Очистка сточных вод на производстве: общие принципы и особенности

 

В систему водоотведения входят:
1. Внутренние системы рециркуляции в производственных цехах, позволяющие:
• по мере возможности осуществлять извлечение (в целях повторного использования) сырьевых материалов;
• уменьшать расход загрязненных потоков, подлежащих обработке;
• снижать потребление свежей воды;

2. Системы разделения потоков сточных вод; потоки сточных вод бывают:
• периодические:
■ загрязненные или незагрязненные ливневые воды;
• воды от опорожнений, промывок и т. п.;
■ загрязненные или незагрязненные охлаждающие воды;
• постоянные:
• производственные сточные воды, требующие специфической предвари¬тельной обработки;
■ производственные сточные воды, не требующие специфической предварительной обработки.

Такое разделение потоков позволяет применять накопительные, буферные усреднительные, а также аварийные резервуары:

• бассейн-накопитель ливневых вод, предназначенный для сбора и хранения загрязненных ливневых потоков и последующей их дозированной подачи на очистные сооружения;
• буферный усреднительный резервуар, который устанавливается в производственных цехах, сточные воды которых требуют специфической предварительной обработки;
• усреднительный резервуар с переменным уровнем заполнения общим потоком сточных вод предприятия, который устанавливается перед очистными сооружениями и позволяет регулировать режим обработки и массовый поток загрязнений, поступающих на очистные сооружения;
• аварийный резервуар (обычно пустой), в который поступают сточные воды в случае непредусмотренного сброса; сточные воды из этого резервуара при кон-тролируемом расходе направляют на очистные сооружения после анализов, подтверждающих, что их поступление не окажет пагубного воздействия на последующие технологические процессы очистки.

Внутренние системы рециркуляции

Внутренние системы рециркуляции имеют свою специфику в каждой отрасли промышленности и обычно предназначаются для конкретных производственных цехов, а соответствующее технологическое оборудование позволяет извлекать сырьевые материалы (материалы, формирующие специальные покрытия, масла и жиры, волокна) и/или воду для их повторного использования в производстве и даже рекуперировать тепловую энергию.

Специальная предварительная обработка

Разделение потоков сточных вод по производственным цехам или группам цехов позволяет проводить их специальную обработку, например:

• сточные воды с «жесткой» ХПК (не разлагаемой биологическим путем) — подвергать окислению (О3, способ Toccata, жидкофазное окисление) или адсорбционной обработке (активированный уголь, ионообменные смолы);
• сточные воды с токсичными загрязнениями (специфическими соединениями, тяжелыми металлами и т. п.) — подвергать обработке химическим осаждением и с помощью процессов окисления-восстановления;
• сточные воды, содержащие аммоний (коксохимическое производство и др.) — подвергать отдувке;
• концентрированные биоокисляемые сточные воды — подвергать биологической обработке с использованием технологий с высокой нагрузкой: метанизация, способ Ultrafor; такая обработка является наиболее экономически выгодной;
• загрязненные охлаждающие воды — подвергать обработке обычно в целях возврата в систему охлаждения;
• различные сточные воды сложного состава, например содержащие серу (кожевенных предприятий, отработанные содовые щелоки и т. п.) — подвергать специальной обработке.

Первичная обработка

На стадии первичной обработки сточных вод могут применяться следующие процессы:

• процеживание на решетках и/или ситах, характерное для большинства отраслей промышленности;
• извлечение твердых частиц и/или жиров из ливневых вод, из сточных вод предприятий черной и цветной металлургии и некоторых производств аграрно-пищевой промышленности;
• удаление масел (нефтяная и нефтехимическая промышленность, теплоэлектростанции, черная и цветная металлургия);
• нейтрализация;
• охлаждение (по мере необходимости, например, для последующих этапов об¬работки);
• коагуляция-флокуляция с последующим разделением фаз на основе традиционных методов, цель которых состоит:
  • в удалении взвешенных и коллоидных частиц;
  • в осаждении и отделении металлов и токсичных солей;
  • в удалении эмульгированных масел.

Биологическая обработка

При выборе технологии биологической обработки следует исходить:

• из способности сточных вод к биоразложению (отношение ХПК/БПК, причем особое внимание следует уделять случаям, когда это отношение превышает 3);
• из концентрации загрязнений по таким показателям, как ХПК, ВПК, азот по Кьельдалю (NK), содержание фосфора;
• из общего солесодержания, резкие изменения которого могут оказывать влияние на биологические процессы.
  Возможно использование любых биотехнологий, но оптимальные области применения той или иной из них иллюстрируются диаграммой на рис. 2.

Третичная очистка

Цели третичной очистки сточных вод, дополняющей рассмотренные выше стадии обработки, могут быть различными. С одной стороны, необходимо повышать качество очищенной сточной воды в целях соблюдения норм по сбросам в окружающую среду путем:

• уменьшения содержания взвешенных веществ (ВВ) и снижения концентрации коллоидной части ХПК;
• удаления фосфора (осаждением солями железа или алюминия, реже — с по-мощью извести);
• снижения содержания бионеразлагаемой части ХПК;
• снижения цветности, в частности, сточных вод текстильной промышленности;
• удаления специфических соединений, таких как пестициды, фунгициды, металлы, металлоиды, окисляющиеся хлором или его аналогами вещества, поверхностно-активные вещества (ПАВ), растворимые углеводороды, азот- и серосодержащие вещества, различные анионы и т. д.

Заметим, что в трех последних случаях ставятся те же задачи, что и в специальной предварительной обработке. В связи с этим в каждом конкретном случае необходимо определить экономическую целесообразность одного из двух следующих вариантов удаления упомянутых загрязнений:

• в процессе обработки малых расходов сточных вод, что легче ввиду более высокой концентрации загрязнений:
• на стадии третичной очистки, т. е. из общего потока сточных вод промышленного предприятия, прошедших биологическую обработку, которая обычно обеспечивает удаление определенной части этих загрязнений.

Разумеется, такая проблема возникает лишь в тех случаях, когда рассматриваемые загрязнения не оказывают токсического действия на процесс биологической обработки.
С другой стороны, третичная очистка может осуществляться и для последующей рециркуляции (частичной или полной) обработанной воды в производственные цехи или (что случается чаще) в системы охлаждения с градирнями, системы промывки, системы пожаротушения и даже в системы питания котельных установок. В последнем случае может потребоваться дополнительная очистка воды для доведения ее до требуемого качества. Наконец, в некоторых ситуациях применение технологии выпаривания и кристаллизации позволяет исключить любые сбросы сточных вод в окружающую среду.

В табл. 1 приводится краткий перечень различных способов и технологий, применяемых на стадии третичной очистки.

 

Обработка осадков

Как правило, проект комплекса технологических линий обработки сточных вод и осадков должен являться результатом оптимизации, которая часто приводит к необходимости добиваться снижения объема образующихся осадков, поскольку, как известно, стоимость обработки и вывоза этих отходов часто составляет основную часть эксплуатационных затрат на очистных сооружениях.

Существуют различные способы снижения объема образующихся осадков:

• снижение внутрицеховых и внутризаводских потерь;
• уменьшение использования минеральных реагентов, приводящих к образованию осадков, поскольку точно таких же результатов обработки можно добиться применением полимеров, а также с помощью биологических или окислительных методов обработки;
• по возможности (при наличии современных технологий) использование биологических технологий, приводящих к образованию меньших объемов осадка: метанизация или мембранные биореакторы (Ultrafor);
• снижение массы излишнего биологического ила путем анаэробного сбраживания или более радикальным способом Biolysis,  который обеспечивает снижение его массы на 50 и даже на 85 %. Этот способ позволяет получать более минерализованный осадок, который легче обезвоживается и может храниться длительное время.

При обработке ПСВ различных отраслей промышленности формируются осадки, различающиеся по своим характеристикам:

• первичные и третичные осадки, специфичные для каждой отрасли промышленности. Их конечное назначение может различаться, вследствие чего может потребоваться упоминавшееся выше разделение потоков и оптимизация обработки исходя из различных факторов, например в зависимости от типа захоронения, на которое можно вывозить обработанные осадки, возможности их размещения на сельскохозяйственных угодьях, объемов капитальных вложений и эксплуатационных затрат и т. п.;
• биологические илы: принципы обработки те же, что и в случае обработки биологических илов, образующихся при обработке городских сточных вод (ГСВ). В некоторых случаях (за исключением применения таких технологий, как Biolysis или анаэробное сбраживание) илы могут характеризоваться повышенным содержанием летучих соединений в общей массе сухих веществ (СВ), вследствие чего их обезвоживание часто сопряжено с некоторыми трудностями.

Запахи

Содержание дурнопахнущих веществ в ПСВ зависит от технологического процесса, реализуемого в конкретном цехе или на всем предприятии в целом. Основная масса этих веществ удаляется на стадии предварительной обработки, в которую при необходимости включают процессы аэрации или отдувки. Технология обработки требует в каждом случае отдельного рассмотрения.

Такие же газы формируются и непосредственно в процессе обработки (особенно при биологической очистке сточных вод и обработке осадков). По своему составу они аналогичны газам, которые образуются на станциях очистки ГСВ, и в силу этого для их удаления могут быть использованы те же самые традиционные технологии.

Аграрно-пищевая промышленность

Общие положения

Аграрно-пищевая промышленность является крупным потребителем воды [например, при производстве 1 л жидкой продукции (пиво, молоко, газированные напитки, вино и т. п.) образуется от 1 до 5 л сточных вод], причем вода используется на самые различные нужды:

• для промывки и транспортировки продуктов;
• для производства пара;
• в качестве сырьевого продукта (например, при производстве напитков);
• для промывки реакторов, оборудования, трубопроводов и т. п.;
• для охлаждения.

Различие видов использования воды обусловливает разнообразие характеристик формирующихся сточных вод, которые, тем не менее, имеют между собой определенное сходство, заключающееся в следующем:

• содержащиеся в них загрязнения, преимущественно органического происхождения, легко разлагаются биологическим путем и характеризуются от¬ношением ХПК/БПК5 < 2;
• они обладают склонностью к кислотообразованию и быстрой ферментации.

Вследствие этого технологические линии обработки обычно основаны на биологических процессах, которым, как правило, предшествует специальная предварительная обработка, отвечающая конкретному типу производства.
Одной из особенностей многих предприятий данного сектора промышленности является сезонный характер их работы, что связано:

• с необходимостью переработки сельхозпродукции немедленно после сбора урожая (сахарные и винокуренные заводы, фабрики консервирования овощей и фруктов);
• сезонным спросом на продукцию у потребителя (предприятия по производству прохладительных напитков).

В результате количество подлежащих обработке загрязнений изменяется в весь¬ма широких пределах, а длительность периода поступления наибольших объемов сточных вод относительно невелика. Это обстоятельство приводит к необходимости предусматривать уже на этапе проектирования возможность работы в двух режимах: сезонном и внесезонном. В таких случаях целесообразно применять двух¬ступенчатую биологическую обработку (высокая нагрузка + низкая нагрузка).

В связи с постоянным ужесточением норм на сбросы в окружающую среду во многих случаях после стадии биологической обработки требуется дополнительная очистка. Поэтому соответствующие технологические линии следует проектировать таким образом, чтобы не только обеспечить выполнение норм сброса очищенной воды в окружающую среду, но и особенно возможность возвращать воду (частично или полностью) в производство.

Предварительная обработка

Сточные воды некоторых предприятий аграрно-пищевой промышленности нуждаются в предварительной обработке перед их биологической очисткой.

Помимо предварительной обработки сточных вод необходима также установка буферного резервуара для регулирования расхода сточной воды и потока загрязнений в пределах, допустимых для стадии биологической очистки. Сточные воды в резервуаре необходимо перемешивать или аэрировать в зависимости от их склонности к ферментации.

Биологическая обработка

Выбор наиболее подходящей технологии биологической обработки зависит от различных факторов:

• действующие нормы сбросов в окружающую среду, которые могут вызвать необходимость двухступенчатой биологической обработки;
• исходная концентрация по ХПК; при значениях ХПК > 2 г/л экономически целесообразно применение таких технологий, как метанизация, способ Ultrafor или аэробная технология с высокой нагрузкой;
• сезонная периодичность образования сточных вод, обусловливающая обычно необходимость двухступенчатой обработки (высокая нагрузка-*- низкая нагруз¬ка);
• необходимость удаления азотсодержащих загрязнений (часто довольно значительных) или ее отсутствие;
• необходимость удаления фосфорсодержащих загрязнений (типичных для молочной и мясной промышленности), причем в подобных случаях повышенное содержание легкобиоразлагаемой ВПК является аргументом в пользу применения процессов биологической дефосфатации;
• отсутствие свободных территорий, что может потребовать применения компактных очистных установок: анаэробные системы, установки Ultrafor, Biofor;
• конечное назначение образующихся осадков, в связи с которым могут быть применены процессы с низким выходом осадка: метанизация, способ Ultrafor или обработка активным илом с уменьшением объема образующегося осадка (способы Biolysis Е или О).

В табл. 3 приведен перечень процессов биологической обработки, наиболее часто используемых на предприятиях аграрно-пищевой промышленности.

Третичная очистка

В соответствии с действующими нормами сброса в окружающую среду третичная очистка все чаще оказывается необходимой стадией обработки ПСВ предприятий аграрно-пищевой промышленности для удаления следующих основных загрязнений:

— биологически неразлагаемая часть ХПК;
— цветность;
— фосфор;
— ВВ.

Обработка осадков

Поскольку аграрно-пищевая промышленность является неотъемлемой частью агропромышленного комплекса, начиная от производства сырьевых материалов и заканчивая выпуском готовой продукции, традиционным способом утилизации осадков, образующихся при очистке ПСВ, остается их внесение в почву сельскохозяйственных угодий. Уровень содержания тяжелых металлов и опасных загрязнений в этих осадках обычно намного ниже предельных значений, определяемых со-ответствующими нормами.

Осадки, образующиеся преимущественно в форме биологических илов, обычно подвергают предварительному обезвоживанию традиционными методами.

Удаление запахов

Поскольку сточные воды предприятий аграрно-пищевой промышленности обычно склонны к брожению, необходимо принимать простейшие меры, предупреждающие появление запахов (устранение застойных зон, аэрирование буферных резервуаров, ограничение времени хранения осадков и т. п.).
В случае размещения очистных сооружений в городской черте или в зонах с жест¬кой санитарной регламентацией может потребоваться частичное укрытие соответствующего оборудования и дезодорирование загрязненного воздуха.

Примеры

На рис. 3-9 приведены примеры технологических линий очистки сточных вод, разработанных и внедренных компанией «Дегремон» на предприятиях аграрно-пищевой промышленности, и их основные эксплуатационные характеристики.

Целлюлозно-бумажная промышленность

Производство химической и полухимической бумажной массы

Состав сточных вод, сбрасываемых соответствующими предприятиями, находится в сильной зависимости:

• от типа используемого сырьевого материала (лиственные или хвойные породы деревьев, однолетние растения и др.);
• от типа изготавливаемой бумажной массы (крафтби- и моносульфитная или щелочная бумажная масса) и индекса Каппа;
• от последовательности операций отбеливания.

Специфические процессы предварительной обработки

Сточные воды от некоторых производственных циклов могут нуждаться в специальной предварительной обработке, например:

• воды от увлажнения сырьевого лесоматериала должны подвергаться процеживанию, удалению песка с последующей рециркуляцией очищенной воды;
• конденсаты от процессов упаривания подлежат обработке метанизацией;
• щелочные воды с высоким содержанием ВВ подлежат отстаиванию;
• кислые сточные воды с низким содержанием ВВ должны подвергаться нейтрализации.

Биологическая обработка

Смесь потоков сточных вод после предварительной обработки охлаждают до 30-35 °С и подвергают биологической обработке обычно активным илом со средней нагрузкой.

В зависимости от технологии производства и в первую очередь от последовательности операций отбеливания эффективность биологической обработки составляет 95 % по БПК5 И 50-80 % по ХПК (при величине отношения ХПК/БПК5 в исходной сточной воде от 2,5 до 4).

Примечание. На предприятиях, выпускающих продукцию качества TCF или ECF, которая полностью или частично лишена хлора, образуются легкобиоразлагаемые сточные воды, поскольку они не содержат хлорпроизводных соединений лигнина.

В цикле отбеливания все чаще применяют чистый кислород, поэтому представляется целесообразным предусмотреть обработку сточных вод активным илом также с использованием чистого О2, что придает процессу очистки следующие преимущества:

• улучшение эффективности (по снижению ХПК, содержания загрязнений, окисляемых хлором и его аналогами, и т. п.);
• повышение отстаиваемости осадков при осветлении сточных вод;
• компактность сооружений (за счет более высоких нагрузок).

Третичная очистка

На заводах по производству химической и полухимической бумажной массы, так же как и на предприятиях по производству бумаги и картона, может потребоваться дополнительная обработка сточных вод, направленная, в частности, на снижение:

— содержания ВВ;
— величины ХПК по коллоидным и бионеразлагаемым загрязнениям;
— цветности;
— содержания загрязнений, окисляемых хлором и его аналогами.

В данном случае применимы все технологии, описанные в п. 1.6, причем выбор оптимального по технико-экономическим показателям варианта определяется по-ставленной целью.

Обработка осадков

В тех случаях, когда на заводе установлена печь для сжигания коры, в ней можно также сжигать обезвоженные осадки, формирующиеся на очистных сооружениях.

При отсутствии такого оборудования можно применять любую технологию обработки осадков, причем выбор конкретного процесса зависит от состава осадка и от его возможного конечного назначения.

Удаление запаха

В случае жесткой регламентации по санитарным нормам может потребоваться частичное укрытие очистных сооружений и установка системы дезодорирования.

Производство бумаги и картона

На предприятиях по производству бумаги и картона, включая бумажные комбинаты, изготавливающие механическую и/или очищенную от типографской краски бумажную массу, используются разнообразные сырьевые материалы и производится различная конечная продукция (разные типы бумаги и картонов). Это требует четкого знания всех производственных линий для того, чтобы по мере возможности реализовать принципы организации системы водоснабжения:

• обработка сточных вод и внутренняя рециркуляция (сокращенная схема);
• специфические виды предварительной обработки сточных вод;
• оптимизация заключительной стадии обработки (вода + осадок), включая возможную рециркуляцию воды (полная схема).

Обработка и внутренняя рециркуляция (сокращенная схема)

Предприятия бумажной промышленности являются крупными потребителями воды и энергии, что с учетом высокой стоимости сырьевых материалов обусловливает необходимость внутренних систем рециркуляции, а именно:

• рекуперации волокон (флотация, отстаивание и др.) для их повторного ис-пользования в бумагоделательной машине и иногда рекуперации растворов мелования с помощью ультрафильтрации;
• рециркуляции воды (экономия воды и, главным образом, тепловой энергии) на различных участках бумагоделательной машины или технологического процесса производства бумаги; степень рециркуляции воды и ее качество зависят от типа изготавливаемой бумаги.

Специфические процессы предварительной обработки

В зависимости от типа бумажного производства (бумажная фабрика или целлюлозно-бумажный комбинат), природы используемого сырьевого материала (свежая или вторичная целлюлоза) и типа изготавливаемой бумаги (газетная, журнальная, писчая, мелованная, тисненая и др.) следует предусматривать различную специальную предварительную обработку:

• изготовление бумаги для гофрированного картона и картона из макулатуры: тонкое процеживание для удаления пластика, металлических скрепок, различно-го мусора и др.;
• целлюлозно-бумажный комбинат [механическая, термомеханическая, химико-термомеханическая бумажные массы]: процеживание, удаление твердых примесей (частицы древесины, песок и т. п.);
• мелованная бумага: предварительная обработка концентрированных сточных вод цеха мелования бумаги в целях разрушения эмульсии;
• удаление типографской краски с макулатуры: флотация сточных вод, образующихся на участке удаления типографской краски, обезвоживание формирующегося при этом осадка.

Оптимизация общей технологической линии обработки (вода + осадок) и возможная рециркуляция

После стадии предварительной обработки линия очистки общего потока сточных вод, как правило, включает перечисленные ниже стадии.

Первичная обработка

В первичную обработку входят:
— предварительная обработка;
— предохранительное процеживание на ситах и/или решетках;
— усреднение в буферном резервуаре (сглаживание пиковых нагрузок, связанных с опорожнением водных контуров, сменой типа продукции и т. п.);
— нейтрализация (потоков от химической промывки полотен);
— отстаивание (на установке Turbocirculator, флотацией и т. п.);
— охлаждение (по мере надобности).

Биологическая обработка
При выборе конкретного способа обработки следует учитывать последствия возможного присутствия тех или иных примесей:
— волокон, способных забивать трубы и оборудование;
— кальция, повышенное содержание которого вызывает опасность накипеобразования;
— необработанного латекса;
— абразивных материалов (ТЮ2, СаСО3, каолина и т. п.);
— солей, влияющих на коррозионную активность воды.

В зависимости от типа производства, планируемого уровня очистки сточных вод и размеров очистных сооружений биологическую обработку можно проводить в одну или две ступени. На рис. 12 показаны различные линии обработки с указанием обеспечиваемого при этом конечного уровня ХПК.

Третичная очистка
На стадии третичной очистки может потребоваться дополнительная обработка, направленная на снижение концентрации некоторых специфических загрязнений, таких как ВВ, бионеразлагаемая часть ХПК, цветность и т. д.

Обработка осадков
Первичные осадки содержат волокна и минеральные вещества (связанные с использованием макулатуры или добавляемые в процессе производства). Их соотношение в осадках меняется в зависимости от типа производства и от уровня внутренней рекуперации.

Образующиеся первичные осадки:
— либо возвращаются в производственный цикл (например, в производстве бумаги для гофрирования);
— либо обезвоживаются взятые отдельно или в смеси с биологическим илом (ил чаще всего составляет не более 5-15 % от общего количества осадка).
Возможно применение различных процессов обезвоживания, сушки или сжигания с учетом того, что технико-экономическая оптимизация определяется не только конечной целью, но и составом смешанного осадка (волокна, минеральные вещества, биологический и третичный илы).

Удаление запахов
Поскольку обработка сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности не порождает специфических запахов, по мере необходимости можно ограничиваться применением традиционных мер:
— в газовом контуре метантенков (сульфиды, образующиеся при восстановлении сульфатов);
— на участке обезвоживания осадков.

Примеры

Нефтяная промышленность

Добыча нефти

Очистка пластовой воды

Пластовую, или «добываемую», воду, часто извлекаемую из месторождений в виде эмульсии в сырой нефти, отделяют с помощью трехфазных сепараторов, после чего подвергают предварительной обработке в целях удаления углеводородов (в циклоне или пластинчатом сепараторе) и, наконец, доочистке, определяемой в зависимости от назначения очищенной воды и местных норм на сбросы в окружающую среду:

• сброс в открытое море возможен после механической флотации (содержание углеводородов < 40 мг/л), напорной флотации или коалесценции (содержание углеводородов < 10 мг/л); заметим, что коалесценцию следует применять лишь при очень низком содержании взвешенных частиц (минеральные вещества, нефтяной воск, отвердевшие тяжелые углеводороды и т. п.);
• повторное использование путем закачки в пласт допустимо после дегазации (при необходимости) и фильтрования на песчаной загрузке.

Повторная закачка в пласт представляет особый интерес, поскольку это не только исключает любые сбросы в море, но также предотвращает заселение «формации» (нефтяного пласта) бактериями.

Обработка морской воды в целях ее использования для закачки в пласт

Критерии требуемого уровня осветления воды различаются в зависимости от проницаемости пласта, например:

— удаление 98 % частиц, имеющих размеры > 2 мкм;
— мутность < 0,5 и даже < 0,2 NTU;
— индекс забивания < 3.

Нужно помнить, что используемая для закачки морская вода может забираться как в прибрежных зонах вблизи эстуария, обогащенных ВВ, так и в открытом море, где содержание ВВ невысоко (< 1 мг/л).

Возможно применение двух достаточно похожих технологических линий обработки:

• для прибрежной воды — размещение очистных сооружений на платформах или в прибрежной зоне. Первичное осветление может осуществляться отстаиванием или скоростной флотацией
• для воды открытого моря — размещение очистных сооружений на буровой платформе. Поскольку в данном случае вода, отбираемая на глубине 20 или 30 м, имеет очень низкое содержание ВВ (< 2 мг/л), для ее обработки достаточно простого фильтрования с предшествующей коагуляцией или без нее.

Транспортировка и слив балластных вод

Балластные воды перекачивают с большим расходом в оборудованные на берегу буферные бассейны-накопители, откуда их со средним расходом направляют на очистные сооружения, после чего, как правило, сбрасывают в море, иногда предварительно смешав с очищенными сточными водами первичной нефтепереработки.

В результате хранения в течение нескольких суток балластные воды хорошо отстаиваются, так что технологическая линия обработки включает лишь:

• предварительное защитное отделение масел, сглаживающее пиковые нагрузки по углеводородам;
• напорную флотацию с добавкой органического коагулянта, обеспечивающую хорошее отделение нефтяных веществ.

Нефтепереработка

Система отведения сточных вод нефтеперерабатывающего предприятия различна в зависимости от его типа, срока эксплуатации и мощности. На рис. 21 показана рекомендуемая (и все чаще используемая) схема разделения сточных вод по меньшей мере на три отдельных потока:

• загрязненные ливневые воды;
• технологические воды от процессов переработки нефти;
• балластные воды.

Такое разделение становится необходимым в случаях, когда стремятся к рециркуляции (предпочтительно после очистки) сточных вод, не содержащих солей, в систему охлаждения, пожаротушения, а также их возврата в технологический процесс и даже на питание котлов низкого давления или среднего и высокого давления.

Нефтесодержащие ливневые воды

Нефтесодержащие ливневые воды, расход которых колеблется в весьма широких пределах и часто может быть очень большим, собирают в бассейны-накопители и подвергают предварительному отделению нефти с использованием установок предварительного горизонтального отстаивания по нормам Американского института нефти (установок API) и последующего фильтрования или флотации. Иногда после такой обработки эти воды подлежат сбросу.

В зависимости от концентрации по БПК5 или фенолам предварительно обработанная вода может подвергаться перед сбросом дополнительной биологической обработке, часто в таких случаях ее направляют с установленным расходом на сооружения очистки производственных сточных вод (рис. 21).

В противном случае для возможного повторного использования предварительно обработанной воды, например в качестве подпиточной воды для систем охлаждения, требуется осуществить ее доочистку в целях удаления ВВ и (иногда) остаточных фенолов. Такую обработку могут обеспечить биофильтры (орошаемые или Biofor).

Производственные сточные воды

Производственные сточные воды поступают с различных установок предприятия нефтепереработки (атмосферной дистилляции, вакуумной дистилляции, жидкого каталитического крекинга, водородной десульфурации и других видов крекинга, легко¬го крекинга и т. п.). Сточные воды от установок обессоливания и жидкого каталитического крекинга содержат наибольшее количество солей, часто загрязнены сульфидами и в силу этого нуждаются в предварительной обработке путем их отдувки и/или окисления перед стадиями отделения масел и биологической обработки.

Отделение таких сточных вод от всех остальных потоков позволяет более эффективно обработать сульфиды, а в случае необходимости — при слишком высоком со¬держании солей — их можно затем объединить с балластными водами.

Три примера типовых линий обработки сточных вод

Нижеследующие примеры иллюстрируют варианты технологических линий обработки сточных вод от нефтеперерабатывающих предприятий с указанием результатов, получаемых при расширении масштабов внутренней рециркуляции и/или повторного использования этих вод, что позволяет снизить забор природных вод, но в то же время приводит к необходимости обработки более концентрированных по¬токов ПСВ.

Нефтеперерабатывающее предприятие «NPC» в г. Тебриз (Иран)

Относительно несложное предприятие «NPC» имеет цех каталитического реформинга, продукция которого направляется на установку производства ароматических соединений и синтетического каучука.

К производственным сточным водам, расход которых в сухой сезон составляет 200 м3/ч, через буферный бассейн объемом 6000 м3 добавляются с расходом 30 м3/ч загрязненные ливневые воды (мгновенный расход последних при поступлении составляет примерно 833 л/с, или 3000 м3/ч).

В табл. 4 приведены концентрации загрязнений (в миллиграммах на литр) в производственных сточных водах предприятия «NPC» и соответствующие нормы их сброса.
Это относительно новое (1996-1998) предприятие характеризуется удачной оптимизацией водопотребления, вследствие чего его сточные воды достаточно концентрированы.

В состав линии обработки производственных сточных вод входит установка типа API для отделения масел, бассейн-усреднитель, флотатор, аэротенк с низкой нагрузкой и вторичный осветлитель.

В силу необходимости гарантировать степень очистки, позволяющую повторно использовать в производстве обработанную воду (содержание по ХПК около 50 мг/л, что соответствует его снижению примерно на 95 %), в технологическую линию потребовалось включить стадию третичной очистки, которая включает отстой¬ник, за которым установлены три двухслойных фильтра и три фильтра с активированным углем.

Обработка осадков включает центрифугирование избыточного активного ила, который затем направляют на сжигание в смеси со всеми осадками, содержащими углеводороды (осадки установок API, отложения на наклонных плоскостях, донные осадки нефтяных танков и флотаторов), а также с отходами от установок производства синтетического каучука (бутадиеновый каучук и др.).

Нефтехимический комплекс «Shell Chimie» (Франция)

Основной проблемой этой линии остается низкая способность активного ила к осаждению (из-за влияния ПАВ), поэтому необходима стадия третичной флотации для обеспечения низкого содержания ВВ и соответственно ВПК и ХПК в осветлен¬ной воде.

Нефтеперерабатывающий завод «Ретех Salina Cruz» (Мексика)

Наиболее крупный в Мексике нефтеперерабатывающий завод «Ретех Salina Cruz» (330 000 баррелей в год) до 1998 г. снабжался водой из водохранилища, образованного плотиной, тогда как сточные воды предприятия после отделения нефтепродуктов и не всегда эффективной обработки в неаэрируемых лагунах сбрасывались в море.

Вынужденная уменьшить забор воды на производственные нужды в пользу приоритетного использования водохранилища для питьевого водоснабжения, компания «Ретех» разработала программу развития системы водоснабжения и водоотведения, реализация которой была предусмотрена по инвестиционной схеме ВОТ (от англ. Build-Operate-Transfer — строительство-эксплуатация-передача) в три очереди.

После введения в строй третьей очереди проекта суммарный водозабор нефтеперерабатывающего предприятия из водохранилища будет ограничен 430 м3/ч, т. е. суммарная экономия воды по сравнению с 1998 г. составит около 85 %.

Осадки и отходы

Донные осадки установок API для отделения масел (песок, глина и нефтепродукты, приносимые главным образом ливневыми водами) извлекаются и чаще всего обрабатываются при нагревании в трехфазном сепараторе, при этом:

• отделенные углеводороды возвращаются на вход нефтепереработки;
• отмытый песок отправляется на свалку;
• вода подается на вход установки API.

В тех случаях, когда кондиционирование воды осуществляют только с помощью органических полимеров, плавающие нефтепродукты совместно с флотационным шламом направляют в резервуары с наклонным днищем.
Биологические илы обезвоживают и при необходимости стабилизируют известью; перед вывозом на захоронение их можно смешивать с осадками, образующимися при третичной очистке (декарбонатация, фильтрование и т. п.), а в случае утилизации илов в сельском хозяйстве проводится их предварительное компостирование.

Отработанные содовые растворы

Отработанные содовые растворы весьма небольшого объема содержат значительные количества серы (от 2 до 5 г/л) и иногда фенолов, что обусловливает необходимость специальной их обработки для удаления серы, а в случае надобности — и фенолов.

Удаление серы можно осуществить путем подкисления воды до значения pH = 3-3,5 и отдувки образующегося H2S нейтральным газом. После такой обработки сточные воды направляют в резервуар-накопитель, откуда их очень низким рас¬ходом подают на основные очистные сооружения (на участок удаления серы, если он имеется, в противном случае — в поток перед установкой напорной флотации). Удаление фенолов происходит в процессе биологической обработки общего потока сточных вод.

Теплоэлектростанции

Мы рассмотрим только две основные проблемы, возникающие при эксплуатации теплоэлектростанций, а именно:

• обработка сточных вод от локальных систем удаления серы и даже оксидов азота (NOX), известных также под названием систем удаления серы (десульфуризации) из дымовых газов (англ. Flue gas desulphurisation — FGD);
• создание технологических линий обработки сточных вод, обеспечивающих их повторное использование для водоснабжения станций в целях снижения забора природных вод (засушливые зоны, мощное давление со стороны служб охраны окружающей среды).

Обработка серосодержащих сточных вод от дымовых газов теплоэлектростанций

Происхождение серосодержащих сточных вод и их свойства

При использовании ископаемого жидкого или твердого топлива, обогащенного серой, образуются газообразные отходы в виде дыма, содержащего значительные количества SO2. Этот дым следует промывать, чтобы удалить из него источник загрязнений, приводящий к возникновению кислотных дождей, которые оказывают весьма неблагоприятное действие на окружающую среду.

Теплоэлектростанция мощностью 750 МВт вырабатывает в среднем около 2,5 млн Нм3/ч дымов, из которых следует удалять от 4 до 5 т SO2 ежечасно.

Классический способ удаления серы состоит в двухступенчатой очистке дымовых газов мокрым способом:

• охлаждение дымов до температуры 50 °С в полузакрытой системе при величине pH, равной 0,5; часть получаемого раствора сливают на сооружения очистки сточных вод;
• промывка газов суспензией СаСО3 или Са(ОН)2 в полузакрытой системе при величине pH, равной примерно 4; часть получаемого раствора сливают на сооружения очистки сточных вод.

Эти сливы необходимо подвергнуть обработке, чтобы привести их в соответствие требованиям действующих норм на сброс загрязнений в водоемы. Они представляют собой кислые рассолы, содержащие суспензию гипса и, в зависимости от конкретного случая, SO2 или смесь SO2 + NOX. В них можно также обнаружить разно-образные металлы, концентрация которых относительно невелика, однако превышает обычные нормы сброса.

Соответствующую обработку обычно называют обезвреживанием дымовых газов, хотя фактически речь идет, разумеется, об обработке сточных вод от установок по удалению серы из дымовых газов.

Сооружение для очистки сточных вод от установок очистки дымовых газов

Иногда на некоторых промышленных предприятиях предусматривается централизованная очистка всего комплекса сточных вод теплоэлектростанции:

— сливов систем охлаждения;
— вод, содержащих золу;
— сточных вод от процесса очистки дымовых газов;
— регенерационных растворов (элюатов) от процессов деминерализации;
— различных дренажных вод.

Обработка общего потока возможна, но приводит к разбавлению в нем сульфатов и металлов, вызывает необходимость увеличения габаритов требующегося оборудования и, что самое важное, приводит к возрастанию общего количества сбрасываемых загрязнений (по меньшей мере на килограммы в сутки). По этой причине часто более целесообразной является раздельная обработка сточных вод от очистки дымовых газов, расход которых относительно невелик (от 10 до 60 м3/ч), на от-дельных установках. Обработка именно такого типа и рассматривается нами далее.

В зависимости от требуемых гарантированных показателей качества очищенных вод и характеристик подлежащих обработке сточных вод (только SO2 или SO2 + NOX) возможны несколько вариантов обработки. Окисление воздухом не является необходимым, поскольку оно уже имело место при контакте воды с избытком кислорода в колоннах мокрой газоочистки.

Наиболее распространенная из используемых технологических линий обработки, на которую подаются сливы колонн мокрой газоочистки, поток общих сточных вод, вода из резервуаров полной продувки промывных колонн, а также осадки, включает следующие процессы:

— нейтрализация, снижение концентрации гипса (добавление извести и осаждение гипса);
— коагуляция и осаждение металлов (добавление осадителей на основе восстановленной серы);
— флокуляция;
— осветление в тонкослойном отстойнике типа Densadeg (вся оснастка этого аппарата должна иметь специальную конструкцию, предотвращающую его засорение);
— обработка осадков (сгущение и обезвоживание).

При наличии оксидов NOX к этой линии потребуется добавить биологическую нитрификацию-денитрификацию на биофильтре Biofor после обязательной предварительной проверки возможности осуществления этого процесса. Дело в том, что небольшие количества металлов и в особенности резкие изменения общего солесодержания могут нарушить нормальное течение биологического процесса.

В любом случае подобная обработка позволит обеспечивать на выходе гарантированные показатели по содержанию металлов и фтора. В то же время гарантии по содержанию SO2- на уровне значительно более низком, чем 2000 мг/л, соблюсти невозможно (слишком высокая растворимость гипса), и это приводит к попытке смешивания сточных вод от очистки дымовых газов с другими потоками, формирующимися на предприятии. Для соблюдения требуемых гарантий на содержание таких трудноудаляемых элементов, как бор, бериллий, ванадий, может понадобиться добавление по меньшей мере еще одной дополнительной стадии очистки на селективной ионообменной смоле.

В случае присутствия в сточных водах значительных концентраций магния следует принимать во внимание его осаждениев форме гидроксида, который значительно снижает поток твердых веществ при сгущении и тем самым уменьшает скорость отстаивания.

В табл. 8 приведены обычно требуемые гарантированные показатели и фактические результаты, полученные на одном из эксплуатируемых в настоящее время очистном сооружении.

Все чаще требуется гарантированное обеспечение величины ХПК < 150 мг/л. При ХПК на входе от 250 до 500 мг/л для достижения такого результата часто требуется третичная очистка (обычно биологическая, но при повышенном солесодержании и невысоких расходах — на активированном угле).

Поскольку значительная часть исходной ХПК зачастую обусловлена ВВ, присутствующими в сточных водах, удаление последних позволяет снизить ХПК на выходе сооружения до < 150 мг/л.

Для фтора гарантированный показатель < 15 мг/л может быть обеспечен путем соосаждения CF2 С ГИПСОМ, тогда как гарантия на оста-точное содержание < 5 мг/л может быть обеспечена лишь в том случае, если уже в исходной воде содержание фтора не превышает 5 мг/л. Для наиболее типичных ситуаций, когда содержание фтора превышает это значение, необходима третичная обработка, например, с использованием сульфата алюминия.

Повторное использование сточных вод в качестве источника подпиточной воды

В засушливых зонах земного шара промышленники все чаще склонны ограничивать и даже избегать любого забора природных пресных вод. Для этого им приходится использовать сточные воды — чаще всего городские, однако можно также использовать и сточные воды других отраслей промышленности.

Именно такой случай имеет место на электростанциях нового типа, осуществляющих когенерацию, т. е. комбинированное производство тепловой и электрической энергии, которые часто имеют крупного потребителя своей продукции (пара и электричества), поставляющего им в обмен свои собственные ПСВ, прошедшие более или менее интенсивную обработку.

Типичным примером такого предприятия служит электростанция компании «Gregory Power Partners» (Корпус-Кристи, шт. Техас, США), сотрудничающая на подобных описанным условиях с глиноземной фабрикой. Фабрика сбрасывает конденсаты, имеющие невысокое содержание солей при высокой концентрации ОВ, которая меняется в весьма широких пределах. Содержание ООУ в этих конденсатах, обычно составляющее 30 мг/л и при пиковых значениях достигающее 60 мг/л, необходимо снизить до уровня 0,5 мг/л, что отвечает требованиям к подпиточной воде для оборудования электростанции. Поскольку расхода образующегося конденсата часто оказывается недостаточно для удовлетворения всех потребностей, предусматривается забор воды из р. Сан-Патрисио для систем охлаждения (384 м3/ч) и подпитки котлов (830 м3/ч) электростанции.

В табл. 9 и 10 приведены прогнозируемые результаты анализа обрабатываемой воды и гарантированные показатели очистки; на практике же установлено, что в течение более 98 % времени работы после выхода в устойчивый режим фактическое общее содержание углерода в воде, поступающей из двух источников конденсата (варочные котлы боксита и выпарные аппараты), оказалось ниже 25 и 45 мг/л соответственно.

На рисунке ниже показана блок-схема обработки, которая после проверки на пилотной установке была реализована в полном масштабе и с 2000 г. эксплуатируется в не¬прерывном режиме.

На очистных сооружениях когенерационной электростанции компании «Gregory Power Partners» осуществляется:

• биологическая обработка конденсатов глиноземного производства на биофильтрах Biofor. Преимущественно биоразлагаемая природа ОВ, содержащихся в конденсатах, позволяет обеспечить постоянное удаление 70-80 % ООУ на шести установках Biofor;
• осветление в двух отстойниках Densadeg смеси очищенной воды, прошедшей через Biofor, с речной водой; состав этой смеси (по объему) может изменяться в пределах от 0 до 100 %, но, как правило, отношение обработанной воды к речной составляет 80 : 20.

Предусмотрена система доочистки и деминерализации этого смешанного потока с расходом до 830 м3/ч для завершения глубокого удаления ООУ и получения воды с удельным сопротивлением больше 10 МОм • см. В эту систему (рис. 27) входят следующие стадии обработки:

• третичное фильтрование на фильтре Greenleaf;
• адсорбция на активированном угле (защита от биообрастания путем регулярной очистки острым паром ежемесячно или один раз в 2 мес.);
• дополнительное фильтрование на двухслойной загрузке, обеспечивающее удаление угольных микрочастиц и достижение индекса забивания, совместимого с процессом обратного осмоса;
• обратный осмос и обработка на смешанном слое ионитов завершают удаление ООУ  и обеспечивают необходимую деминерализацию.
• После полуторагодичной эксплуатации было принято решение исключить из технологической линии очистных сооружений когенерационной электростанции обработку на активированном угле, применение которого (сопряженное к тому же со значительными эксплуатационными трудностями) оказалось нецелесообразным вследствие почти полного отсутствия пиковых значений содержания ООУ в исходных сточных водах.

Несмотря на определенную сложность примененной технологической линии, первые годы эксплуатации очистных сооружений доказали надежность и простоту функционирования системы, что обусловило финансовую целесообразность проекта комплексной когенерационной электростанции.

На фото показана часть очистных сооружений: биофильтр Biofor, фильтр Greenleaf и многослойный фильтр.

Все установки (в том числе и отстойник Densadeg) установлены над уровнем земли и изготовлены из стали, что было обусловлено необходимостью реализации проекта когенерационной электростанции в короткие сроки (18 мес).

Химическая промышленность

Общие положения

Производства химической промышленности очень разнообразны, и обычно их относят к одной из следующих отраслей:

— нефтехимия;
— неорганическая химия;
— специальная химия;
— тонкая химия;
— фармацевтика.

Столь обширное разнообразие видов производства не позволяет установить типовую схему обработки или хотя бы сформулировать простые рекомендации общего характера, которые были бы более детальны, чем общие принципы организации технологической линии обработки ПСВ.

Кроме того, на каждом предприятии, как правило, производится широкий ассортимент продукции (соединения более или менее сложного молекулярного состава), который ежегодно может претерпевать значительные качественные и количественные изменения, что неизбежно влечет за собой необходимость регулярной ревизии схемы образования сточных вод и технологии их обработки.

Химическая промышленность, как никакая другая, требует неукоснительного соблюдения следующих принципов:

1. Разделение потоков сточных вод разного характера:

• загрязненные/незагрязненные ливневые воды;
• загрязненные/незагрязненные охлаждающие воды;
• санитарно-бытовые сточные воды;
• воды, содержащие неорганические загрязнения, допускающие непосредственный сброс;
• технологические (производственные) сточные воды в соответствии с их происхождением;
• опасные сточные воды.

2. Разработка (после упомянутого выше разделения потоков) картограммы по-токов различных сточных вод в целях:

• недопущения смешения несовместимых продуктов;
• обеспечения специфической обработки бионеразлагаемых загрязнений.

3. Очистка сточных вод на месте их формирования, а именно:

• в целях их внутренней рециркуляции;
• для удаления из них загрязнений, мешающих стадии общей заключительной очистки, с помощью специфической обработки (сжигание, адсорбция);
• для отдельной обработки более концентрированных потоков, что позволит повысить экономическую эффективность стадии общей заключительной очистки;
• отдельная биологическая обработка некоторых легкобиоразлагаемых кон-центрированных потоков (метанизация, Ultrafor и т. п.), что облегчает биологическую обработку на заключительной стадии очистки.

В результате осуществления внутренней рециркуляции или специфической первичной обработки некоторых потоков сточных вод, а также предварительной обработки концентрированных потоков на долю сооружений заключительной очистки остается обработка меньших объемов сточных вод при существенно более низких нагрузках по загрязнениям.

Внутренняя, или специфическая предварительная, очистка

В табл. 11 перечислены некоторые технологии, которые можно использовать для обработки сточных вод предприятий химической промышленности в зависимости от типа загрязнений, требующих удаления.

Сооружения заключительной обработки сточных вод

Проект сооружений заключительной обработки сточных вод предприятия химической промышленности (рис. 29) должен отвечать следующим требованиям:

• должны быть заложены возможности развития с учетом прогнозируемых изменений процессов производства;
• должен предусматривать максимально возможную полифункцональность сооружений по тем же причинам;
• следует предусматривать устройство усреднителей и аварийного резервуара больших объемов;
• необходимые контрольно-измерительные приборы (анализаторы, датчики, токсикометры и т. п.) должны быть размещены таким образом, чтобы предотвратить вероятность любого аварийного сброса, недопустимого для подобного рода очистных сооружений и для окружающей среды;
• в идеале должен предусматривать средства контроля потоков загрязнений на выходе из каждого цеха в целях повышения ответственности операторов производственных процессов.

Примеры

Текстильная промышленность

Из всех производств предприятий текстильной промышленности мы выделим деятельность, связанную с отделкой текстильной продукции — именно этот вид обработки является наиболее типичным для данной отрасли и чаще всего повторяется на различных производствах, несмотря на все многообразие используемых исходных материалов (широкая гамма красителей, вспомогательных продуктов, используемых волокон и т. п.).

Предварительная обработка

Как правило, предварительная обработка сточных вод на предприятиях текстильной промышленности предусматривает:

тонкое процеживание для удаления волокон (пуха, очесов и т. п.);

1. Усреднение в специальном резервуаре, роль которого состоит:

• в регулировании расхода, величина которого может меняться в очень широких пределах;
• в сглаживании значительных колебаний величины pH;
• в предварительном аэрировании сточных вод и окислении сульфидов.

2. Заключительную нейтрализацию.

Примечание. В некоторых случаях может потребоваться первичное разделение загрязнений (отстаивание или флотация).

Биологическая обработка

В большинстве случаев для максимального удаления биоразлагаемой части ХПК применяется биологическая обработка активным илом при невысокой нагрузке.
Если отношение ХПК/БПК в исходной сточной воде составляет 2-4, эффективность удаления ХПК не превышает 70-90 %, что часто оказывается недостаточным и приводит к необходимости третичной очистки.

В тех случаях, когда сточные воды имеют высокую исходную концентрацию по ХПК (> 2 г/л), весьма эффективным является применение мембранного биореактора Ultrafor.

Третичная очистка

Конечная цель третичной очистки главным образом состоит в следующем:

• снижение цветности;
• снижение бионеразлагаемой части ХПК и содержания ВВ.

Наиболее часто для этого применяются:

1. Обработка коагуляцией-флокуляцией, которая, однако, влечет за собой дополнительные затраты на приобретение реагентов и сопровождается образованием дополнительного количества осадка.
2. Отдельное озонирование или озонирование с последующей обработкой на биофильтре Biofor, что дает ряд преимуществ:
   • компактность оборудования;
   • повышенная эффективность очистки;
   • формирование небольших количеств осадка или полное его отсутствие;
   • при производстве озона из чистого кислорода — улавливание и использование в аэротенке избыточного кислорода, что позволяет снизить потребление электроэнергии, связанное с аэрированием.

Обработка осадков — удаление запахов

Поскольку формирующиеся осадки имеют преимущественно биологическую природу, для обработки можно применять традиционные технологии. Содержание тяжелых металлов в красителях, используемых в текстильной промышленности, неуклонно снижается, и на сегодняшний день эти осадки могут даже утилизироваться в сельском хозяйстве.

При обработке осадков, образующихся в ходе очистки сточных вод текстильной промышленности, не возникает каких-либо специфических проблем, связанных с запахом.

Пример: очистные сооружения ассоциации текстильных предприятий в регионе Haute УаПёе de La Touyre во Франции

Это мощные централизованные очистные сооружения, обрабатывающие сточные воды двенадцати текстильных предприятий и бытовые сточные воды (г. Лавеланет и близлежащие коммуны). На них применяются технологии:

• обработка активным илом с использованием чистого О2;
• озонирование обработанной воды (снижение бионеразлагаемой ХПК и в особенности остаточной цветности до уровня < 25 мг/л Pt-Co);
• термическая сушка осадков, направляемых на захоронение, для максимального уменьшения их объема.

Черная металлургия

В состав комбината черной металлургии входят следующие производства:

• агломерационная фабрика: подготовка руды и шихты для доменных пе¬чей — сырьевых материалов для производства чугуна (практически без сточных вод);
• коксохимический завод: производство металлургического кокса, предназначаемого для восстановления руды;
• доменные печи: выработка чугуна;
• сталелитейный цех: производство стали различных сортов (в зависимости от добавляемых присадок);
• цех по производству электростали: производство специальной стали и пере-работка металлолома;
• цех непрерывной разливки стали: формование слябов, блюмов, болванок, являющихся заготовками для выработки конечной продукции;
• цех горячей прокатки: производство листа, бруса, проволоки и т. п.;
• цех холодной прокатки: производство готовой продукции (тонкий лист различных сортов, сталь торгового качества и т. п.).

В комплексе этих производств организована раздельная система водоотведения ПСВ, включающая:

• полузакрытые системы мокрой очистки газов или орошения вальцов стана горячей прокатки и установки для обработки соответствующих сливов этих систем перед сбросом (обычно такие сточные воды мало загрязнены);
• установки для обработки специфических сточных вод, образующихся на коксохимическом производстве и в цехе холодной прокатки: травление, про¬катка и окончательная обработка готовой продукции (эти потоки сильно загрязнены).

Полуоткрытые системы

Коксохимическая фабрика

В составе коксохимической фабрики имеются:
— система обеспыливания при тушении кокса, оборудованная прямоугольными отстойниками со скребками; верхний слой осветленной жидкости частично рециркулируется. Следует отметить, что:

• при тушении кокса испаряется 50% воды;
• существуют жесткие требования по содержанию солей в используемой воде: ограничение концентрации различных солей и, в частности, хлоридов;
— система обеспыливания на загрузке печей и/или мокрой очистки газов, образующихся при предварительном нагреве угля, оснащенная отстойником, верхний слой жидкости из которого частично возвращают в систему подпитки контура пожаротушения.

Доменные печи

На предприятиях по производству чугуна преимущественно используют систему мокрой очистки газов.
В большинстве случаев сначала производится сухая очистка газов в целях удаления частиц размером свыше 75 мкм, за которой следует мокрая очистка для задержания оставшихся загрязнений (примерно 3 г/л). Основной стадией возможной линии обработки сточных вод является отделение твердых частиц в сгустителях с коррекцией (при необходимости) жесткости путем частичной декарбонатации известью; после охлаждения верхний слой жидкости направляют на установки мокрой очистки газов.

При обработке сточных вод от производства чугуна иногда возникают проблемы пенообразования, с которыми легко справляются с помощью пеногасителей.

Иногда осадок подвергают обработке в циклоне, чтобы отделить цинк от железа. Полученный осадок с содержанием СВ около 80 % возвращают на участок агломерации (цинк является вредной примесью для доменных печей, поскольку он испаряется в горячей зоне и конденсируется на колошниках печи, приводя к серьезным повреждениям). Перелив из циклонов направляют в специальный сгуститель, причем отстоявшуюся жидкость возвращают в систему мокрой очистки газов, а оса¬док, содержащий цинк, обезвоживают и складируют.

Такая схема обработки осадков обеспечивает удаление 90 % цинка и возвращение в цикл 60 % твердых продуктов. Сливы из установок системы мокрой очистки газов иногда могут содержать цианиды, которые следует окислять перед направлением сточных вод на сооружения общей обработки.

Цех конвертерной стали

В цехах конвертерной стали преимущественно устанавливают системы мокрой очистки газов.

На схеме указаны основные возможные процессы обработки образующихся сточных вод:

• предварительное отстаивание с удалением осадка с помощью шнека или «вибросита»;
• отстаивание в сгустителе (после флокуляции, необходимой в большинстве случаев);
• корректировка щелочности путем добавления Na2CO3 (на входе в отстойник).

Воду, обработанную таким образом, охлаждают и возвращают на колонны промывки газов; осадок из отстойника возвращают в конвертер (эти осадки содержат значительное количество извести, магнезии и карбоната кальция), осадок из сгустителя обезвоживают и вывозят на захоронение. Сейчас проводятся исследования по изучению возможности возврата осадков из сгустителя на агломерационную фабрику или непосредственно в конвертер (при этом требуется контроль концентрации различных компонентов).

Потоки специфических сточных вод

Аммиачные воды коксохимического производства

Наиболее широко применяемая линия обработки аммиачных сточных вод коксохимического производства включает следующие стадии:

• глубокое удаление смолы и дегтя путем отстаивания и фильтрования после введения органического коагулянта;
• отдувка паром летучих соединений аммония и — после корректировки величины pH каустической содой — удаление фиксированного аммония (часто производится в две ступени на одной колонне);
• биологическая обработка активным илом для удаления БПК, фенолов, сульфоцианидов. При условии соблюдения некоторых предосторожностей, выявленных в предварительных тестах (при отсутствии ингибитора), возможна обработка путем нитрификации-денитрификации;
• третичная физико-химическая очистка (по мере надобности) для снижения остаточной части ХПК, присутствующей в виде коллоидных частиц.

Отдувка может также обеспечить снижение концентрации свободного аммония в закрытой системе мокрой очистки газов.

Сточные воды цеха холодной прокатки

Цех холодной прокатки, в котором из рулонной стали, получаемой в цехе горячей прокатки, изготавливают тонкий лист для автомобильной и строительной промышленности, жесть для консервных банок, листовой металл для электробытовой техники и т. п., состоит обычно из участков:

— травления (чаще всего соляной кислотой);
— холодной прокатки;
— заключительной обработки (электроцинкования, нанесения органических и гальванопокрытий).

Основными загрязнениями сточных вод цеха холодной прокатки являются травильные кислоты, растворенные металлы, смазочные масла, сильнощелочные обезжиривающие составы. Потоки этих сточных вод следует разделять на месте их образования, обеспечивая в случае необходимости их предварительную специфическую обработку.

При обработке сточных вод цеха холодной прокатки, как правило, осуществляются следующие процессы:

• извлечение отработанной соляной кислоты для ее регенерации методом прокаливания и возврата в технологический процесс;
• извлечение тех концентрированных эмульсий стана холодной прокатки, которые могут быть очищены выпариванием или химическим разрушением (в зависимости от природы эмульсий) или утилизированы за пределами предприятия (например, на цементном заводе). Остаток от выпаривания может сжигаться, а конденсаты направляют на сооружения заключительной очистки общего потока сточных вод на установке флотации щелочных стоков;
• рекуперация отработанных обезжиривающих растворов для хранения и по-следующего разбавления ими с малым расходом промывных сточных вод;
• разделение кислых и щелочных потоков, позволяющее применять флотацию для обработки щелочных сточных вод (промывные воды и возвращаемые отработанные травильные растворы), причем слив флотатора направляют на нейтрализацию, для которой используются кислые сточные воды (за исключением кон-центрированных травильных растворов);
• заключительное отстаивание с предварительной флокуляцией, позволяющее осуществить оптимальное осветление сточных вод перед их сбросом.

В целях более глубокой очистки и полной рециркуляции осветленных сточных вод, выходящих из отстойника, к приведенной технологической линии следует добавить:

• биологическую обработку фиксированными культурами (на биофильтре типа Biofor);
• декарбонатацию (которая в большинстве случаев уже производится при обработке технологической воды), причем именно на этой стадии получают подпиточную воду для различных систем этого цеха;
• фильтрование для удаления ВВ;
• обработку обратным осмосом Для удаления основной части солей и остаточной ХПК, что позволяет осуществлять возврат очищенной воды на заводские ионообменники или на любые другие участки, потребляющие чистую воду.

Такая технология позволяет значительно экономить воду: суммарное потребление воды (если остановиться на стадии нейтрализации-отстаивания включительно) снижается с 1,6 до 0,5 м3/т. Сбросами этой технологической линии являются лишь концентрат обратного осмоса (с исключительно высоким солесодержанием, но слабым загрязнением) и осадки, формирующиеся на различных стадиях очистки, причем некоторые из них горючи и могут сжигаться.

Цветная металлургия и гидрометаллургия

Производство алюминия

Производство глинозема

При производстве глинозема (оксид алюминия) путем выщелачивания бокситов (процесс Байера) образуются растворы алюмината натрия, содержащие суспензию примесей, извлеченных из руды. Эти растворы отстаивают в сгустителях, оснащенных скребковым механизмом; донный осадок (красный шлам) подвергают по-следовательной противоточной промывке осветленной водой в нескольких промывателях; обезвоживание истощенного осадка осуществляется на ленточных фильтрах под вакуумом.

Однако, поскольку осадок остается сильнощелочным (от 1,5 до 6 кг каустической соды на 1 т готового глинозема), его обычно подают в лагуну, расположенную на территории завода, верхний слой воды из которой возвращают в производственный процесс.

В результате единственными жидкими отходами производства глинозема являются:

• охлаждающие и ливневые воды; последние могут быть загрязнены ВВ (не более 0,03 кг на 1 т глинозема) или растворенным фтором (не более 0,02 кг на 1 т глинозема). Для удаления фтора потребуется дополнительная обработка ливневых вод известью и/или CaCIg для осаждения фторида кальция;
• конденсаты, в большей или меньшей степени загрязненные летучими ОВ.

Фторсодержащие сточные воды, образующиеся при электролизе глинозема

Газы, выделяющиеся в электролизерах, загрязнены СО, HF, SO2, парами метал-лов, пылью и ароматическими полициклическими углеводородами. Поэтому электролитические ячейки закрывают крышками, а очистку газов выполняют сухим способом на оксиде алюминия.

Вместе с тем производится мокрая очистка газа водой после его отвода из-под крышки. Вторичный контур отводит около 10 % воды общего потока и направляет ее на дефторирование известью и отстаивание в установке Densadeg.

Сточные воды от производства предварительно спекаемых анодов

На производствах, создаваемых по современным проектам, сточные воды образуются только от систем охлаждения; отводимые газы очищают с помощью рукав-ных фильтров и/или электростатическим осаждением.

На существующих заводах еще применяется очистка газов мокрым способом. В таких случаях следует предусматривать удаление смолы и дегтя флотацией с кондиционированием органическими коагулянтами и последующим удалением фтора путем осаждения CaF2 известью и/или СаС12 и отстаиванием, например, в установке Densadeg.

Катодные рамки и другие сопутствующие элементы (проводники, огнеупоры и т. д.) после отделения подлежат повторному использованию в ходе пирометаллургической обработки.

Электролитический аффинаж алюминия не порождает каких-либо сточных вод.

Производство алюминия из вторичного сырья

Алюминиевые фабрики, перерабатывающие вторичное сырье (банки, отходы экструзии и разливки, рекуперированный алюминиевый профиль и даже крупные частицы производственной пыли), оснащены плавильными печами; вырабатываемый алюминий направляют на установки непрерывной разливки или производства слитков.

В состав сточных вод этих цехов входят охлаждающие воды, которые чаще всего возвращают в производство; ливневые воды, часто загрязненные сырьевыми мате-риалами в результате просачивания на площадках складирования; сточные воды установки непрерывной разливки, содержащие эмульсии, подлежащие разрушению, после которого они могут быть присоединены к ливневым водам для дальнейшего извлечения масел и осветления.

Разливка и горячая прокатка алюминия

Сточные воды от процессов разливки и горячей прокатки алюминия обогащены маслами, пылью и различными материалами, подлежащими удалению. Вода, используемая для питания, должна быть умягченной или слабоминерализованной, и значение pH следует удерживать в пределах, соответствующих минимальной коррозии. Перед возвращением в производственный процесс воду необходимо подвергнуть обработке для удаления масла и ВВ.

Поскольку при горячей прокатке сточные воды, как правило, представлены истинными эмульсиями, сливы контура сточных вод следует подвергать обработке, обеспечивающей ее разрушение.

Производство цинка и свинца

Сточные воды участка обжига «цинковой обманки»
Более 80 % мирового производства цинка осуществляется гидрометаллургическими методами.

Сульфидную, оксидную, карбонатную и силикатную руду после обжига растворяют в серной кислоте, и рафинирование полученных растворов производят с по-мощью электролиза.
После извлечения (в случае необходимости) селена, ртути и в особенности кадмия сточные воды от участка обжига «цинковой обманки» направляют на двухступенчатую нейтрализацию известью на установке, на которую поступают также кислые растворы и воды от гидроскрубберов. В этом случае для обеспечения осаждения фторидов и сульфатов кальция необходимо осуществить отстаивание сточных вод с рециркуляцией осадка. Верхний слой отстоявшейся жидкости направляют в линию обработки общего потока сточных вод предприятия.

Существует и пирометаллургическая технология производства цинка, при которой вода потребляется только для охлаждения.

Общий поток сточных вод

На заводах производства цинка, где процесс производства базируется на кислот¬ном выщелачивании, основная доля сточных вод подвергается предварительной обработке непосредственно в цехах. Отводимые общие сточные воды имеют невысокую концентрацию загрязнений, однако их расход обычно довольно значителен. Для обработки общего потока применяют нейтрализацию и одностадийное отстаивание на установках Densadeg (фото 7), что обеспечивает повышенную эффективность удаления тяжелых металлов (типичное содержание загрязнений на выходе отстойника Densadeg: Pb < 0,2 мг/л; Zn < 0,5 мг/л; Cd < 0,25 мг/л).

Вполне возможно повторное использование таких сточных вод без дополнительной обработки для различных операций промывки, а также в процессах, допускаю¬щих применение воды с относительно высоким солесодержанием; для более пол¬ной рециркуляции следует производить обработку с помощью мембранных технологий.

Производство свинца

Производство свинца также может осуществляться двумя методами: пирометаллургическим, потребляющим небольшие количества воды и требующим мокрой очистки газов, содержащих SO2, или гидрометаллургическим, состоящим в выщелачивании сульфидной руды (PbS) с последующим аффинажем методом электролиза.

Кислые воды, сливы гидроскрубберов и сточные воды, образующиеся при щелочном дехлорировании, подвергают отстаиванию без дополнительной обработки, причем осадок возвращают на этап обжига, а верхний слой осветленной жидкости направляют в систему очистки общего потока сточных вод предприятия.

Производство меди

На горнодобывающих предприятиях руду обычно предварительно концентрируют флотацией с добавлением химических реагентов; очистка сливов и сбросов цеха также осуществляется непосредственно на месте; полученные концентраты обрабатывают для извлечения металла одним из двух способов.

Пирометаллургический способ

При пирометаллургической технологии производства меди потребляется мало воды; в основном вода расходуется на охлаждение, а также для мокрой очистки га-зов и дымов, содержащих значительное количество SO2, которая обычно связана с производством серной кислоты.

При производстве меди руду обжигают, затем металл расплавляют и разливают. Полученные слитки металла устанавливают на аноде электролитической ячейки; в ходе электролиза на катоде выделяется рафинированная медь высокой чистоты (потребление энергии около 250 кВт • ч на 1 т Си). Количество сбросов на этом участке невелико, в основном они образованы анодным шламом, донным осадком и сточными водами от мытья полов.

Гидрометаллургический способ

При использовании гидрометаллургической технологии рудный концентрат подвергают кислотному или кислотно-окислительному выщелачиванию. Раствор рекуперируют либо непосредственно, либо путем каскадной промывки и отстаивания.

Обработку раствора (концентрирование) в большинстве случаев производят селективным осаждением примесей, также ее можно производить методом жидко-фазной экстракции. На этой стадии извлекают примеси, направляемые на повтор-ное использование.

Металлическую медь получают методом электролиза с инертным анодом (РЬ или Ті) и катодом из чистой меди. Процесс потребляет от 2500 до 3000 кВт • ч на 1 т изготовленной меди. Медь осаждается на катоде, а газы, выделяющиеся на аноде (О2, Cl2), селективно улавливают и возвращают в процесс.

В результате получают медь очень высокой чистоты. Для коммерческой реализации ее можно прокатывать (горячей или холодной прокаткой), обрабатывать волочением через фильеры или экструдировать в виде труб.

На предприятиях производства меди по этой технологии осуществляется достаточно разнообразная обработка сточных вод. Она касается:

— ливневых вод, собираемых с крыш, мощеных дорожных покрытий и отвалов пустой породы;
— сточных вод от мокрой очистки кислых газов, содержащих большие количества SO2;
— остаточных сильнокислых отходов выщелачивания;
— производственных сточных вод предприятия (гранулирование, различные виды травления, электролизный шлам и т. п.).

Очистка сточных вод может производиться различными способами (рис. 43): сточные воды от мокрой очистки газов обрабатывают непосредственно на пред-приятии с одновременным производством серной кислоты, используемой для выщелачивания. Кислые отходы нейтрализуют известью для осаждения в форме гипса (имеющего определенную коммерческую ценность) и подвергают отстаиванию традиционными методами. Частично очищенные и ливневые сточные воды нейтрализуют известью, к ним также добавляют верхний слой из отстойников обработанных кислых вод. Для извлечения различных тяжелых металлов эту смесь сточных вод вновь подвергают отстаиванию при оптимальном значении pH в отстойниках с уплотнением осадка типа Densadeg.

Для удаления ВВ и остаточных количеств металлов может понадобиться заключи-тельное фильтрование с добавкой флокулирующего полимера.

Вполне возможна рециркуляция этих сточных вод (25-30 %) на заводские производства, имеющие отношение к менее благородным элементам; для повышения степени возврата сточных вод в процесс производства можно предусмотреть этап третичной очистки.

Обезжиривание и нанесение металлических покрытий

Нанесение металлических покрытий на поверхности различных материалов (металлических, пластиковых и т. п.) осуществляется в многочисленных цехах (обычно называемых гальваническими), имеющих самую различную мощность и срок эксплуатации. Загрязненные сточные воды образуются:

• водами от промывки изделий с нанесенными металлическими покрытиями;
• отработанными металлсодержащими технологическими растворами (ставшими непригодными для их употребления по назначению).

Количество и качество сточных вод от процессов нанесения покрытий зависят от природы рабочих технологических растворов и их концентрации, а также от используемой схемы производственного процесса (например, наличие стадии стекания между обработкой в ванне и промывкой, наличие непроточных ванн промывки и т. п.).

Вследствие этого проектированию любой производственной линии обработки поверхностей должно предшествовать тщательное изучение вариантов организации такого производства в целях оптимизации расходов промывной воды и рас¬смотрения возможности извлечения сырьевых материалов в любом доступном для этого звене технологической цепочки.

При выборе технологической линии обработки сточных вод от процессов нанесения покрытий исходят из двух основных вариантов: обработка в открытой системе (обезвреживание) или обработка в рециркуляционной (оборотной) системе, при¬чем на практике часто наблюдается сосуществование и взаимопроникновение систем обоих типов.

Рециркуляционная система

Рециркуляция промывных вод после обработки
на ионообменных смолах

Обработка промывных вод гальванических цехов на ионообменных смолах, на ко¬торых происходит отделение содержащихся в них катионов и анионов, позволяет возвращать эти воды в производственный цикл.

Ионообменные аппараты могут устанавливаться на определенном участке производства с регенерацией ионитов непосредственно на месте — такой подход целесообразен для цехов, имеющих значительную производительность; в противном случае колонны с ионитами могут быть мобильными и направляться на регенерацию в специализированные центры, имеющие соответствующую аккредитацию.

Этот подход разумен для установок небольшой мощности (максимальный объем смолы 200 л), при этом он требует постоянного присутствия запасного комплекта колонн с регенерированными ионитами.

Какова бы ни была схема водоснабжения гальванического цеха, рециркуляция сточных вод выполняет двойную роль: она обеспечивает рекуперацию (и повторное использование) воды и концентрирование загрязнений, вследствие чего такая схема требует дополнительного обезвреживания (детоксикации) образующихся отходов.

Рециркуляция сточных вод с применением обработки на ионообменных смолах имеет следующие преимущества:

• значительное снижение потребления свежей воды;
• подготовка воды высокой чистоты при меньших затратах и с повышением качества промывки изделий;
• концентрирование загрязнений (и, следовательно, обработка сточных вод с меньшим расходом на последующих стадиях);
• извлечение некоторых ценных продуктов (золота, серебра, хроматов);
• стабилизация рабочих растворов в ваннах хромирования.

Извлечение благородных или высокотоксичных металлов можно также осуществить путем электролиза вод из непроточных промывных ванн, осуществляемого в непрерывном режиме. Этот способ может быть рекомендован в первую очередь для рекуперации золота, серебра, кадмия, меди, никеля.

Обезвреживание (детоксикация)

Обезвреживание токсичных металлов и соединений называют также обработкой в открытом цикле или обработкой с потерей воды.

Не имея возможности рассматривать все схемы подобного типа, отметим, что все они направлены на выполнение некоторого числа элементарных функций, реализуемых с помощью реакций окисления, восстановления, нейтрализации с последующим осаждением гидроксидов металлов и различных токсичных загрязнителей.

В зависимости от расхода сточных вод и наличия свободного места для размещения оборудования можно рассматривать:

• применение установки Turbactor— быстрого реактора-смесителя в герметичном корпусе, работающего под давлением, что позволяет уменьшить длительность реакций по сравнению с традиционными системами;
• использование простых статических или тонкослойных статических отстойников для отделения различных взвесей гидроксидов, а также фильтр-прессов для обезвоживания полученных осадков.

Выпаривание

Выпаривание может оказаться полезным в тех случаях, когда речь идет о концентрированных сточных водах, которые трудно (или невозможно) обрабатывать по традиционной технологии. Примерами таких сточных вод могут служить отработанные охлаждающие эмульсии на металлообрабатывающих предприятиях или эмульсионные растворы с участков холодной прокатки.

Выпаривание позволяет извлекать пастообразный концентрат, который затем направляют на переработку в аккредитованные центры или на совместное

Доочистка сточных вод

Отметим два способа снизить концентрацию металлов в сбрасываемых сточных водах: третичное фильтрование и доочистка на ионообменных смолах.

Третичное фильтрование

После отстаивания может потребоваться дальнейшее снижение содержания тяжелых металлов в сбрасываемых сточных водах, например, путем полного удаления ВВ, которые в большинстве случаев представляют собой гидроксиды металлов. Можно также предварительно снижать содержание растворенных металлов добавлением химического реагента, переводящего их в нерастворимое состояние (органические сульфиды, фосфаты и т. п.). В таких случаях хорошие результаты дает фильтрование на открытых или напорных песчаных фильтрах. Иногда для этого требуется контактная коагуляция на фильтре (контактные осветлители).

Доочистка на ионообменных смолах

Стадию доочистки на ионообменных смолах располагают в той же части технологической линии, что и стадию третичного фильтрования, причем часто она следует за фильтрованием на песчаном фильтре, что предотвращает преждевременное забивание смолы. Доочистка заключается в улавливании ионов растворенных метал¬лов на селективных смолах (как правило, катионитах).

Обычно используют два последовательно установленных ионообменных аппарата: первый из них обеспечивает максимальное концентрирование металлов, тогда как на втором производится доочистка раствора. Элюаты регенерации возвращают на вход в линию обработки сточных вод. В результате такой доочистки получают направляемые на сброс сточные воды, в которых содержание любого металла снижено до нескольких микрограммов на литр.

Автомобильная промышленность и металлообработка

Обработка смазочно-охлаждающих жидкостей

Для большинства металлообрабатывающих операций обработка СОЖ заключается в удалении твердых примесей и тонком фильтровании на непрерывном бумажном фильтре под давлением или под вакуумом.

К СОЖ, используемым при шлифовании, предъявляются более высокие требования по качеству, которое можно обеспечить тонким фильтрованием с использованием фильтрующих патронов или свечей либо (реже) методом флокуляции или напорной флотации.

После всех операций обработки СОЖ масло, всплывающее на поверхность в баках-хранилищах, содержит мелкие металлические частицы, которые можно удалять с помощью барабанных магнитных сепараторов.

Разрушение СОЖ на водной основе

Эмульсии

Для обработки СОЖ, содержащих углеводороды или иные вещества, не смешивающиеся с водой, можно использовать несколько способов:

— химическое тепловое разрушение (65-80 °С) в кислой среде (pH = 1 -2) с использованием неорганического коагулянта (AI или Fe). После контакта, длительность которого определяют опытным путем, масло всплывает на поверхность и может быть отделено путем естественного отстаивания или центрифугированием. В случае необходимости можно провести доочистку напорной флотацией. В противном случае сточные воды следует направить на сооружения общей обработки сточных вод;

— химическое холодное разрушение органическими деэмульгаторами. Про¬ведение тестов позволяет оценить работоспособность такого процесса и определить необходимое время контакта. Оба способа (тепловое и холодное разрушение) дают сходные результаты, однако при последнем образуется меньшее количество осадка, поэтому холодное разрушение эмульсий (в случае его применимости) часто оказывается экономически более выгодным;

— ультрафильтрация. Этот способ (рис. 50) не требует применения реагентов и позволяет получать чистую воду наилучшего качества. До внедрения ультрафильтрации следует провести пилотные испытания для оценки ее эффективности и опасности забивания мембран. Полученный концентрат, содержащий от 30 до 50 % масел, направляют на сжигание или в аккредитованный центр утилизации;

— выпаривание. Этот способ (рис. 51) позволяет получать конденсат, не содержащий ВВ (маслосодержащих или иных); однако в конденсате могут оставаться продукты, имеющие низкую температуру кипения и определяющие величину ХПК, вследствие чего конденсат следует направлять на сооружения заключительной обработки общего потока сточных вод. Пастообразный остаток от выпаривания, содержащий масло (иногда более 80 %) направляют на сжигание. Выпаривание обеспечивает эффективную очистку, однако его можно применять лишь при относительно низких расходах сточных вод (не более 5 м3/ч).

Полусинтетические СОЖ

Хотя полусинтетические СОЖ содержат меньшее количество углеводородов, все предшествующие положения остаются в силе; снижение ХПК в этом случае менее выражено, чем для эмульсий.

После обработки следует предусмотреть стадию дополнительной биологической очистки (после разбавления растворов в случае их токсичности).

Синтетические СОЖ

Единственно возможными методами разрушения синтетических СОЖ остаются выпаривание и/или сжигание. Однако лишь ультрафильтрация позволяет удалять все посторонние масла (утечки из системы смазки металлообрабатывающих станков, масло, привнесенное обрабатываемыми изделиями) и тем самым значительно продлить срок службы СОЖ, снижая частоту их замены.

Фосфатирование

Обработку сточных вод от различных промывных операций осуществляют традиционными способами (нейтрализацией, коагуляцией, отстаиванием), причем обработка может производиться после их смешивания со сточными во¬дами других производств, например из цехов обработки поверхности изделий (гальванических цехов).

Хромовую пассивацию, которая следовала за фосфатированием не применяют. Вместо этого наносят органическое покрытие способом, позволяющим без повреждений сваривать листы металла, несущего такие покрытия. Таким образом устраняется источник образования высокотоксичных сточных вод, содержащих шестивалентный хром.

Окрасочные камеры

Окраска методом катофореза

Независимо от способа окраски технология ультрафильтрации позволяет извлекать из промывных вод от окрасочных камер смолы и пигменты красителей и воз¬вращать в процесс очищенную воду.

В прошлом основную проблему составляло присутствие в промывных водах свинца, который следовало удалять до значения менее 1 мг/л путем осаждения гидроксикарбоната свинца. Отделение осадка производилось напорной флотацией, при¬чем содержание сухого продукта в зависимости от типа краски составляло от 6 до 12 %; после обработки даже хорошо осветленная вода имела значительные загрязнения по ХПК (главным образом, растворители): от 2 до 5 г/л.

Новые составы красителей (исключающие свинец и наиболее токсичные растворители) позволяют оптимизировать извлечение загрязнений из промывных вод, а усовершенствование технологии ультрафильтрации (снижение частоты промывки мембран) ограничивает объем сбросов и позволяет направлять их непосредственно на сооружения обработки общего потока сточных вод предприятия.

Чистовое лакокрасочное покрытие

В прошлом обработку воды от «водяных завес» лакокрасочных камер производи¬ли путем разрушения красящих материалов щелочными продуктами непосредственно в приямке для сбора сточных вод камеры; верхний слой жидкости обрабатывали напорной флотацией после предварительной коагуляции минеральными или органическими реагентами.

Флотопродукт, образующийся при флотации, имеет липкую консистенцию при содержании СВ около 6 %; верхний слой воды достаточно прозрачен, но содержит еще загрязнения по ХПК (несколько граммов на литр).

Современные разработки направлены на создание водорастворимых красок и эмалей; растворители остаются необходимыми лишь для разведения лаков. Физико-химическая обработка уступила место биологической, которую осуществляют непосредственно под окрасочными камерами; концентрированный осадок регулярно извлекают и направляют на переработку в специализированные технические центры захоронения первой категории (СЕТ 1, по французской классификации). После извлечения осадка сливы можно направлять на сооружения заключительной обработки совместно с другими сточными водами предприятия.

На любом лакокрасочном участке, к какой бы отрасли ни относилось соответствующее предприятие, необходимо следовать базовым принципам, изложенным в п. 1:

— сокращение поступления в отводимые сточные воды загрязняющих и токсичных продуктов непосредственно на месте их появления;
— рециркуляция сточных вод везде, где это возможно;
— минимально возможное применение химических реагентов.

Горнодобывающая промышленность

В горнодобывающей промышленности могут встретиться три типа проблем, связанных со сточными водами:

• откачиваемые шахтные воды (отвод кислотных шахтных вод): речь идет об от¬воде грунтовых и инфильтрационных вод, которые необходимо постоянно откачивать, чтобы не допустить затопления шахты во время ее эксплуатации;
• сточные воды обогатительных цехов и предприятий, расположенных на территории рудника (ПСВ этапов первичного концентрирования руды и извлечения металлов);
• инфильтрационные воды, затопляющие заброшенную шахту: они могут выходить наружу и загрязнять окружающую среду, поэтому после вывода шахты из эксплуатации должен осуществляться соответствующий контроль.

Управление охраной окружающей среды вблизи объектов горнодобывающей промышленности повсеместно является стратегическим направлением, причем проблемы, связанные с охраной водных ресурсов, имеют первостепенную важность, поскольку они касаются значительных объемов этого ценного природного продукта. Компания «Дегремон» накопила достаточный опыт решения всех трех перечисленных проблем.

Откачиваемые шахтные воды

Поскольку сброс откачиваемых шахтных вод без предварительной очистки может вызвать серьезное загрязнение природной среды, необходимо предусматривать их обработку, технология которой должна определяться в каждом конкретном случае.

В зависимости от мощности рудника объемы откачиваемых вод могут достигать более 100 000 м3/сут.

В большинстве случаев речь идет о кислых водах, требующих нейтрализации и удаления металлов, что может вызывать большие или меньшие трудности в зависимости от набора растворенных металлов и пределов допустимого их содержания, устанавливаемых нормами сброса.

Как правило, нейтрализация в установке Densadeg позволяет обеспечивать качество обработанных шахтных вод, отвечающее нормам сброса в окружающую среду.

Часто откачиваемые шахтные воды содержат:

• значительные концентрации сульфатов, что вызывает необходимость их осаждения в виде гипса (сульфат кальция) при нейтрализации известью;
• значительные концентрации двухвалентного железа (от 10 до 500 мг/л), что вызывает необходимость его окисления с последующим осаждением. Часто для окисления вполне достаточно растворенного в воде кислорода, если это позволяют величины pH и окислительно-восстановительного потенциала;
• иногда содержание железа может достигать 1 -2 г/л; в этом случае значительные количества SO4 и/или СО2 позволяют повышать скорость отстаивания благо-даря утяжелению хлопьев. В подобных ситуациях, учитывая значительные количества образующегося осадка, при расчете установки Densadeg следует рассматривать ее как сгуститель.

Другим способом решения проблемы является глубокая очистка откачиваемых шахтных вод в целях последующего использования для орошения полей, а в засушливых зонах — и в качестве питьевой воды. Качество воды при этом должно соответствовать рекомендациям ВОЗ и местных нормативных документов.

Технологическая линия в таких случаях усложняется и включает, например, следующие стадии обработки:

• нейтрализация (с последующим осаждением гипса и различных металлов). На этой стадии необходимо обращать внимание на присутствие металлов, вредных для окружающей среды [(марганца, селена, ванадия, кобальта), а также таких радиоактивных элементов, как уран и радий (перечень можно дополнить)]. Для за¬щиты мембран установок обратного осмоса следует также контролировать со¬держание стронция и бария;
• отстаивание в установках Densadeg или в традиционных отстойниках в зависимости от концентрации сфлокулированных веществ;
• фильтрование на песчаных фильтрах (две ступени);
• мембранная обработка (обратный осмос или нанофильтрация);
• реминерализация (по мере необходимости).

Для снижения потерь воды можно также предусмотреть обработку концентратов обратного осмоса. В этом случае уровень рекуперации воды из шахтных вод, поступающих на обработку, достигает 90-95 %.

Во всех рассмотренных случаях образуются значительные объемы осадка. При осаждении гипса концентрация сухих веществ в осадках может достигать 300 г/л; в присутствии одних только металлов (без осадка гипса) содержание сухих веществ в осадках не превышает 80 г/л.

Эффективное обезвоживание обеспечивает обработка на фильтр-прессе, а воз-врат фильтрата позволяет рекуперировать воду при необходимости ее повторного использования.

Сточные воды рудообогатительных предприятий

Ограничимся рассмотрением цехов, расположенных непосредственно на территории горнодобывающего предприятия и не занимающихся обработкой шахтных вод.

В данном случае проблемы обработки сточных вод более сложны и требуют внимательного изучения в каждой конкретной ситуации: все зависит от состава добываемой руды и от обработки, которой она подвергается.
Большей частью речь идет об удалении тяжелых металлов в сильнокислой среде способами осаждения и отстаивания с получением воды, качество которой соответствует нормам сброса в природную среду или, при необходимости, требованиям для возврата в технологический процесс.

Последний случай, в частности, наблюдается на медных, никелевых и урановых рудниках.

В каждой конкретной ситуации следует определить оптимальные условия обработки воды (величину pH и условия осаждения), в особенности если речь идет о специфических загрязнениях окружающей среды (мышьяком, сурьмой, селеном ит. п.) или об особо жестких нормативных требованиях по содержанию металлов в сбросах или по их радиоактивности.

В ряде случаев (США) удавалось удовлетворить исключительно жесткие требования на содержание металлов: от 1 до 20 мкг/л по Си, Zn, Pb (и даже до 1-20 нг/л по таким токсичным металлам, как Нд или Ад), что позволило сбрасывать очищенную воду в реки и озера, имеющие рекреационный статус.

Иногда могут возникать проблемы, связанные с ХПК сточных вод, которая об-условлена различными реагентами, используемыми в производственном процессе и способными выполнять роль ингибиторов осаждения и/или флокуляции.
В большинстве случаев кислотность сточных вод связана с присутствием серной кислоты, что вызывает необходимость осаждения гипса. Добавление значительных количеств требующейся для этого извести увеличивает величину pH раствора до значений, превышающих 10, что позволяет осуществить сопутствующее удаление таких тяжелых металлов, как Мп, U и Ra.

К особо сложным ситуациям можно отнести, например, одновременное присутствие значительных количеств марганца, требующего для своего окисления и осаждения повышенных значений pH, и таких амфотерных металлов, как алюминий, который нерастворим при нейтральных значениях pH и переходит в раствор при значениях pH, оптимальных для удаления марганца. Все сказанное проиллюстрировано на графике нарис. 52, из которого видно, что даже в присутствии железа для эффективного удаления марганца требуется pH > 9, тогда как алюминий следует удалять при pH < 7,5. Для удовлетворения этих требований необходимо двухступенчатое осветление, как, например, на очистных сооружениях «Pinal Creek», где весьма удовлетворительные результаты получены при использовании двух установок Densadeg (одной при pH = 6,5, а второй при pH = 9,2), за которыми следуют фильтры Greenleaf.

Контроль шахт после их вывода из эксплуатации

После истощения запасов добываемых руд или снижения рентабельности эксплуатации шахты закрывают, оставляя покинутые рудничные территории, представляющие определенную опасность для окружающей среды (загрязнение воды, опасность смещения горных пород и грунта, выделение рудничных газов).

Заброшенные шахты, из которых не откачиваются шахтные воды, постепенно заполняются инфильтрационной водой и грунтовыми водами, содержащими различные металлы. Вышедшая из шахты вода, попадая в водоносные слои и поверхностные воды, загрязняет их вынесенными примесями. Типичным источником подобных загрязнений являются сульфидные руды металлов (Fe, Pb, Zn и т. д.). Дело в том, что постепенно под действием бактерий эти руды окисляются с образованием серной кислоты, переводящей соответствующие металлы в растворимое состояние.

В таких случаях приходится очищать воду из загрязненных источников в целях удаления кислоты и металлов (проблема аналогична той, которая решается при об¬работке кислотных шахтных вод).

Компания «Дегремон» разработала технологическую линию для обработки сточных вод, образующихся на выведенной из эксплуатации шахте, в которой добывались руды Pb, Zn и Ад.

Эта линия включала:

• окисление кислородом воздуха двухвалентного железа в трехвалентное;
• нейтрализацию и осаждение гидроксидов металлов;
• отстаивание;
• заключительное фильтрование для удаления следов ВВ (гидроксидов металлов).

Проектом было предусмотрено осуществление этой обработки в течение 20 лет, после чего в результате постепенного уменьшения содержания металлов в сточных водах они по своему составу могли бы стать совместимыми с природной средой.

В проект не было заложено применение установки Densadeg на этапе отстаивания, поскольку в момент разработки проекта расход шахтных вод был относительно мал (100м3/ч), тем не менее по остальным показателям это было бы наилучшим техническим решением.