żelaza (rdzy). Powoduje to znaczne rozpuszczenie jonów żelaza w ściekach.
Uzasadnienie monitorowania i kontroli:
- Wpływ wizualny: Podczas zrzutu jony żelazawe utleniają się do jonów żelazowych, tworząc czerwonobrązowe osady wodorotlenku żelazowego, które powodują zmętnienie i zmianę barwy zbiorników wodnych.
- Skutki ekologiczne: Nagromadzony wodorotlenek żelaza może osadzać się na dnach rzek, dusząc organizmy bentoniczne i zakłócając funkcjonowanie ekosystemów wodnych.
- Problemy z infrastrukturą: Osady żelaza mogą powodować zatykanie rur i zmniejszać wydajność systemu.
- Konieczność oczyszczania: Pomimo stosunkowo niskiej toksyczności, żelazo zazwyczaj występuje w wysokich stężeniach i można je skutecznie usunąć poprzez regulację pH i wytrącanie. Wstępne oczyszczanie jest niezbędne, aby zapobiec zakłóceniom w dalszych procesach.

2. Cynk i mangan – „para fosforanująca”
Źródła: Pierwiastki te pochodzą głównie z procesu fosforanowania, który jest kluczowy dla zwiększenia odporności na rdzę i przyczepności powłoki. Większość producentów sprężyn stosuje roztwory fosforanujące na bazie cynku lub manganu. Późniejsze płukanie wodą przenosi jony cynku i manganu do strumienia ścieków.
Uzasadnienie monitorowania i kontroli:
- Toksyczność dla organizmów wodnych: Oba metale wykazują znaczną toksyczność dla ryb i innych organizmów wodnych, nawet w niskich stężeniach, wpływając na wzrost, reprodukcję i przeżywalność.
- Cynk: Zaburza funkcjonowanie skrzeli u ryb, obniżając wydolność oddechową.
- Mangan: Długotrwała ekspozycja prowadzi do bioakumulacji i potencjalnych efektów neurotoksycznych.
- Zgodność z przepisami: Krajowe i międzynarodowe normy dotyczące zrzutów nakładają surowe limity na stężenia cynku i manganu. Skuteczne usuwanie zazwyczaj wymaga chemicznego wytrącania przy użyciu odczynników alkalicznych w celu utworzenia nierozpuszczalnych wodorotlenków.

3. Nikiel – metal ciężki wysokiego ryzyka wymagający ścisłych regulacji
Źródła:
- Właściwości surowców: Niektóre stale stopowe, w tym stal nierdzewna, zawierają nikiel, który rozpuszcza się w kwasie podczas trawienia.
- Procesy obróbki powierzchni: Niektóre specjalistyczne powłoki galwaniczne lub chemiczne zawierają związki niklu.
Uzasadnienie monitorowania i kontroli (istotne znaczenie):
- Zagrożenia dla zdrowia i środowiska: Nikiel i niektóre związki niklu są klasyfikowane jako potencjalne czynniki rakotwórcze. Stanowią one również zagrożenie ze względu na swoją toksyczność, właściwości alergenne i zdolność do bioakumulacji, stanowiąc długoterminowe zagrożenie zarówno dla zdrowia ludzkiego, jak i dla ekosystemów.
- Rygorystyczne limity zrzutu ścieków: Przepisy takie jak „Zintegrowany standard zrzutu ścieków” ustalają jedne z najniższych dopuszczalnych stężeń niklu (zwykle ≤0,5–1,0 mg/l), co odzwierciedla wysoki poziom zagrożenia.
- Wyzwania związane z oczyszczaniem: Konwencjonalne wytrącanie alkaliczne może nie spełniać wymogów; do skutecznego usuwania niklu często konieczne jest zastosowanie zaawansowanych metod, takich jak wytrącanie środkami chelatującymi lub siarczkami.

Bezpośredni zrzut nieoczyszczonych ścieków skutkowałby poważnym i trwałym zanieczyszczeniem wód i gleby. Dlatego wszystkie ścieki muszą być poddawane odpowiedniemu oczyszczeniu i rygorystycznym badaniom, aby zapewnić zgodność z przepisami przed ich uwolnieniem. Monitorowanie w czasie rzeczywistym na odpływie jest kluczowym środkiem dla przedsiębiorstw, umożliwiającym im wypełnianie obowiązków środowiskowych, zapewnienie zgodności z przepisami oraz ograniczenie ryzyka ekologicznego i prawnego.