Раздел 2. Описание технологических процессов, используемых в настоящее время для очистки сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг в приоритетных областях применения НДТ

Раздел 2 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время для очистки сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг в приоритетных областях применения НДТ

Количество предприятий, отнесенных к области применения настоящего справочника по НДТ, определяется Постановлением Правительства Российской Федерации от 31 декабря 2020 года N 2398 "Об утверждении критериев отнесения объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, к объектам I, II, III и IV категорий". По экспертным оценкам, к области применения справочника по НДТ могут относиться 2000-5000 предприятий.

Таким образом, при разработке справочника по НДТ открытые данные предприятий легли в основу описания технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, применяемых при очистке сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях в Российской Федерации.

По результатам рассмотрения открытых данных предприятий выявленные технологические подходы были разделены на три группы, что определило логику изложения настоящего раздела.

В первую группу, представленную в пункте 2.1, были выделены общие подходы, осуществленное внедрение которых на предприятиях не зависит от их отраслевой принадлежности и особенностей образующихся на предприятиях сточных вод.

Подходы второй группы определялись технологическими особенностями предприятий, поэтому до их описания авторы справочника по НДТ сочли необходимым кратко описать особенности сточных вод для различных областей применения НДТ (по данным, предоставленным предприятиями) в пункте 2.2. Наиболее общие подходы второй группы описаны в пункте 2.3.

К третьей группе, представленной в пункте 2.4, были отнесены технологические подходы, направленные на удаление из сточных вод наиболее значимых загрязняющих веществ.

2.1 Общие подходы к водопользованию и обращению со сточными водами на предприятиях

Крупные промышленные предприятия используют для технологических нужд как воду из поверхностных источников и артезианских скважин, так и сточные воды, очищенные на своих очистных сооружениях. В структуре водопотребления большей части наиболее крупных предприятий на использование воды из поверхностных источников приходится от 90 % до 97 %; сброс очищенных сточных вод в поверхностные источники составляет от 92 % до 98 %.

Таблица 2.1 - Сброс загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты по видам экономической деятельности по Российской Федерации, млн м ³ (по данным Росстандарта)

	2017	2018	2019	2020	2021
Всего	13588,6	13135,8	12599,9	11678,4	11579,8
из них по видам экономической деятельности:
сельское, лесное хозяйство, охота, рыболовство и рыбоводство	740,2	748,3	679,8	479,8	614,5
добыча полезных ископаемых	832,2	784,5	687,6	496,0	447,5
в том числе:
добыча угля	354,1	340,0	283,1	252,7	215,3
добыча сырой нефти и природного газа	7,0	7,0	7,7	0,3	0,6
добыча металлических руд	176,6	166,5	195,5	176,1	176,0
добыча прочих полезных ископаемых	293,9	270,4	200,7	66,2	54,9
предоставление услуг в области добычи полезных ископаемых	0,6	0,6	0,5	0,6	0,6
обрабатывающие производства	2402,6	2275,9	2088,6	1877,3	1722,5
из них:
производство пищевых продуктов	23,6	25,5	19,7	17,5	24,5
производство напитков	10,4	8,4	7,0	7,6	7,4
производство табачных изделий	0,0	0,2	0,1	0,1	0,1
производство текстильных изделий	7,5	5,2	5,0	4,9	4,2
производство одежды	0,0	0,4	0,0	0,0	0,0
производство кожи и изделий из кожи	2,1	1,6	0,4	0,2	0,3
обработка древесины и производство изделий из дерева и пробки, кроме мебели, производство изделий из соломки и материалов для плетения	9,3	10,6	10,4	8,0	8,1
производство бумаги и бумажных изделий	855,5	796,3	817,2	699,2	632,2
деятельность полиграфическая и копирование носителей информации	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
производство кокса и нефтепродуктов	74,9	96,1	105,8	87,7	88,2
производство химических веществ и химических продуктов	515,0	499,1	480,2	462,7	425,8
производство лекарственных средств и материалов, применяемых в медицинских целях	3,7	1,3	0,7	0,5	0,3
производство резиновых и пластмассовых изделий	8,3	9,4	9,1	6,8	6,7
производство прочей неметаллической минеральной продукции	40,1	41,4	43,1	53,7	39,6
производство металлургическое	691,9	637,2	447,8	404,8	365,6
производство готовых металлических изделий, кроме машин и оборудования	55,5	55,7	63,3	61,7	60,7
производство компьютеров, электронных и оптических изделий	5,7	3,8	3,1	2,6	2,7
производство электрического оборудования	6,7	4,6	3,5	2,3	2,6
производство машин и оборудования, не включенных в другие группировки	13,6	12,7	11,6	4,9	3,9
производство автотранспортных средств, прицепов и полуприцепов	9,7	8,6	3,2	2,1	1,3
производство прочих транспортных средств и оборудования	64,6	55,9	49,8	46,0	44,0
производство мебели	1,1	0,3	0,3	0,3	0,3
производство прочих готовых изделий	0,3	0,1	0,2	0,2	0,3
ремонт и монтаж машин и оборудования	3,0	1,8	7,1	3,7	3,9
обеспечение электрической энергией, газом и паром; кондиционирование воздуха	1000,9	888,5	933,2	811,8	794,0
водоснабжение; водоотведение, организация сбора и утилизации отходов, деятельность по ликвидации загрязнений	8249,9	8098,3	7920,0	7761,8	7757,4
предоставление прочих видов услуг	0,7	0,2	0,5	0,5	0,5

Повторное использование воды в технологическом цикле на некоторых предприятиях составляет более 90 %. Большинство предприятий, осуществляющих водозабор преимущественно из поверхностных источников, отмечают, что во многих случаях допустимые концентрации загрязняющих веществ, установленные для сброса сточных вод в водные объекты рыбохозяйственного значения (Приказ Министерства сельского хозяйства РФ от 13 декабря 2016 года N 552 "Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения"), оказываются ниже концентраций загрязняющих веществ в тех же водных объектах, из которых предприятия осуществляли забор воды.

Поскольку технологические подходы к выбору методов водоподготовки и водоочистки на промышленных предприятиях остаются одинаковыми и отличаются лишь решениями по использованию очищенной воды, многие виды очистного оборудования применяют как для водоподготовки, так и для водоотведения. К примеру, традиционные методы обработки загрязненной воды - отстаивание и фильтрование - предприятия применяют и в том, и в другом случае. Предприятия применяют одни и те же общепринятые методы и при необходимости глубокой очистки воды при выделении какого-либо специфического компонента или обессоливания.

При этом очевидно, что требования к степени очистки воды при водоподготовке, направленной на использование воды в технологическом процессе, отличаются от требований, предъявляемых к очистке сточных вод при сбросе их в природные водные объекты, особенно рыбохозяйственного значения. Так, на ряде предприятий вода, направляемая на технологические нужды, очищается до уровня качества, минимально приемлемого для существующего технологического процесса, при исключении некоторых этапов очистки, требующихся при сбросе в водоем. На отдельных предприятиях очищенные сточные воды используются для подпитки оборотных систем, связанной с потерями воды на испарение в оборотных системах и необходимой промывкой в целях предупреждения накопления солей.

На ряде предприятий на основе анализа загрязнений образующихся сточных вод и эффективности действующих очистных сооружений, а также с учетом требований к качеству очищенной воды для повторного использования, отвода в городскую канализацию или сброса в водоем разрабатывают и внедряют системы управления очистными сооружениями с возможностью их совершенствования и модернизации, автоматизированного управления, повышения эффективности очистки. Многие предприятия разработали и осуществляют инвестиционные программы реконструкции и технического перевооружения производства, направленные прежде всего на повышение объемов производства и улучшение качества продукции. За счет использования более современного оборудования одновременно снижаются и негативные воздействия на окружающую среду.

На многих предприятиях внедряют системы экологического менеджмента, сертифицированные на соответствие ГОСТ Р ИСО 14001. Хотя на ряде предприятий подобные системы внедряются исключительно с целью достижения соответствия требованиям внешних рынков или по иным причинам, не имеющим отношения к улучшению экологических составляющих работы, на большинстве предприятий целью внедрения систем экологического менеджмента являются повышение эффективности управления природоохранной деятельностью и обеспечение экологической безопасности. Предприятия сообщают о позитивных результатах внедрения как с точки зрения финансовых показателей (снижение платы за негативное воздействие на окружающую среду), так и по натуральным показателям: сокращение объема сбрасываемых сточных вод, сокращение водопотребления, повышение объема воды, используемого в оборотном водоснабжении. Данные, приводимые предприятиями, свидетельствуют об изменениях значений указанных показателей; в некоторых случаях эти изменения значительны. Однако следует учитывать, что системы экологического менеджмента, как правило, внедряются на экологически ответственных предприятиях; их внедрение может сопровождаться технологическими мероприятиями вплоть до полной модернизации очистных сооружений. Таким образом, на основе данных, представленных предприятиями, трудно вычленить позитивные изменения, произошедшие исключительно за счет внедрения систем экологического менеджмента, однако факт наличия позитивных тенденций неоспорим. Исследования в странах, располагающих более продолжительным опытом внедрения систем экологического менеджмента и, соответственно, большим сроком изучения их эффективности, показывают, что количественно измеримые воздействия внедрения систем экологического менеджмента на качество результатов обработки сточных вод присутствуют, причем наблюдаются уже после первого года внедрения таких систем и во многих случаях достаточно значительны.

На ряде предприятий проводят мероприятия по предотвращению чрезвычайных ситуаций. Например, оборудуют резервные хранилища на случай чрезвычайной ситуации, позволяющие аккумулировать любые сбросы сточных вод и (или) воды для обеспечения противопожарных мер для их последующей очистки, обработки и использования.

На нескольких предприятиях в целях сокращения энергопотребления при обращении с технологическими и сточными водами применяют рекуперацию тепла экзотермических реакций посредством выработки пара низкого давления, использования избыточного пара, энергетически зависимой дистилляции.

Отдельные предприятия системно реализуют программы сокращения энергопотребления, в том числе и на объектах обработки сточных вод, проводя энергетический аудит основных технологических операций, осуществляя модернизацию оборудования, а также обучая персонал, занятый в области обработки сточных вод, основам организации энергопотребления.

На многих предприятиях в целях сокращения водозабора и образования сточных вод и, соответственно, повторного использования очищенных сточных вод в оборотном водоснабжении производят отделение технологических сточных вод от условно чистых атмосферных или иных вод, а также проводят мероприятия по предупреждению смешения условно чистой охлаждающей воды с загрязненной технологической водой.

В целях сокращения водопотребления технологических процессов до минимально возможного уровня и повышения степени повторного использования очищенной воды на предприятиях создают замкнутые циклы системы водооборота, применяют системы рециркуляции воды, а также используют в технологических процессах условно чистую атмосферную воду - дождевую, отводимую с крыш и навесов.

Многие предприятия создают системы сбора и разделения сточных вод, в том числе атмосферных поверхностных вод в производственных коллекторах водостока для их обработки и последующего использования. На отдельных предприятиях осуществляется разделение потоков воды по степени загрязненности и последующая очистка на локальных очистных установках посредством создания локальных очистных установок, что, в свою очередь, снижает гидравлическую нагрузку на водосборные объекты и объекты по обработке сточных вод.

На отдельных предприятиях для упрощения повторного использования воды производят раздельный отвод технологических вод (например, конденсата и охлаждающих вод). Перед повторным использованием воды проводят контроль солесодержания и иных необходимых технологически обусловленных показателей.

На некоторых предприятиях уделяют внимание максимально возможному извлечению из сточных вод загрязняющих веществ, возникающих вследствие потерь сырья или продукта, для их последующего использования.

В целях постоянной оптимизации процесса обработки сточных вод и обеспечения стабильного и бесперебойного функционирования объекта обработки сточных вод на предприятиях реализуется производственный экологический контроль, обязательный для объектов НВОС I-III категорий; при этом показатели, подлежащие контролю, а также периодичность контроля различаются в зависимости от предприятия и зависят, в частности, от объема сточных вод, видов и количества загрязнений и требований к качеству их очистки. Регулярный контроль качества сбрасываемых сточных вод осуществляют в коллекторе, сборной камере или колодце на выпуске с очистных сооружений.

На большинстве предприятий для определения расходов воды применяют ультразвуковые или индукционные расходомеры.

На нескольких предприятиях налажены системы контроля целостности и (или) герметичности оборудования для очистки сточных вод, включая трубопроводные системы с запорной арматурой и насосные установки. То же относится и к оснащению отстойников и других узлов обработки сточных вод, где могут иметь место утечки. На отдельных предприятиях осуществляют профилактическую прочистку канализационных сетей, а также оборудуют насосные станции резервным электропитанием.

Поскольку концентрация органических соединений в выбросах от систем сбора и очистки сточных вод практически не регламентируется существующими нормами в отсутствие принятых систем измерения запахов, за исключением случаев, описанных в ГОСТ Р 58578-2019 "Правила установления нормативов и контроля выбросов запаха в атмосферу", то лишь несколько предприятий показывают наличие у них соответствующих специальных мер и мероприятий: использование закрытых и герметичных систем, применение химических веществ для сокращения образования и окисления сероводорода, наличие плавающих и стационарных покрытий на резервуарах, бассейнах, отстойниках и проч., отвод отходящих газов в целях их дополнительной обработки и проч. То же относится и к шумоизоляции оборудования и помещений, в которых производится очистка сточных вод.

Выбор технологических подходов, методов, мер и мероприятий, направленных на очистку производственных сточных вод, определяется составом и особенностями сточных вод конкретных областей применения НДТ, рассмотренных ниже.

При оценке качества производственных сточных вод принимаются во внимание следующие основные характеристики: активная реакция pH, органолептические показатели, минерализация (солесодержание), взвешенные вещества, свободный хлор Cl ₂, аммиак NH ₃, содержание органических веществ (как интегральные показатели - общий органический углерод, БПК, ХПК, так и по отдельным веществам - нефтепродукты (включая минеральные масла), фенолы), содержание неорганических веществ (общий азот, аммонийный азот, нитрит-ионы и нитрат-ионы, общий фосфор, хлориды, сульфаты, металлы (Fe, Mn, Ca, Mg, Al, Cr, Cu, Zn и др.). Значимость этих параметров и применимость их для контроля зависят от специализации конкретного предприятия и используемых им технологий, которые также определяют загрязняющие вещества и их концентрацию в сточных водах до очистки.

2.2 Характеристика сточных вод в приоритетных областях применения НДТ

В настоящем подразделе приведена характеристика сточных вод предприятий, относящихся к областям применения НДТ, утвержденным распоряжением Правительства РФ от 24 декабря 2014 г. N 2674-р. В перечень включены предприятия, хозяйственная и (или) иная деятельность которых оказывает значительное негативное воздействие на состояние окружающей среды.

На ряде предприятий исторически сложились схемы водопользования, когда на очистные сооружения поступают не только неочищенные сточные воды других предприятий (абонентов), но и коммунальные стоки водоканалов. Принимающее предприятие смешивает поступающие сточные воды со своими производственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами для очистки и последующего сброса в водный объект.

Рисунок 2.1 - Организация ЦСВ на примере Нижнекамского промышленного узла

При реализации подобной схемы при создании очистных сооружений целесообразно использование нескольких справочников ИТС, включая ИТС 10-2019 "Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов".

2.2.1 Сточные воды энергетического комплекса

Предприятия энергетического комплекса являются одним из основных потребителей природной воды. Воздействие на гидросферу при эксплуатации ТЭС характеризуется:

- изменением естественного материального баланса водной среды под воздействием забора больших объемов воды;

- объемами сбросов загрязняющих веществ и изменением содержания загрязняющих веществ в воде поверхностных водных объектов.

По данным Государственной статистической отчетности (форма 2 ТП водхоз) предприятия используют забранную воду на производственные, хозяйственно-питьевые нужды и другие цели, а также передают забранную воду другим предприятиям, как без использования, так и после использования (в том числе для очистки). Общие сведения об использовании воды приведены в таблице 2.2 и на рисунке 2.2.

Таблица 2.2 - Использование водных ресурсов в млн м ³

	2015	2016	2017	2018	2019
Забор воды из природных водных объектов для использования	68,0	61,3	59,7	60,9	59,0
Использование свежей воды	54,5	54,6	53,5	53,0	51,2
Оборотное и последовательное использование воды	138,9	137,9	138,7	144,2	144,2
В процентах от общего использования воды на производственные нужды	82	82	82	83	84
По данным Росводресурсов за 2020 год

Рисунок 2.2 - Использование свежей воды в млн м ³

На ТЭС действуют системы оборотного и повторного водоснабжения.

Воздействие от КТЭУ (ТЭС) на водные объекты укрупненно подразделяется на сточные и сбросные воды технологических процессов:

- сточные воды систем охлаждения ТЭС;

- сточные воды водоподготовительных установок;

- сточные воды, загрязненные нефтепродуктами;

- поверхностный сток с промплощадки ТЭС, дренажные воды производственных помещений и подземных сооружений;

- сбросные воды от химических очисток и консервации оборудования;

- воды, сбрасываемые системами гидрошлакозолоудаления;

- сбросные воды обмывки регенеративных воздухоподогревателей и конвективных поверхностей нагрева котлов, работающих на мазуте.

Более подробно информация представлена в соответствующем разделе ИТС 38-2017 "Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии".

Пример: Тип объекта - ТЭС. Водоотведение реализуется через следующие системы: канализация бытовая; канализация дождевая; канализация нефтесодержащих стоков; канализация условно чистых вод. Дождевые и нефтесодержащие сточные воды проходят очистку на очистных сооружениях в следующем составе: аккумулирующие резервуары; блок механической очистки дождевых и производственных сточных вод ВПУ; приемные резервуары нефтесодержащих стоков; блок механической очистки нефтесодержащих сточных вод; блок доочистки; резервуар очищенных стоков; блок обеззараживания; блок обработки осадков.

2.2.2 Сточные воды горнодобывающей промышленности

Добыча полезных ископаемых оказывает значительное воздействие на недра за счет изъятия горной массы из недр и нарушения состояния геологической среды. В ходе ведения открытых горных работ активизируются опасные геологические процессы и явления, такие как оползни, промоины, овражная эрозия, плоскостной смыв, заболачивание и др.

Данные процессы оказывают негативное воздействие на почвенно-растительный покров и могут влиять на водный баланс территории.

На этапе эксплуатации вскрышные и добычные работы, а также операции по размещению отходов сопровождаются нарушением ландшафтов, утратой растительного и почвенного покрова, местообитаний на территории производства работ. Внешние отвалы отходов добычи могут занимать значительные площади, преобразуя естественный рельеф местности, и являться источником загрязнения поверхностных и грунтовых вод.

Водоотлив изменяет направление движения подземных вод в районе действия горнодобывающего предприятия, сопровождается понижением уровня подземных вод с формированием депрессионной воронки, превосходящей размеры шахтного (карьерного) поля. Данные процессы приводят к изменению водного баланса прилегающей территории.

Для очистки шахтных и карьерных вод перед сбросом в водный объект на территории используют очистные сооружения.

При эксплуатации горнодобывающего предприятия образуются поверхностные и хозяйственно-бытовые сточные воды. Отведение сточных вод осуществляется в централизованную систему канализации либо на очистные сооружения с последующим сбросом в водный объект.

Пруды-отстойники и другие очистные сооружения могут быть источником загрязнения подземных вод и почв при фильтрации загрязненных сточных вод через основание и дамбы.

Воздействие сброса сточных вод в поверхностные водные объекты проявляется в изменении гидрологического и температурного режима водотока, химического состава, повышении мутности и заиливании дна, что негативно сказывается на водном биоразнообразии, а также на возможностях использования водного объекта в хозяйственных и рекреационных целях.

Данные по воздействию на этапах строительства, эксплуатации и закрытия объектов приведены в ИТС 16-2016 "Горнодобывающая промышленность. Общие процессы и методы".

Пример: Тип объекта - открытый рудник. При отработке месторождения на очистку направляют следующие виды сточных вод: - карьерные воды; - поверхностные сточные воды с промышленных площадок; - хозяйственно-бытовые сточные воды. Подотвальные сточные воды используются в системе оборотного водоснабжения обогатительной фабрики; для сбора, аккумуляции и транспортировки их в хвостохранилище предусмотрена система водоотведения с прудами-накопителями. В связи с территориальной удаленностью площадок система водоотведения решается локально для каждой площадки с выводом постоянно образующихся карьерных вод и формирующихся сезонных подотвальных и поверхностных сточных вод. Карьерные и поверхностные сточные воды поступают в пруд-накопитель карьерных вод для аккумуляции сточных вод, их усреднения по составу и расходу. Карьерные воды через пруд-накопитель направляются на очистку на очистные сооружения, где проходят очистку совместно с поверхностными сточными водами. После очистки на локальных очистных сооружениях сточные воды совместно с карьерными и хозяйственно-бытовыми сточными водами направляются на сброс в поверхностный водный объект.

Пример: Тип объекта - подземный рудник. При эксплуатации подземного рудника образуются хозяйственно-бытовые, поверхностные, подотвальные и шахтные стоки. Поверхностный сток с наземной территории рудника, а также подотвальный сток направляются раздельно на очистку на комплектных очистных сооружениях, выполненных в контейнерном исполнении с обогревом и усиленной теплоизоляцией, полной заводской готовности. Очистные сооружения предусматривают предварительное отстаивание стоков в пруду-отстойнике с последующим двухступенчатым физико-химическим осветлением на механических и сорбционных фильтрах с применением коагуляции и окисления. Очищенные подотвальные и шахтные стоки сбрасываются в поверхностный водный объект.

Данные по основным потокам и эмиссиям при открытой разработке железорудных месторождений приведены в соответствующем разделе ИТС 25-2021 "Добыча и обогащение железных руд".

Сточные воды карьеров формируются в основном из карьерных, дренажных и атмосферных сточных вод. В процессе осушения месторождения и откачки воды из карьера происходит, кроме количественного истощения запасов подземных вод, загрязнение водных объектов веществами, содержащимися в откачиваемых из карьера сточных водах, в первую очередь - взвешенными веществами, представленными частицами полезного ископаемого и вмещающих пород разной крупности.

При использовании гидравлических способов разработки и переработки полезных ископаемых технологические сточные воды образуются в значительных объемах.

Так, на Лебединском ГОК потребности в воде на 98,8 % осуществляются за счет повторного ее использования. Речная вода используется только на компенсацию испарения и фильтрационных потерь в хвостохранилище.

Данные по воздействию добычи и обогащения руд на состояние окружающей среды приведены в ИТС 23-2017 "Добыча и обогащение руд цветных металлов", ИТС 25-2021 "Добыча и обогащение железных руд" и других.

Пример: Тип объекта - месторождение полиметаллических руд. При отработке месторождения предусмотрены: - очистка карьерных сточных вод на очистных сооружениях перед выпуском в водный объект; - очистка подотвальных сточных вод на локальных очистных сооружениях (ЛОС) перед выпуском в водный объект; - очистка ливневых, талых, поливомоечных сточных вод промплощадки на очистных сооружениях. После очистки сточные воды отводятся в пожарные водоемы, откуда вода используется в т.ч. на поливомоечные нужды. Излишки отводятся на сброс; - очистка бытовых сточных вод на очистных сооружениях с обеззараживанием.

Пример: Тип объекта - гидрометаллургический цех. На промплощадке имеются следующие системы водоотведения: - канализация бытовая; - канализация дождевая; - водосборная сеть склада кека. Бытовые сточные воды в сети предприятия и далее направляются на очистные сооружения местного водоканала. Отвод поверхностных сточных вод с территории промплощадки происходит системой канав в отстойник, оборудованный противофильтрационным экраном из геомембраны, для аккумуляции и механической очистки от взвешенных веществ и нефтепродуктов. Для удаления нефтепродуктов в отстойнике предусматривается устройство нефтесорбирующих бонов, из которых формируется заграждение, которое размещается на поверхности воды в каждой из секций отстойника. Очищенный поверхностный сток подается в систему оборотного водоснабжения для полного использования в технологическом процессе. Поскольку сточные воды в полном объеме используются в технологической системе водоснабжения, степень очистки принята исключительно для технологических целей, нормирование сбросов в водный объект не требуется.

2.2.3 Сточные воды угледобывающей промышленности

Формирование сточных вод осуществляется практически на всех этапах технологического процесса при проведении горных выработок. Сточные воды можно разделить по происхождению на следующие группы.

1 Шахтные и карьерные воды (более 90 % массы сточных вод). Они содержат взвешенные вещества (неорганическую пыль) от проведения буровзрывных, вскрышных и добычных работ; нефтепродукты от разлива масел, топлива, эмульсии; нитриты и нитраты, образующиеся при взрывании взрывчатых веществ; железо, образующееся в результате окисления пирита (зачастую встречается во вмещающих породах), металлических конструкций и частей оборудования. Под шахтами и разрезами формируются депрессионные воронки, в которые собираются подземные и поверхностные воды с большой территории.

2 Хозяйственно-бытовые воды.

3 Технологические (производственные) воды, образующиеся в процессе работы обогатительной фабрики. Как правило, эти воды очищаются и повторно используются в технологическом процессе. Например, на некоторых обогатительных фабриках реализованы проекты реконструкции, предусматривающие замыкание водно-шламовых схем, что позволяет не сбрасывать смесь воды и угольной пыли (шлам) в пруды-отстойники, а запускать ее в повторный цикл после отделения шлама на фильтр-прессах.

4 Поверхностные (ливневые) воды. На предприятиях угольной промышленности они обычно отводятся вместе с карьерными, шахтными и производственными водами на общие очистные сооружения.

Часть сточных вод может быть возвращена в технологический процесс. Однако вернуть в технологический процесс удается лишь небольшую долю сточных вод (до 10 %), формирующихся на угледобывающих предприятиях. Таким образом, требуется строительство очистных сооружений.

Методы очистки сточных вод применяются в различных сочетаниях в зависимости от качества воды, подаваемой на очистку. Кроме того, на схемы очистных сооружений влияют экономическое состояние предприятий, требования контролирующих органов и исторические факторы. Решение о возможности реализации того или иного способа очистки и (или) их комбинаций определяется индивидуально в каждом конкретном случае. Подробная информация приведена в ИТС 37-2017 "Добыча и обогащение угля".

Пример: Тип объекта - очистные сооружения угледобывающего комплекса. Для очистки на очистные сооружения поступают: - шахтные воды; - стоки ливневой и производственной канализации; - стоки ливневой канализации с площадки очистных сооружений шахтных, ливневых и производственных стоков. Очистные сооружения включают следующие этапы очистки: - предварительная обработка стоков - введение растворов коагулянтов и флокулянтов в трубопроводы шахтной воды перед подачей стоков в отстойник шахтных, ливневых и производственных стоков; - отстаивание в горизонтальном отстойнике шахтных, ливневых и производственных стоков - земляная заглубленная открытая емкость, разделенная на две карты разделительной дамбой: карта N 1 и карта N 2 (одна карта рабочая, другая резервная); - очистка в блоках динамического осветления в здании насосно-фильтровальной станции. Сброс очищенной воды происходит в поверхностный водный объект, при этом предусмотрена возможность использования очищенной воды на технологические нужды шахты.

Пример: Тип объекта - подземная добыча угля. Добыча ведется с параллельным водопонижением уровней воды в затопленных шахтных выработках путем последовательного вскрытия выработок горными работами и контролируемым спуском воды из них в выработанное пространство разреза и дальнейшей откачкой смешанных карьерных и поверхностных сточных вод в очистные сооружения участка. Для организации сбора и отвода подземных и поверхностных стоков в выработке (в пониженных местах) предусмотрено устройство зумпфов-водосборников, откуда водоотливными установками по напорным трубопроводам карьерные сточные воды перекачиваются в очистные сооружения сточных вод участка. Для организации сбора и отвода поверхностных стоков с внешних породных отвалов вдоль подошвы отвалов имеются водосборные канавы с отводом стоков в выработку участка и в пруды-отстойники поверхностных сточных вод, конструктивно представляющие собой грунтовые выемки (копаные емкости) прямоугольной формы. По дну и бортам отстойников предусмотрено устройство противофильтрационных экранов толщиной 0,5 м из глины. Для очистки поверхностных вод от нефтепродуктов предусмотрено использование бонов с сорбентом. Из прудов-отстойников в водооборотный цикл на технологические нужды забирают все аккумулированные в них объемы воды. Отвод и очистка карьерных сточных вод происходят в очистных сооружениях котлованного типа, выполненных в виде выемки, состоящих из: приемной емкости; секции осветленной воды; фильтрующего массива; секции чистой воды.

2.2.4 Сточные воды при переработке природного и попутного газа

Текущие уровни эмиссий, потребления ресурсов и удельные показатели образования отходов технологий переработки природного газа приведены в ИТС 50-2017 "Переработка природного и попутного газа". Основную часть эмиссий загрязняющих веществ при переработке газа составляют выбросы в атмосферный воздух, однако на любом предприятии присутствуют технические сооружения, эксплуатация которых приводит к появлению сточных вод, для которых требуется предусмотреть системы очистки и отведения.

Пример: Тип объекта - газоперерабатывающий завод (ГПЗ). На ГПЗ образуются бытовые, производственные, производственно-дождевые, солесодержащие, дождевые сточные воды, которые собираются в сети канализации и в напорном режиме посредством КНС отводятся на дальнейшую очистку на площадку КОС. На площадке ГПЗ имеются следующие системы канализации: - хозяйственно-бытовых сточных вод с комплексом биологической очистки и сбросом в водный объект; - производственно-дождевой канализации - предназначена для приема и отвода сточных вод от производственных процессов, от гидроиспытаний, пропарки и промывки технологического оборудования, атмосферных осадков с отбортованных или обвалованных площадок склада дизтоплива, дизельных электростанций собственных нужд. Система производственно-дождевой канализации рассчитана на прием 50 % противопожарного расхода воды; - дождевой канализации - предназначена для сбора дождевых сточных вод с дорог, проездов, незастроенной территории, кровель зданий, стоянок автотранспорта, которые собираются через дождеприемники и водоотводные канавы в сеть дождевой канализации. На площадке КОС предусмотрены следующие сооружения: КОС хозяйственно-бытовых стоков, КОС производственно-дождевых и дождевых стоков; резервуары (усреднители) бытовых стоков; резервуар (усреднитель) производственно-дождевых стоков; резервуары (усреднители) дождевых стоков; резервуары очищенных стоков; насосная станция перекачки очищенных стоков; КНС бытовых стоков. Загрязненные производственно-дождевые и дождевые сточные воды направляются на совместную очистку на единых КОС, включающих следующие этапы очистки: механическая очистка; физико-химическая очистка; доочистка на осветлительных и угольных сорбционных фильтрах; обеззараживание. Излишек очищенных производственно-дождевых и дождевых сточных вод, не востребованный на производственные и противопожарные нужды ГПЗ, направляется на сброс в водный объект совместно с очищенными бытовыми стоками.

2.2.5 Сточные воды химической промышленности

Для каждого типа предприятий химической промышленности характерен свой состав сточных вод, что требует индивидуального подхода при выборе метода и оборудования для их очистки.

Рассматривая сбросы производственных сточных вод предприятий химической промышленности, следует отметить, что в большинстве случаев сброс напрямую в водный объект не осуществляется.

Способы снижения сбросов:

- предварительная очистка сточных вод перед сбросом во внешние источники;

- снижение образования сточных вод за счет вторичного использования в производственных процессах, организации и (или) модернизации водооборотных циклов (в частности, внедрение бессточных систем);

- сжигание стоков;

- передача третьим лицам для вторичного использования либо с целью более глубокой очистки на сторонних очистных сооружениях.

На большинстве производств технологические сточные воды собираются, очищаются от загрязняющих веществ и направляются на повторное использование в производстве. Дебалансные воды, которые не могут быть использованы, после очистки сбрасываются в поверхностные водные объекты или удаляются в водовмещающие пласты горных пород (раздел 1.4.5 ИТС НДТ 47-2017), или передаются сторонним организациям для дальнейшего использования или очистки, или могут быть дополнительно очищены на собственных очистных сооружениях.

Подробная информация по составу сточных вод отрасли представлена в отраслевых справочниках по НДТ ИТС 18-2019 "Производство основных органических химических веществ", ИТС 19-2020 "Производство твердых и других неорганических химических веществ", ИТС 31-2021 "Производство продукции тонкого органического синтеза", ИТС 32-2022 "Производство полимеров, в том числе биоразлагаемых" и некоторых других.

Пример: Тип объекта - комплекс по производству основных органических продуктов. На комплексе предусмотрены следующие системы водоотведения: - система бытовой канализации - для приема и отведения бытовых сточных вод; - система ливневой канализации - для сбора и отвода поверхностного стока (дождевого и талого); - система промливневой канализации - для приема и отвода нейтральных нефтесодержащих производственных сточных вод и ливневых вод с территории технологических установок, из обвалований парков; - система химзагрязненной канализации - для отвода в напорном режиме химзагрязненных стоков от технологического оборудования, а также отвода сточных вод самотеком с очистных сооружений в сеть предприятия в случае нарушения работы очистных сооружений. Стоки промливневой, химзагрязненной канализаций и часть стоков бытовой канализации направляются на очистные сооружения сточных вод с последующим возвратом очищенных стоков на технологические нужды. На очистных сооружениях реализованы следующие методы очистки: механическая очистка в радиальных отстойниках; физико-химическая очистка, включая коагуляцию, флокуляцию, флотацию воздухом; биологическая очистка: в аэротенках; ультрафильтрация в мембранном резервуаре; доочистка на установке обратного осмоса; а также обезвоживание нефтяного шлама и осадка. Очищенные промышленные сточные воды после установки обратного осмоса скважинными насосами высокого давления закачиваются в скважины.

2.2.6 Сточные воды предприятий пищевой промышленности и животноводства

Сточные воды при производстве продуктов питания весьма различны по составу, тем не менее для них, как правило, характерны высокие значения ХПК и БПК. Также могут отмечаться высокие концентрации общего азота и фосфора, преимущественно в составе органических соединений, а также в виде фосфатов, если они применяются в технологическом процессе, например, при производстве колбасных изделий.

Состав сточных вод от интенсивного разведения свиней в большой степени зависит от организации процесса обращения с навозом/пометом. Эти сточные воды высоко загрязнены не только органическими веществами, но и аммонийным азотом.

Также в сточных водах некоторых пищевых производств, например, растительного масла, может иметь место пониженное содержание азота и фосфора, что может являться проблемой для процесса биологической очистки сточных вод (идеальное соотношение БПК:N:P составляет примерно 100:5:1).

Более подробно информация представлена в соответствующих разделах ИТС 44-2017 "Производство продуктов питания, ИТС 41-2017 "Интенсивное разведение свиней" и ИТС 42-2017 "Интенсивное разведение сельскохозяйственной птицы".

2.2.7 Сточные воды легкой промышленности

Основные воздействия на окружающую среду оказывают сточные воды текстильной и кожевенной промышленности.

Сточные воды текстильной промышленности содержат: взвешенные вещества, соединения фосфора и азота, металлов (железа, меди, цинка, никеля, хрома и др.), нитраты, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), сульфаты, хлориды и др. Экологической проблемой является загрязнение сточных вод красителями, хорошо заметными визуально. При отбелке тканей соединениями хлора в сточных водах может присутствовать заметное количество хлорорганических соединений.

Сточные воды, образующиеся на кожевенных заводах, содержат: хлориды, сульфаты, гидроксид кальция, сульфиды, соединения хрома, белковые вещества (присутствие которых обусловливает высокое значение БПК), дубильные вещества, ПАВ, жировые вещества, красители и проч. В процессе промывки шкур и кож в сточные воды попадает поваренная соль, вымываемая из законсервированных солевым методом шкур крупного рогатого скота. В процессе золения (обработка шкур высококонцентрированным сульфидом натрия и извести), необходимого для растворения шерсти, образуется зольный раствор, который после отстаивания и донасыщения используется повторно, а также образуются токсичные сточные воды, содержащие 5,0-8,0 г/л сульфидов. В случае сброса обеззоливающего раствора в общий поток сточных вод увеличивается концентрация аммонийного азота и сульфатов, наблюдается превышение ПДК в десятки раз. При применении на кожевенных заводах коагулянтов для очистки сточных вод образуется значительное количество осадка (до 75 % к массе перерабатываемого сырья) с высокой влажностью - до 85 %.

2.3 Описание применяемых технологических подходов, методов, мер и мероприятий, направленных на очистку производственных сточных вод

Очистка производственных сточных вод осуществляется с целью защиты водных объектов от загрязнения (снижения негативной нагрузки на принимающий водный объект), повторного использования очищенных сточных вод для технических нужд предприятий, создания систем оборотного водоснабжения, рекуперации и последующей утилизации ценных компонентов сточных вод.

Разработка универсальной технологической схемы очистки практически невозможна в связи с разнообразием физико-химического состава сточных вод различных производств. Поэтому для различных категорий производственных сточных вод следует разрабатывать технологические схемы их очистки на основе типовых решений для различных отраслей промышленности.

Основным критерием при выборе технологии очистки промышленных сточных вод является состав воды, а именно наличие в ней тех или иных загрязняющих веществ. В зависимости от состава воды проектируются локальные и общие (общезаводские и централизованные) системы очистки сточных вод промышленных предприятий.

Укрупненно, в зависимости от состава, промышленные сточные воды можно условно разделить на три группы:

- сточные воды, загрязненные минеральными веществами. Это сточные воды предприятий металлургической, машиностроительной, горно- и угледобывающей промышленности, предприятий по производству минеральных удобрений, кислот, строительных материалов и др.;

- сточные воды, загрязненные преимущественно органическими примесями. Это сточные воды, образующиеся на предприятиях мясомолочной, рыбной, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической, химической промышленности, а также предприятий по производству пластмасс, каучука и др.;

- сточные воды, загрязненные одновременно минеральными и органическими веществами. Это сточные воды, образующиеся в технологическом процессе предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности, к этой же группе могут быть отнесены сточные воды полигонов ТБО, предприятий по производству сахара, витаминов, консервов, бумаги, продуктов органического синтеза и др.

Рисунок 2.3 - Классификация производственных сточных вод по основным загрязняющим веществам

Приведенная классификация, представленная в таблице 2.3 и на рисунке 2.4, является не единственно возможной, однако ее можно взять за основу на начальном этапе проектирования очистных сооружений.

Основные загрязнители сточных вод и соответствующие методы их очистки приведены в таблице 2.4.

Существующие методы очистки сточных вод подразделяются на:

- физические (механические) методы очистки сточных вод, в основном применяемые для удаления взвешенных веществ, включают, но не ограничиваются, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием и другими;

- химические методы очистки сточных вод в основном базируются на окислительно-восстановительных реакциях, в том числе на реакции нейтрализации;

- физико-химические методы очистки сточных вод включают, но не ограничиваются методами коагуляции, флотации, сорбции, экстракции, а также термическими методами очистки и обезвреживания;

- электрохимические методы очистки сточных вод;

- биологические методы очистки сточных вод.

Таблица 2.3 - Классификация методов очистки производственных сточных вод

N п/п	Методы очистки сточных вод	Технологии
1	Физические (механические)	Процеживание и отстаивание. Удаление всплывающих примесей. Удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил (осаждение в гидроциклонах, центрифугирование и др.). Удаление твердых взвешенных веществ фильтрованием (фильтрование через зернистый слой, через фильтрующие и (или) мембранные перегородки и др.)
2	Химические	Нейтрализация сточных вод и перевод ионов тяжелых металлов в малорастворимое состояние (реагентная нейтрализация сточных вод, перевод ионов тяжелых металлов в малорастворимое состояние, фильтрование кислых сточных вод через нейтрализующие материалы, нейтрализация смешением сточных вод и др.). Окисление примесей сточных вод с использованием газообразного и сжиженного хлора, диоксида хлора, хлорной извести, гипохлоритов кальция и натрия, перманганата калия, бихромата калия, перекиси водорода, кислорода воздуха, озона, пиролюзита и др.). Восстановление примесей сточных вод
3	Физико-химические	Коагуляция. Флокуляция. Флотация. Адсорбция и ионный обмен. Экстракция. Термические методы очистки и обезвреживания сточных вод (выпаривание, огневое обезвреживание и др.)
4	Электрохимические	Электрохимическое окисление и восстановление. Электрокоагуляция. Электрофлотация. Другое
5	Биологические методы очистки сточных вод	Аэрационная очистка сточных вод в биологических реакторах с активным илом. Очистка сточных вод на биофильтрах

Рисунок 2.4 - Классификация методов очистки производственных сточных вод

Таблица 2.4 - Основные загрязнители сточных вод и соответствующие методы их очистки

Технология

Взвешенные вещества

БПК ХПК ООУ

Трудно окисляемые ХПК/ООУ

АОХ, ЭОХ (экстрагируемые органически связанные галогены)

Азот общий

Азот аммонийный, аммиак

Фосфаты (по фосфору)

Тяжелые металлы

Сульфиды

Сульфаты

Фенолы

Нефтепродукты, нефть

Кислоты, щелочи

Нейтрализация

(Х)

(Х)

Х

Сепарация

Х

Коагуляция/флокуляция

Х

Х (1, 2)

Х

Х

Х (1)

Осаждение

Х

Х (3)

Х (4)

Х (5)

Флотация

Х

Х (1)

Х (4)

Х

Фильтрование

Х

Х (3)

Х (4)

Микрофильтрация/ультрафильтрация

Х (6)

Х (2, 3)

Х

Х

Разделение нефти и воды

Х

Х

Х

Гидроциклонирование

Х

Электрокоагуляция

Х

Х

Х

Химическое осаждение

Х

Х

Х

Х

Кристаллизация

Х

Х

Химическое окисление (предварительное)

Х

Х

Х

Х

Х

Окисление перекисью водорода (предварительное) (7)

Х

Х

Х

Х

Х

Окисление кислородом (7)

Х

Х

Х

Х

Химическое восстановление

Х (8)

Гидролиз

Х

Х

Нанофильтрация/обратный осмос

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Электродиализ

Х

Адсорбция

Х (9)

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Ионный обмен

Х (10)

Х

Х

Экстракция

Х

Х

Х

Х

Дистилляция

Х

Х

Х

Испарение (7)

Х (11)

Х

Х

Х

Х

Х

Первапорация

Х (12)

Х (12)

Х (12)

Сжигание сточных вод (7)

Х

Х

Х (13)

Х

Х

Х (14)

Х

Х

Анаэробная очистка

Х

Х (15)

Х (15)

Х (16, 17)

Х

Биологическое удаление соединений серы/тяжелых металлов

Х

Х

Х

Аэробная очистка

Х

Х (15)

Х

Х

Х

(Х)

Х

Х

Нитрификация/денитрификация

Х

Х

Биологическое удаление фосфора

Х

Удаление фосфора химическим осаждением

Х

Отстойники

Х

Х

Песчаные фильтры

Х

Примечание. (1) - нерастворенные органические вещества; (2) - некоторые макромолекулы; (3) - только твердые вещества; (4) - нерастворенные соединения тяжелых металлов; (5) - коллоиды; (6) - мелкодисперсные вещества; (7) - методы, применимые к концентрированным сточным водам; (8) - Cr (VI); (9) - включая красители, поверхностно-активные вещества, нитросоединения, хлорсодержащие соединения, фенолы; (10) - ионные органические вещества; (11) - нелетучие органические вещества; (12) - летучие органические вещества; (13) - требуется специальное оборудование для сжигания сточных вод; (14) - переносится в золу или сточные воды, поступающие из мусоросжигательной установки; (15) - только биоразлагаемая часть; (16) - в сочетании с соединениями серы, осажденными в виде сульфидов; (17) - переносится в осадок.

Ниже рассмотрены основные процессы очистки промышленных сточных вод и приведено краткое описание физических, химических, физико-химических и биологических методов очистки и обезвреживания сточных вод, использование которых способно обеспечить высокую степень очистки.

Для удаления взвешенных веществ из сточных вод используются гидромеханические процессы процеживания (периодические и непрерывные), отстаивания (гравитационное и центробежное), фильтрования. Коллоидные примеси удаляются методом агрегации с использованием коагулянтов и (или) флокулянтов. Выбор метода зависит от размера взвешенных частиц, их концентрации и физико-химических свойств, расхода сточных вод и требуемого уровня эффективности очистки.

Химическая обработка промышленных сточных вод может применяться как самостоятельный метод очистки для использования очищенных стоков в оборотном снабжении предприятия или в качестве предварительной очистки перед их подачей на биологическую очистку, а также после нее как метод доочистки или как метод, обеспечивающий извлечение из сточных вод ценных компонентов. К химическим методам очистки относятся процессы нейтрализации (допустимыми значениями pH считается интервал от 6,5 до 8,0 ед. pH), перевода ионов тяжелых металлов в малорастворимые соединения, окисления и восстановления.

Физико-химические методы используются для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных твердых и (или) жидких частиц (агрегатов), растворенных газов, минеральных и органических веществ. К таким методам относятся процессы коагуляции, флотации, адсорбции, ионного обмена, экстракции, мембранные методы (микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос) и другие. Эти методы позволяют достигать глубокой и стабильной степени очистки при меньшей чувствительности к изменениям нагрузки и составу сточных вод. Технологические схемы с применением данных методов могут быть легко автоматизированы и использованы для рекуперации и последующей утилизации ценных компонентов сточных вод.

Электрохимические методы очистки природных и сточных вод основаны на использовании электрической энергии.

Биологический метод является наиболее универсальным и широко применяемым при очистке сточных вод различной категории. Он основан на способности микроорганизмов использовать загрязняющие вещества в качестве питания в процессе своей жизнедеятельности. Процесс разрушения органических и неокисленных неорганических веществ, называемый биохимическим окислением, протекает с участием аэробных или анаэробных микроорганизмов.

Аэробные процессы очистки, основанные на использовании аэробных групп микроорганизмов, применяются преимущественно для минерализации органических веществ, растворенных в жидкой фазе сточных вод. Анаэробные микробиологические процессы применяются для минерализации как растворенных органических веществ, так и твердой фазы сточных вод, они протекают в замедленном темпе, идут без доступа кислорода и используются главным образом для сбраживания осадков сточных вод.

Процессы биохимического окисления осуществляются как в естественных условиях (поля фильтрации, биологические пруды), так и в искусственно созданных очистных сооружениях - биологических реакторах (биофильтры и аэротенки). Действующим агентом очистки в аэротенках является активный ил, в биофильтрах - биологическая пленка, которые представляют собой частицы органического вещества, населенные различными группами микроорганизмов.

Представленный перечень методов носит информативный характер, не является законченным и неизменным. Более подробные примеры методов построения систем очистки производственных сточных вод приведены в соответствующих отраслевых справочниках.

2.4 Подходы, методы, меры и мероприятия, направленные на очистку производственных сточных вод от основных загрязняющих веществ

В данном разделе представлены базовые подходы к очистке сточных вод от наиболее часто встречающихся загрязняющих веществ, представленных в значимых концентрациях. Уточненные технологические решения и мероприятия представлены в отраслевых справочниках ИТС.

2.4.1 Очистка от взвешенных веществ

В сточных водах предприятий практически всех рассматриваемых отраслей промышленности содержатся взвешенные вещества - минеральные и органические загрязнения.

Для очистки сточных вод от взвешенных веществ применяют механические методы, часто дополняемые коагуляцией и флокуляцией: процеживание, отстаивание, гидроциклонирование, центрифугирование, флотацию, фильтрование.

Для выделения грубых крупнодисперсных частиц загрязняющих веществ, а также попавшего в воду мусора большинство предприятий устанавливают в лоток, по которому отводятся сточные воды, решетки, чаще всего - с ручным съемом задержанных веществ. Иногда решетки устанавливают в колодце и в приемных резервуарах насосных станций.

Мелкодисперсные взвешенные вещества предприятия удаляют главным образом в отстойниках. На большинстве предприятий используют горизонтальные отстойники, которые компактны и поэтому при равных гидравлических нагрузках (в сравнении с другими отстойниками) занимают меньшие площади. При этом многие предприятия сталкиваются со сложностями эксплуатации таких отстойников вследствие трудности удаления выпавшего осадка, поскольку применяемые скребковые механизмы часто выходят из строя и осадок приходится выгружать вручную после опорожнения отстойника. Эффективность очистки и уровни сбросов при осаждении твердых частиц приведены в таблице 2.5.

Для интенсификации удаления плавающих загрязнений (нефтепродуктов, масел, жиров и проч.) отдельные предприятия применяют скиммеры различной конструкции.

Таблица 2.5 - Эффективность очистки и уровни сбросов при осаждении твердых частиц

Загрязнитель	Эффективность очистки (%)	Уровень сбросов (мг/л)	Комментарии
Взвешенные вещества	60-90	5-35 (1)	после окончательного осветления
Осаждаемые твердые вещества	90-95	нет информации
Примечание. (1) - среднее годовое значение 24-часовых составных проб.

Поскольку эффективность выделения взвешенных загрязняющих веществ в отстойниках зависит от продолжительности отстаивания, многие предприятия применяют отстойники, оборудованные блоками (модулями) тонкослойных пластин, что позволяет сократить время отстаивания сточных вод. При этом высота слоя отстаивания составляет 70-100 мм, что значительно меньше слоя в традиционных отстойниках. Чем меньше толщина слоя сточной воды, тем ниже удельная нагрузка на площадь отстаивания.

На многих предприятиях для повышения эффективности очистки сточных вод от взвешенных веществ применяют реагенты - коагулянты и флокулянты. В этом случае отстойные сооружения включают камеры реакции и хлопьеобразования.

Для выделения мелкодисперсной взвеси, например, угольной мелочи, на многих предприятиях применяют реагентную напорную флотацию. При этом в очистном сооружении камера флотации совмещена с камерой хлопьеобразования. Эффективность очистки и уровни сбросов в процессе флотации приведены в таблице 2.6.

Для глубокой очистки от взвешенных мелкодисперсных коллоидных загрязняющих веществ многие предприятия применяют фильтрование, что в большинстве случаев позволяет использовать очищенную воду в технологических процессах.

Многие предприятия используют фильтры в качестве второй и третьей ступеней осветления в схеме с отстойниками или флотаторами. Эффективность очистки и уровни сбросов, связанные с фильтрацией, приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.6 - Эффективность очистки и уровни сбросов в процессе флотации

Загрязнитель	Эффективность очистки (%)	Уровень сбросов (мг/л)
Взвешенные вещества	85-96	5-30 (1)

Таблица 2.7 - Эффективность очистки и уровни сбросов, связанные с фильтрацией

Загрязнитель	Эффективность очистки (%)	Уровень выбросов (мг/л)	Комментарии
Взвешенные вещества	нет информации	< 10 мг/л	хлопья активного ила
	80-99,99	< 10 мг/л	песчаный фильтр

Для повышения эффекта механической очистки сточных вод многие предприятия применяют физико-химические методы очистки. На большинстве предприятий используют коагулянты, флокулянты и композиционные материалы, корректируя при этом pH подщелачиванием или подкислением. На ряде предприятий благодаря использованию полиоксихлорида алюминия в качестве реагента эффективность коагуляционной очистки сточных вод значительно повышается.

На ряде предприятий используют только флокулянты; иногда коагулянты и флокулянты используют совместно.

В качестве самостоятельных реагентов при осветлении сточных вод, содержащих минеральные примеси различной природы (угольную пыль, алюмосиликаты, желтый железоокисный пигмент, гидроксиды металлов), на многих предприятиях используют анионные и катионные флокулянты.

При использовании минерального коагулянта совместно с анионными или катионными флокулянтами отдельные предприятия достигают 92-97 % эффективности очистки сточных вод от взвешенных веществ с одновременным снижением ХПК от 30 % до 90 % в зависимости от начальной величины.

Для очистки сточных вод окрасочных производств на ряде предприятий используют сульфат или хлорид алюминия в дозах 50-100 мг/дм ³, что позволяет снизить величину ХПК на 65-68 % и удалить взвешенные вещества на 88-99 %.

Для очистки моющих растворов, применяемых на моющих установках, на многих предприятиях применяют ультрафильтрацию, поскольку ультрафильтрационные мембраны задерживают загрязнения, находящиеся в моющем растворе, пропуская элементы моющего раствора и ПАВ примерно на 70 %, что позволяет с некоторой корректировкой повторно использовать моющий раствор - на ряде предприятий установки включены в технологический цикл мойки.

Для очистки сточных вод, образующихся на кожевенных заводах и содержащих не только взвешенные вещества, но и ПАВ и сульфиды (13-87 мг/дм ³ в общем потоке сточных вод), отдельные предприятия отрасли в качестве реагента используют сульфат железа (FeSO ₄), а также сульфат алюминия (Al ₂(SO ₄) ₃) совместно с флокулянтами с последующим отстаиванием. При этом достигают степени очистки сточной воды 70-85 % при исходном содержании взвеси до 2 г/дм ³.

Сточные воды, образующиеся в производстве фосфорных удобрений и желтого фосфора, имеют кислый характер, поэтому многие предприятия нейтрализуют их известью, а для ускорения осаждения добавляют флокулянты, что позволяет добиться эффективности очистки до 99 %.

2.4.2 Очистка сточных вод от минеральных масел и нефтепродуктов

На большинстве предприятий основную часть нефтепродуктов и масел, содержащихся в сточных водах и находящихся в грубодисперсном состоянии, отделяют в нефтеловушках, после чего сточные воды, как правило, подвергают флотации, а для глубокой очистки - сорбции.

Для моющих и обезжиривающих растворов, имеющих концентрацию эмульгированных масел до 7 г/дм ³, ряд предприятий применяет трехступенчатую очистку, в процессе которой сточные воды проходят отстойник-масло-нефтеловушку (первая ступень) и электрокоагулятор-электрофлотатор (вторая ступень), после чего концентрация масел снижается до 50 мг/дм ³, взвешенных веществ - до 20 мг/дм ³. Третья ступень предусматривает использование сепараторов или фильтров, что позволяет снизить содержание масел до менее чем 5 мг/дм ³ и использовать воду в оборотном водоснабжении. Недостатком метода является образование значительного количества трудно обезвоживаемого осадка и его утилизации.

На ряде предприятий отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) с концентрацией эмульгированных масел до 10-25 г/дм ³ подвергают локальной очистке с помощью реагентно-флотационного, реагентно-сепарационного, электрокоагуляционного методов, предварительно удалив основной объем масел.

Таблица 2.8 - Эффективность очистки и уровни сбросов в процессе флотации

Загрязнитель	Эффективность очистки (%)	Уровень сбросов (мг/л)	Комментарии
Нефтепродукты, нефть	нет информации	5-15	В зависимости от эффективности химического вещества, используемого для процесса флотации, а также от начальной концентрации нефтепродуктов
	нет информации	2-10	Химическое производство, после нескольких сепараторов API

На отдельных предприятиях применяют электрокоагуляцию или комбинированный реагентно-электрокоагуляционный метод, что позволяет повторно использовать осветленную воду.

На ряде предприятий при реагентно-флотационной очистке используют сульфат алюминия, что позволяет снизить содержание масел до 10-100 мг/дм ³ в зависимости от исходной концентрации, связанности и дисперсности масел в воде. Применение многократной реагентной напорной флотации позволяет снизить концентрацию мелкодисперсных связанных масел в очищенных сточных водах до 10-25 мг/дм ³.

На отдельных предприятиях применяют реагентно-сепарационный метод (центрифугирование) с добавлением в эмульсию (СОЖ) серной кислоты для разрушения эмульсии перед сепарацией, что позволяет снизить концентрацию масел после отстаивания до 20-25 мг/дм ³.

Электрокоагуляционный метод применяют на ряде предприятий для разрушения отработанных эмульсий, содержащих эмульсолы, и более стойких эмульсий. Очистку проводят в электролизерах с применением алюминиевых электродов по следующей схеме: добавление кислоты до достижения pH = 2 - предварительное отстаивание и усреднение сточных вод - удаление осадка и свободных масел - подкисление до pH = 5-6 - обработка в электролизере с удалением пены - отстаивание - фильтрование.

На большинстве рассмотренных нефтеперерабатывающих заводов схема очистки сточных вод включает четыре стадии.

1 Механическая очистка от жидких и твердых грубодисперсных примесей в песколовках; затем в нефтеловушках удаляются всплывающие частицы с гидравлической крупностью 0,8 мм/с (на старых заводах) и 0,3-0,5 мм/с (на новых и модернизированных заводах), после них вода содержит до 100-150 мг/дм ³ нефтепродуктов. Применение тонкослойных полочных нефтеловушек позволяет снизить содержание нефтепродуктов в сточной воде до 50-80 мг/дм ³. Доведение количества нефтепродуктов в сточных водах до 20-30 мг/дм ³ обеспечивается реагентной флотацией. Для механической очистки воды на ряде новых предприятий вместо песколовок применяют открытые безнапорные гидроциклоны.

2 Физико-химическая очистка от коллоидных частиц, обезвреживание сточных вод электрообессоливающих установок (ЭЛОУ). В качестве коагулянтов используют в основном соли алюминия и железа при поддержании необходимого значения pH. Для повышения эффективности очистки добавляют флокулянты. В качестве коагулянтов на отдельных предприятиях используют также отходы производства диоксида титана. На ряде предприятий применяют установки реагентной флотации с использованием в качестве коагулянтов Al ₂(SO ₄) ₃, FeCl ₃ и флокулянтов. Вместо минеральных коагулянтов на отдельных предприятиях используют катионные органические полиэлектролиты. Содержание нефтепродуктов снижается до 20-30 мг/дм ³.

3 Биологическая очистка от органических примесей.

4 Доочистка биологически очищенных сточных вод с использованием фильтров с активированным углем.

Использование фильтрования после флотации позволяет сократить концентрацию нефтепродуктов до 1-2 мг/дм ³ с одновременным сокращением содержания органики. В сточных водах второй канализационной системы нефтеперерабатывающих заводов после флотации содержание нефтепродуктов снижается до 20-30 мг/дм ³; БПК5 этих вод в среднем составляет 160 мгО/дм ³, ХПК - 400 мгО/дм ³.

Сточные воды ряда рассмотренных машиностроительных заводов, загрязненные маслами (50-400 мг/дм ³) и механическими примесями (100-300 мг/дм ³), на отдельных предприятиях подвергают очистке отстаиванием с предварительной коагуляцией сульфатом алюминия (30-60 мг/дм ³) с добавлением известкового молока до pH = 7,5-8,5, на большинстве предприятий вместо коагулянтов применяют флокулянты. Очищенные воды могут содержать масла (3-10 мг/дм ³) и механические примеси (2-10 мг/дм ³).

2.4.3 Очистка сточных вод от фенолов

Загрязнение сточных вод фенолами происходит, к примеру, при термической и химической переработке древесины, каменного угля, торфа, сланцев, нефти, а также при производстве красителей, лекарственных средств, синтетических волокон и пластмасс на основе формальдегидов, в текстильной и некоторых других отраслях легкой промышленности.

Большинство предприятий осуществляют очистку фенолсодержащих сточных вод вначале механическими методами для удаления грубодисперсных взвешенных загрязнений, затем физико-химическими и химическими методами для разрушения комплексов и удаления мелкодисперсных фенолсодержащих загрязнений. Более глубокую очистку проводят биологическими методами, при применении которых удаляют коллоидные и растворенные загрязняющие вещества, содержащие фенол.

До использования биологических очистных сооружений большинство предприятий снижают концентрацию смол в сточных водах до 25-35 мг/дм ³ путем отстаивания, флотации и фильтрования; отдельные предприятия применяют более глубокую очистку на фильтрах с кварцевым песком.

На отдельных предприятиях применение таких физико-химических регенерационных методов, как эвапорация (отгонка с водяным паром) и экстракция, позволяет снизить концентрацию смол до 3-4 г/дм ³ и обеспечить утилизацию извлекаемых фенолов.

В процессе эвапорации одновременно с фенолами удаляют крезолы, нафтолы, карбоновые кислоты и др. Отогнанные с паром вещества извлекают из него с помощью щелочи (если эти вещества являются слабыми кислотами) или раствора кислоты (если они являются слабыми основаниями). Перед эвапорацией предварительно удаляют из воды NH ₃, H ₂S и CO ₂, которые повышают pH воды (NH ₃), способствуя диссоциации фенолов и прекращению их отгонки в таком состоянии, или понижают pH (H ₂S, CO ₂), отгоняясь вместе с фенолом, нейтрализуя раствор щелочи, который перестает поглощать фенол. Степень обесфеноливания при эвапорации составляет от 80 % до 90 %. Отдельные предприятия применяют эвапорацию в тех случаях, когда преимущества компактности установки, простоты эксплуатации, полной автоматизации, отсутствия контакта сточной воды с реагентами позволяют пренебречь сравнительно низкой эффективностью обесфеноливания воды в процессе отгонки летучего аммиака, при которой наблюдается значительный расход щелочи, водяного пара, потери фенола.

Конечным этапом удаления фенолов может являться биологическая очистка, производимая предприятиями по одно- или двухступенчатым схемам. При двухступенчатой схеме очистки степень извлечения фенолов достигает 99,1-99,8 %.

Для извлечения фенола из воды после установок экстракционного обесфеноливания многие предприятия применяют метод адсорбции с использованием в качестве сорбентов активированных углей, кокса, золы, шлаков и др. После 15 циклов адсорбции-десорбции уголь подвергают термической регенерации.

При наличии (наряду с фенолами) в сточных водах роданидов и цианидов, например, в коксохимических производствах, биологическую очистку осуществляют в несколько ступеней: на первой ступени сточные воды очищают от фенолов с помощью фенол-разрушающих бактерий, на второй - от роданидов и цианидов с помощью роданид-разрушающих бактерий, на третьей производят окончательную доочистку сточных вод.

2.4.4 Удаление из сточных вод соединений тяжелых металлов

Сточные воды, содержащие ионы металлов, образуются в гальванических цехах многих предприятий различных отраслей, а также при химической и электрохимической обработке металлов - на предприятиях машиностроения, приборостроения, станкостроения, автомобилестроения, электронной, авиационной, кожевенной, химической, текстильной промышленности, а также черной и цветной металлургии. На предприятиях радиоэлектронной промышленности используются значительные количества соединений меди и цинка. При нанесении медно-цинкового покрытия образуются сточные воды, содержащие до 20-25 мг/дм ³ ионов меди и 40-45 мг/дм ³ ионов цинка. Сточные воды машиностроительных заводов могут содержать хром и медь в концентрации до 400-500 мг/дм ³, а никеля - в концентрации в несколько десятков мг/дм ³.

Выбор метода очистки сточных вод большинство предприятий осуществляют исходя из концентрации и состава загрязнений, возможности утилизации ценных компонентов и возвращения воды в производство, требуемой глубины очистки, других конкретных условий:

- реагентный метод не всегда позволяет утилизировать ценные примеси, выделяемые при очистке, и его эффективность может быть недостаточной для достижения необходимых концентраций, что потребует проведения доочистки, усложнит и повысит стоимость очистных сооружений, а также может привести к образованию больших объемов водонасыщенных и плохо уплотняющихся осадков;

- регенеративная ионообменная очистка требует предварительной подготовки воды. Эффективность очистки зависит от минерализации воды и снижается при высоком солесодержании, но позволяет достичь глубокой очистки и утилизировать ценные компоненты;

- применение регенеративного метода при гиперфильтрации высокоминерализованной воды приводит к усложнению схемы, но позволяет получить обессоленную воду, что особенно важно в случаях, когда это требуется для основного производства. Полученные концентраты направляют на выпарку.

В большинстве случаев выбор методов и схем очистки воды от гальванического производства большинство предприятий производят опытным путем с привлечением химических лабораторий и на основе технико-экономических расчетов.

На большинстве рассмотренных предприятий наиболее часто применяемыми являются ионообменные и сорбционные процессы, позволяющие осуществлять глубокую очистку слабо концентрированных (по цветным и тяжелым металлам) сточных вод.

При очистке сточных вод, содержащих ионы металлов, многие предприятия применяют неуглеродные сорбенты естественного и искусственного происхождения (глинистые породы, цеолиты, отходы ряда производств). Так, на ряде предприятий сорбционное извлечение из сточных вод Cr (VI) осуществляют отходами деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Отдельные предприятия используют в качестве сорбентов поликремниевые кислоты, входящие в состав шлаков, шламов и других отходов производства.

На отдельных предприятиях применяют высокоэффективный метод сорбционной очистки гальваностоков с использованием керамического фильтрующего гранулированного материала. Механизм удаления металлов из воды такой же, как и при реагентной очистке: металлы переводят в щелочной среде, создаваемой загрузкой, в гидроксиды, которые закрепляются и удерживаются на поверхности гранул. При ухудшении сорбционной способности керамического фильтрующего гранулированного материала проводят его регенерацию. Достоинствами этой технологии являются низкие капитальные и эксплуатационные расходы, очистка гальваностоков до установленных нормативов с возможной организацией оборотного водоснабжения, очистка гальваностоков от всех тяжелых металлов в одной сорбционной колонне.

При электрохимической очистке сточных вод от соединений Cr (VI) многие предприятия применяют: а) электрокоагуляционный метод; б) восстановление хроматов на пористом угольном катоде в кислой среде, а также восстановление хроматов на проточном объемно-пористом катоде в электролизере с разделенными пористой перегородкой катодным и анодным пространствами. Перед восстановлением вплотную к перегородке со стороны анодного пространства устанавливают сетку из электропроводного коррозионно стойкого материала и подают на нее анодный потенциал. Преимуществами электрохимических методов являются простота, удобство обслуживания и низкое солесодержание очищенных сточных вод. Недостатками метода являются необходимость принудительной вентиляции над аппаратом и пассивация электродов, которая имеет место в нейтральных и щелочных слабосоленых сточных водах.

Для очистки сточных вод от соединений хрома реагентными методами в качестве реагентов-восстановителей большинство предприятий используют натриевые соли сернистой кислоты - сульфит (Na ₂SO ₃) и гидросульфит (NaHSO ₃). На отдельных предприятиях используют гидроксиды кальция и натрия, карбонат натрия, сульфид натрия, различные отходы, например, феррохромовый шлак.

Для удаления небольших количеств ионов тяжелых металлов на отдельных предприятиях используют пирит, применяя фильтрование сточной воды через гранулированный пирит или непосредственно вводя порошковый пирит в сточную воду, а также сульфиды любых других нетоксичных металлов, произведение растворимости которого больше произведения растворимости сульфида металла, извлекаемого из сточной воды.

Поскольку гидроксиды и сульфиды тяжелых металлов образуют устойчивые коллоидные системы, в схемах очистки предприятия используют коагулянты и флокулянты для интенсификации процесса их осаждения.

Для извлечения металлов, а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений на многих предприятиях применяют ионообменную очистку сточных вод. Применение данного метода позволяет осуществлять рекуперацию ценных веществ при высокой степени очистки воды. Степень извлечения ионов металлов зависит от их концентрации в сточной воде, pH, общей минерализации воды, а также от наличия и концентрации ионов кальция и железа. Для рекуперации металлов предприятия используют сильнокислотные (в водородной форме) и слабокислотные (в натриевой форме) катиониты.

2.4.5 Очистка сточных вод от СПАВ

Для очистки сточных вод от СПАВ большинство предприятий применяют:

- флотацию;

- сорбцию;

- ионный обмен;

- экстракцию;

- коагуляцию и (или) флокуляцию;

- деструктивные методы очистки сточных вод;

- электрохимическую обработку воды.

Деструктивную очистку производят окислительными методами: УФ-облучения (фотолиз), реагентной деструкцией, термическими методами, хлорированием, электроокислением, на отдельных предприятиях применяют озонирование, представляющее собой эффективное, но дорогое решение.

На ряде предприятий применяют диффузионные и ионообменные методы, а также обратный осмос и электродиализ, эффективность которых достигает 90 %. При утилизации удаляемых СПАВ предприятия производят предочистку, позволяющую снизить загрязненность утилизируемого продукта.

Поскольку большинство используемых СПАВ биологически устойчивы и не могут быть окислены биохимическим путем, предприятия применяют биохимическую очистку только для "мягких" (неионогенных) СПАВ.

Технологические схемы очистных сооружений предприятий включают одну или несколько ступеней (в зависимости от требований к качеству очищенной воды), в пределах которых методы очистки от СПАВ применяются в разных сочетаниях. Поскольку в сточных водах наряду со СПАВ всегда присутствуют загрязнения (нефтепродукты, смолы, минеральные масла и т.д.), на большинстве предприятий в технологическую схему включен блок предочистки.

Для очистки от СПАВ на нескольких предприятиях также применяют электрофлотацию, учитывая, что диаметры пузырьков образующегося при диссоциации воды газа, которые генерируются на пластинчатых катодах, составляют до 0,2 мм и имеют однородный состав, а катоды в виде проволочной сетки (при толщине проволоки менее 0,5 мм) позволяют получать наиболее мелкие пузырьки.

При использовании сорбционной очистки большинство предприятий используют сорбенты в виде порошков, поскольку большие размеры молекул и ионов ПАВ делают недоступными для них поровые пространства многих гранулированных сорбентов; например, поглощающая емкость активированных углей составляет всего 1,0-2,0 % от веса сухого материала.

На ряде предприятий применяют совмещение реагентных способов и сорбции. Схема очистки сточных вод может быть одноступенчатой и двухступенчатой: на первой ступени сточную воду обрабатывают порошком сорбента и перемешивают в реакторе, после чего она поступает на ступень реагентной очистки. При одноступенчатой схеме сорбент вводят перед камерой хлопьеобразования или, что хуже, непосредственно в отстойник или во флотационную камеру. При двухступенчатой схеме сорбционные возможности вводимого сорбента используются более полно, достигается глубокая очистка сточных вод, сокращаются затраты реагентов.

На отдельных предприятиях обратный осмос проводят на завершающей ступени в сочетании с применением механических (отстаивание, центрифугирование, фильтрование) и физико-химических (коагуляция и флокуляция) методов.

2.4.6 Удаление из сточных вод биогенных элементов

2.4.6.1 Очистка от азотсодержащих веществ

В сточных водах предприятий азотной, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, резинотехнической и других отраслей промышленности может присутствовать азот в виде нитритов, нитратов, солей аммония, азотсодержащих органических соединений. В сточных водах производств аммиака, карбамида, аммиачной селитры также содержатся соли аммония, азотистые соединения.

Выбор метода очистки предприятия основан на знании форм соединений азота (аммонийный, нитратный, нитритный) и их количества. Поэтому при локальной очистке и доочистке сточных вод на ряде предприятий применяют отдувку аммиака, ионный обмен, нитрификацию и денитрификацию, остальные методы - в широком диапазоне концентраций азота.

Поскольку растворимость аммиака увеличивается при понижении температуры, эффективность удаления аммиака значительно варьируется: по данным предприятий, в зимний период удаляется от 30 % до 50 %, в летний - до 98 %. Для повышения pH до необходимых значений (10-11,5 ед.) многие предприятия подщелачивают воду, например, известковым молоком. Воздух с аммиаком пропускают через раствор серной кислоты с целью получения 10-процентного раствора сульфата аммония или поглощают водой для получения аммиачной воды, используемой в качестве удобрения.

На ряде предприятий для удаления аммиака применяют процесс адсорбции-хлорирования: сначала сточную воду с аммиаком хлорируют (при этом в зависимости от условий образуются монохлорамин или дихлорамин, треххлористый или молекулярный азот), затем производят сорбцию хлора и хлораминов активным углем, фильтруя воду через слой угля.

На отдельных предприятиях используют клиноптилолит, относящийся к классу цеолитов и обладающий чрезвычайно высокой избирательной способностью по отношению к ионам аммония. Перед подачей сточной воды на клиноптилолитовые фильтры из нее удаляют (коагуляцией, фильтрованием) взвешенные вещества. При концентрации аммиака в сточных водах до 100-150 мг/дм ³ эффективность очистки достигает 90-97 %. Для регенерации фильтров используют 5-10-процентный раствор хлорида натрия или известкового молока, затем загрузку отмывают водой. Выделяющийся из раствора аммиак (при проведении процесса в щелочной среде) поглощают серной кислотой, а образующийся при этом сульфат аммония можно использовать в качестве удобрения.

В целях удаления азотсодержащих органических соединений предприятия применяют различные виды перегонки, экстракцию, адсорбцию. Для выделения анилина из анилиновой воды применяют азеотропную дистилляцию (при содержании анилина в воде около 4 % (масс.)), при этом более 95 % анилина отделяется в виде гетероазеотропной смеси с водой. Затем органический анилиновый слой подвергают вакуум-ректификации с получением безводного анилина.

Для очистки сточных вод от азотсодержащих органических соединений многие предприятия применяют экстракцию, которая позволяет извлечь до 99-99,5 % целевых продуктов. На многих химических предприятиях удаляют из сточных вод капролактам - бутилацетатом, нитробензол - бензолом; извлеченный нитробензол применяют для экстракции анилина.

Для извлечения из сточных вод практически для всех органических азотсодержащих веществ многие предприятия применяют адсорбцию на активированном угле с последующей регенерацией адсорбента.

Для удаления совместно присутствующих в сточных водах аммонийного азота и ортофосфатов на ряде предприятий применяют электрохимический метод, проводя процесс в электролизере при наличии в воде гидроксида магния, который с ионами фосфора и аммиака образует нерастворимую комплексную соль.

Большинство предприятий применяют для очистки сточных вод от соединений азота нитрификацию и денитрификацию. В качестве субстрата используют любые биологически окисляемые органические соединения: углеводы, спирты, органические кислоты, продукты распада белков и т.д. Необходимое соотношение величины БПК в сточных водах к нитратному азоту примерно равно 4:1.

Для процессов нитрификации и денитрификации большинство предприятий применяют традиционные сооружения биохимической очистки - биофильтры и аэротенки различного типа с регенераторами и без них.

На ряде предприятий (преимущественно расположенных в южных районах) процессы нитрификации и денитрификации проводят в естественных условиях в биологических прудах.

Пороговые концентрации веществ, токсичных для активного ила, приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 - Пороговые концентрации репрезентативных веществ, токсичных для активного ила

Вещество	Ингибирующая концентрация (мг/л)
Кадмий (Cd 2+)	2-5
Хромат (CrO 4 2-)	3-10
Медь (Cu 2+)	1-5
Никель (Ni 2+)	2-10
Цинк (Zn 2+)	5-20
Хлор (Cl 2)	0,2-1
Цианид (CN -)	0,3-2
Нефтепродукты, нефть	> 25
Фенолы	200-1000
Сероводород/сульфид	5-30

2.4.6.2 Очистка от фосфорных соединений

В производственных сточных водах фосфор встречается в виде ортофосфатов, полифосфатов, гораздо реже - фосфорсодержащих органических соединений и элементарного фосфора.

Для удаления соединений фосфора из сточных вод большинство предприятий применяют механические, физико-химические, электрохимические, химические и биологические методы, а также их комбинации.

Вначале с помощью механической очистки удаляют фосфор, находящийся в сточной воде в виде суспендированных частиц. При этом фосфорсодержащие частицы шлама отделяют от сточной воды в отстойниках и открытых гидроциклонах. Для очистки сточных вод от фосфора многие предприятия применяют методы, основанные на окислении взвешенных и растворенных частиц фосфора кислородом воздуха, гипохлоритами или другими окислителями.

Для очистки сточных вод от ортофосфатов на ряде предприятий применяют схему, включающую отстойник и два последовательно установленных открытых гидроциклона. Для интенсификации процесса осаждения используют коагулянты (Al ₂(SO ₄) ₃, FeCl ₂) и флокулянты (полиакриламид). Использование коагулянтов позволяет повысить эффект очистки до 98 %, а флокулянтов - увеличить производительность примерно в 2 раза. Образующийся фосфорный шлам, содержащий 10-30 % фосфора, направляют на сжигание или установку дистилляции (упаривания). На отдельных предприятиях в качестве реагентов используют отработанные травильные растворы, добавляя известковое молоко или едкий натр для создания оптимального значения pH среды.

На ряде предприятий для очистки от растворенных соединений фосфора применяют адсорбцию на доломите или волокнистом материале с нанесенным на него гранулированным оксидом металла третьей и четвертой групп.

На отдельных предприятиях для удаления фосфатов из сточных вод применяют кристаллизацию, которая осуществляется на фильтрах или в отстойниках со взвешенным слоем с затравочным материалом из минералов, содержащих фосфат кальция, костяной уголь, шлак доменных печей и др.

На ряде предприятий применяют электрокоагуляционно-флотационный метод очистки от фосфатов с использованием алюминиевых и железных электродов.

На большинстве предприятий фосфор удаляют биологическим методом, применяя различные схемы, сочетающие в себе биологический процесс и химическое осаждение, что позволяет добиться более высокого качества очистки воды, чем при применении одного из них.

Для повышения эффективности очистки от нерастворимых соединений фосфора отдельные предприятия используют барботажные флотаторы.

Также отдельные предприятия применяют фильтрование для дополнительного (до 20 % от его содержания в очищенной воде) удаления общего фосфора за счет глубокого удаления взвешенных веществ, при этом достигают удаления 90 %-95 % первоначального содержания фосфора.

2.4.7 Очистка сточных вод от цианидов и мышьяка

Очистку сточных вод от цианидов (например, [Cu(CN) ₃] ^2-, [Cd(CN) ₂] ^2-, [Zn(CN) ₂] ^2-) и мышьяка большинство предприятий производят с помощью химических, физико-химических и электрохимических методов. На большинстве предприятий осуществляют реагентную очистку.

При применении химических методов многие предприятия осуществляют обезвреживание циансодержащих сточных вод с помощью известкового молока и хлорсодержащих реагентов (жидкого хлора, гипохлоритов кальция и натрия, хлорной извести и проч.), поддерживая pH сточных вод в пределах 10,5-11 ед. и принимая дозу активного хлора равной 3,5 части по массе на 1 часть цианида.

Активный хлор применяется в виде хлорной воды, получаемой с помощью хлораторов. В связи с тем, что применение жидкого хлора требует соблюдения особых требований (работа с сильнодействующими ядовитыми веществами (СДЯВ)), использование хлорной воды в качестве реагента допускается, только если на предприятии ее получают для других целей.

Окисление цианидов до цианатов проходит в одну ступень за счет атомарного кислорода в момент его выделения из окислителя. Гидролиз проходит в кислой среде и при аэрации воды, поэтому перед поступлением в отстойники циансодержащие воды подкисляют до pH = 5,3 ед. В двухступенчатом процессе цианиды окисляются до N ₂ и CO ₂. На второй ступени вводят дополнительное количество окислителя, а также образовавшийся на первой ступени цианат.

Для очистки от цианидов на отдельных предприятиях используют гипосульфит натрия, перманганат калия и пероксид водорода. Полное окисление цианидов осуществляют озоном, который реагирует с цианидами в слабощелочной среде быстро и полностью, образуя первоначально менее токсичные цианаты. Цианаты могут гидролизироваться в воде или окисляться далее. Процесс озонирования идет при pH = 10,5-13 ед.

Преимуществами применения в качестве окислителя перекиси водорода являются: обезвреживание цианидов до ПДК; самопроизвольное разложение избытка (остаточного количества) H ₂O ₂ в сточной воде; стабильность солесодержания обрабатываемого стока; протекание реакции без образования токсичных промежуточных соединений.

При высоких концентрациях цианидов в сточных водах на ряде предприятий применяют электрохимическую очистку. При этом для повышения электропроводности сточных вод и снижения энергопотребления в воду добавляют NaCl; разрушение цианидов происходит за счет электрохимического окисления на аноде в результате разложения NaCl. Анод изготовляют из графита, катод - из стали. Применение электрохимической очистки позволяет достичь практически полной очистки сточных вод от цианидов.

На отдельных предприятиях очистку сточных вод от цианидов проводят с помощью ионного обмена и обратного осмоса, при этом извлечение простых и комплексных цианидов производится на анионитах. Поглощение цианидов из щелочных сточных вод осуществляют анионитами в солевой форме; одним из продуктов реакции обмена является гидроцианид HCN. Анионит регенерируют 3-4-процентным раствором аммиака. При использовании обратного осмоса на мембранах задерживается от 85 % до 90 % цианистых соединений, которые поступают в концентрат, направляемый на обработку, что является недостатком метода.

При совместном присутствии цианидов с роданидами в сточных водах (например, в коксохимических производствах) отдельные предприятия производят очистку сточных вод биохимическим путем на двухступенчатой установке. На первой ступени окисляются органические загрязнения (в первую очередь фенолы), на второй - роданиды и цианиды (с помощью роданид-разрушающих бактерий).

Для очистки сточных вод от мышьяка большинство предприятий применяют химические, физико-химические, электрохимические методы в сочетании с механическим отстаиванием и фильтрованием.

Очистку больших объемов сточных вод с высоким содержанием мышьяка большинство предприятий проводят методом химического осаждения мышьяка в виде труднорастворимых соединений: солей ортомышьяковой (H ₃AsO ₄) и метамышьяковистой (HAsO ₂) кислот, арсенатов и арсенитов щелочноземельных металлов и в виде сульфидов.

На отдельных предприятиях (при исходном содержании мышьяка в воде не более 100 мг/дм ³) проводят глубокую очистку посредством адсорбции мышьяка в виде твердого раствора на осадке фосфата кальция, образующемся при взаимодействии фосфорной кислоты с Ca(OH) ₂.

Поскольку соединения As ⁺⁵ удаляются из сточных вод более эффективно, чем As ⁺³, а также осадок As ⁺⁵ менее растворим и его хранение дешевле, на многих предприятиях перед осаждением As ⁺³ окисляют до As ⁺⁵. В качестве окислителей используют хлорную известь, гипохлоритную пульпу, пероксид водорода, азотную кислоту, озон, пиролюзит.

Сточные воды с небольшой концентрацией мышьяка на отдельных предприятиях окисляют фильтрованием через слой пиролюзита (диоксид марганца (MnO ₂)), который дополнительно обладает сорбционными свойствами. При этом осаждение проводят известковым молоком в присутствии фосфат-ионов. Для активации пиролюзит обрабатывают едким натром или концентрированной серной кислотой, учитывая, что, хотя кислота меньше десорбирует мышьяк, она полнее растворяет шлам, образующийся на поверхности пиролюзита.

Для извлечения мышьяка, присутствующего в сточных водах в малых концентрациях, на отдельных предприятиях применяют фильтрование через ионитовый фильтр или сорбцию на активном угле.

Для удаления из сточных вод As ⁺³ на ряде предприятий применяют катодное восстановление с осаждением на катоде и дальнейшей рекуперацией.

Выбор метода очистки сточных вод предприятия основан на химическом анализе сточных вод и опытной проверке выбранных реагентов и методов очистки.

2.5 Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод на предприятиях, в технологических процессах которых не образуются производственные сточные воды

В ряде технологических процессов, реализованных на объектах I и II категорий, производственные сточные воды не образуются. Это обусловлено тем, что вода или не участвует в технологических процессах, или присутствует в незначительном количестве и испаряется полностью. Таковы, например, процессы производства цементного клинкера, листового и тарного стекла.

Однако на таких объектах I и II категорий происходит образование хозяйственно-бытовых сточных вод: функционируют туалеты, душевые, столовые, комнаты отдыха, административные корпуса и др. Оценить поток таких сточных вод можно с использованием СП 30.13330.2010 "Внутренний водопровод и канализация зданий"; в документе установлены примерные нормы расхода в душевых бытовых помещений промышленных предприятий - 60 л на человека в смену. Кроме того, на обсуждаемых объектах могут образовываться поверхностные сточные воды - дождевые, талые, поливомоечные и др.

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо слов "СП 30.13330.2010" следует читать "СП 30.13330.2020"

В тех случаях, когда промышленные площадки расположены в черте населенных пунктов, как правило, принимается решение о заключении договоров об отведении хозяйственно-бытовых и поверхностных вод на предприятия, осуществляющие деятельность в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения.

В иных случаях объекты I и II категорий могут руководствоваться основными положениями информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям ИТС 10-2019 "Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов" и технологическими показателями НДТ, установленными в ИТС 10-2019 и утвержденными Постановлением Правительства Российской Федерации от 15 сентября 2020 года N 1430 "Об утверждении технологических показателей наилучших доступных технологий в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов", однако только в случае, если в такие системы наряду с хозяйственно-бытовыми сточными водами принимаются также сточные воды от объектов, перечисленных в Правилах отнесения централизованных систем водоотведения (канализации) к централизованным системам водоотведения поселений или городских округов, утвержденных Постановлением Правительства Российской Федерации от 31 мая 2019 года N 691 и в количестве, определенном данными Правилами. При этом необходимо учитывать категории очистных сооружений по мощности; по всей вероятности, речь будет идти о сверхмалых (10-100 м ³/сут.) или малых (101-1000 м ³/сут.) очистных сооружениях.

При выборе технологических показателей НДТ и расчете технологических нормативов сброса следует также учитывать категорию принимающего водного объекта; категории устанавливаются в соответствии с "Правилами отнесения водных объектов к категориям водных объектов для целей установления технологических показателей наилучших доступных технологий в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов", утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 26.10.2019 г. N 1379.

Очистные сооружения хозяйственно-бытовых и поверхностных сточных вод промышленных предприятий считаются отнесенными к централизованным системам водоотведения поселений или городских округов со дня вступления в силу акта органа, уполномоченного на утверждение схемы водоснабжения и водоотведения. Технологические показатели НДТ для очистных сооружений хозяйственно-бытовых и поверхностных сточных вод промышленных предприятий (при сбросе в природные водные объекты) приведены в таблице 2.4.

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо слов "таблице 2.4" следует читать "таблице 2.10

"

Таблица 2.10 - Технологические показатели НДТ для очистных сооружений хозяйственно-бытовых и поверхностных сточных вод промышленных предприятий

Категории очистных сооружений по мощности	Технологические показатели (среднегодовые значения концентрации загрязняющих веществ в очищенных хозяйственно-бытовых и поверхностных сточных водах промышленных предприятий, сбрасываемых в водные объекты категории Б, не более, мг/л)
	Взвешенные вещества	ХПК	БПК 5	Азот аммонийный	Азот нитратов	Азот нитритов	Фосфор фосфатов
При сбросе в водный объект (часть водного объекта) категории А
Сверхмалые - средние очистные сооружения	10	40	5	1	9	0,1	0,7
При сбросе в водный объект (часть водного объекта) категории Б
Малые - средние очистные сооружения	15	80 1	10	1,5	12	0,25	1 (1,5) 2
Сверхмалые очистные сооружения	15	80 1	12	8	18	0,25	5
При сбросе в водный объект (часть водного объекта) категории В
Средние очистные сооружения	15	80	12	2	9	0,15	5
Сверхмалые - небольшие очистные сооружения	15	80	12	8	18	0,25	5
При сбросе в водный объект (часть водного объекта) категории Г
Сверхмалые - средние очистные сооружения	15	80	12	8 (20)	18	0,25	5
Примечания. 1 При сбросе сточных вод в водные объекты, указанные в перечне водных объектов, которые полностью расположены на территориях соответствующих субъектов Российской Федерации и использование водных ресурсов которых осуществляется для обеспечения питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения 2 и более субъектов Российской Федерации, утвержденном распоряжением Правительства Российской Федерации от 31 декабря 2008 года N 2054-р, среднегодовое значение концентрации ХПК составляет 40 мг/л. 2 Значение, указанное перед скобками, принимается для вновь строящихся небольших и средних очистных сооружений, значение, указанное в скобках, принимается для малых очистных сооружений, а также для реконструируемых небольших и средних очистных сооружений. 3 Значение, указанное в скобках, принимается при среднегодовой температуре поступающих на очистные сооружения сточных вод, составляющей менее 14 °C.