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 НДТ, определяется постановлением Правительства Российской Федерации от 28 сентября 2015 г. N 1029 "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 НДТ могут относиться 2000 - 5000 предприятий. При формировании справочника НДТ были использованы анкеты, заполненные представителями 123 предприятий, полученные в результате рассылки по 742 предприятиям, а также информация еще по 200 предприятиям, собранная экспертным сообществом. Уровень предоставления информации в полученных анкетах значительно различался. Не представляется возможным вычленить общие причины непредоставления предприятиями информации: часть из них мотивировала нежелание предоставлять информацию корпоративной политикой, часть - отсутствием достижений в области очистки сточных вод.

Таким образом, при разработке справочника НДТ данные, содержавшиеся в вышеуказанных анкетах, составили информационную основу для 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. Установленные требования к анонимизации представленной предприятиями информации не допускают возможности ссылок на наименования промышленных объектов, на которых были внедрены те или иные технологические подходы, в тексте справочника НДТ. Вместе с тем представляется некорректным приводить конкретные данные о количестве внедрений из проанализированных анкет вследствие отсутствия репрезентативности выборки. Исходя из этого, авторы справочника НДТ при описании количества внедрений тех или иных технологических подходов сочли возможным оперировать примерными оценками количества внедрений. Таким образом, далее по тексту в случаях, когда речь идет о внедрении на большинстве предприятий, подразумевается внедрение на 50% проанализированных предприятий или более, на многих предприятиях - от 15% до 50%, на ряде предприятий - от 5% до 15%, на нескольких предприятиях - от 2% до 5%, на отдельных предприятиях - до 2%, но не менее 2 предприятий.

По результатам рассмотрения анкет, поступивших от 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 было обусловлено ни их отраслевой принадлежностью, ни особенностями образующихся на предприятиях сточных вод.

Подходы второй группы определялись технологическими особенностями предприятий, поэтому до их описания авторы справочника 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, предоставивших информацию, на использование воды из поверхностных источников приходится от 90% до 97%; сброс очищенных сточных вод в поверхностные источники составляет от 92% до 98%. Повторное использование воды в технологическом цикле на предприятиях достигает 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 водоемы рыбохозяйственного назначения, оказываются ниже концентраций загрязняющих веществ в тех же водоемах, 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 водоемы, особенно рыбохозяйственного назначения. 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 является 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, 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 проводится контроль растворенных солей методом измерения электропроводности.

На отдельных 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 многих предприятиях применяется производственный экологический контроль (на предприятиях-экспортерах - преимущественно автоматизированный производственный экологический контроль); 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. Постоянный 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 традиционные методы; на отдельных предприятиях используют более современные ультразвуковые или индукционные расходомеры.

Только 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, то только несколько предприятий указали на 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: pH, органолептические показатели, минерализация, общее содержание взвешенных веществ и нефтепродуктов (включая минеральные масла), БПК, ХПК, свободный хлор, , токсиканты, содержание Fe, Mn, , , Ca, Mg, Al, экстрагируемые органические галогены, фенолы, ПХДБД/ПХДБФ, общий органический углерод, общий N, нитриты и нитраты, общий P, Cr, Cu, Zn, , . Значимость этих параметров и применимость их для контроля зависит 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 приоритетным областям применения НДТ. Приоритетные области применения НДТ были выделены из Перечня областей применения наилучших доступных технологий (утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р) исходя из объемов образования сточных вод, объемов сброса неочищенных сточных вод, наличия экологических проблем и проч. Определение "приоритетные" в отношении областей применения НДТ используется исключительно в рамках настоящего справочника НДТ и, соответственно, не подлежит регламентированию на уровне национальной системы стандартизации и не влечет за собой дополнительных нормативно-правовых последствий.

2.2.1 Сточные воды энергетического комплекса

Предприятия энергетического комплекса являются одним из основных потребителей природной воды. По экспертным оценкам на их долю приходится до 70% общего промышленного потребления воды, около 90% которой сбрасывается в поверхностные водоемы в виде сточных вод, в том числе 4% загрязненных.

Предприятия энергетического комплекса используют большой объем чистой воды, который подается на пополнение оборотных систем водоснабжения или при прямоточной системе после использования отводится в водоемы.

Главные источники потоков загрязненных вод, возникающих на предприятиях энергетического комплекса, можно разделить на следующие типы:

- охлаждающие воды;

- сточные воды от смывания шлаков и транспортировки золы и мойки оборудования;

- сточные воды систем гидрозолоулавливания (для тепловых электростанций, работающих на твердом топливе);

- сточные воды от регенерации фильтров на очистных установках или установках химической подготовки и блочных обессоливающих установок;

- сточные воды от промывки котлов, подогревателей воздуха и электрофильтров;

- сточные воды от кислотных промывок;

- нефтезагрязненные сточные воды, растворы и суспензии, возникающие при обмывах наружных поверхностей нагрева (воздухоподогревателей и водяных экономайзеров котлов, сжигающих сернистый мазут, и др.);

- сточные воды моющих установок;

- сточные воды от десульфуризации и очистки отходящих газов;

- поверхностные стоки с территории предприятия, включая воды с площадок хранения топлива.

2.2.2 Сточные воды нефтеперерабатывающей промышленности

Нефтесодержащие сточные воды образуются на заводах многих отраслей промышленности, в том числе на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), нефтяных терминалах, машиностроительных и авторемонтных заводах. Большое разнообразие сточных вод, образующихся на НПЗ топливно-масляного профиля, загрязненных разными по природе веществами, послужило основой их разделения на предприятиях на две системы канализования: в первую систему отводятся нейтральные сточные воды и стоки с поверхности территории, после очистки часть воды используется в подпитке оборотных систем; во вторую - солесодержащие воды, а также технологические сточные воды, загрязненные различными реагентами, органическими и неорганическими загрязняющими веществами и проч.

Сточные воды НПЗ включают в себя следующие загрязняющие вещества: взвешенные вещества, нефтепродукты, масла, фенол, карбамид, ароматические углеводороды, аммонийный азот, парафины, сульфаты, жирные кислоты, поверхностно-активные вещества и др. Наибольшую опасность представляют сточные воды электро-обессоливающих установок (ЭЛОУ), содержащие до 30 - 40 г/л нефтепродуктов, до 15 г/л хлоридов; их высокая минерализация препятствует их использованию в оборотном водоснабжении. Остальные виды сточных вод НПЗ содержат нефтепродукты (от нескольких до сотен миллиграммов на 1 л), сероводород, аммиак, меркаптаны, сульфиды, фенолы. БПК колеблется от 100 до 850 , ХПК - от 150 до 1700 . Периодически образуются сернисто-щелочные сточные воды, нуждающиеся в специальной очистке. Кроме того, на очистные сооружения завода часто подаются хозяйственно-бытовые сточные воды от завода и жилых поселков, как правило, расположенных поблизости.

2.2.3 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.

При производстве аммиака наиболее загрязненными являются сточные воды установок медно-аммиачной и щелочной очистки газа и регенерации медно-аммиачного раствора. Очистку сточных вод от аммиака производят различными методами (электродиализ, паровая отдувка, ионный обмен и т.д.). Очищенную и подготовленную воду используют в системах оборотного водоснабжения и питании котлов теплоэлектроцентралей.

Получение карбамида, наиболее востребованного азотного удобрения, связано с образованием большого количества реакционной воды. Сточными водами при производстве карбамида являются также конденсат острого пара; вода, образующаяся при охлаждении сальников плунжерных насосов; смывы с полов и другие неорганизованные сбросы сточных вод.

При производстве серной и соляной кислот образуются сточные воды с остаточным содержанием применяемых и обрабатываемых продуктов. Для их нейтрализации применяют известковые или доломитовые фильтры.

Производство фосфорной кислоты и фосфорных удобрений сопряжено с образованием сточных вод с высоким содержанием общего фосфора.

Серьезным источником химически загрязненных сточных вод являются крупнотоннажные производства основного органического и нефтехимического синтеза: производство акрилонитрила, синтетических жирных кислот, бутадиена, изопрена, фенола и ацетона, производство искусственных волокон, синтетических полимеров и пластмасс, минеральных пигментов; производство масляных и водоэмульсионных красок, капролактама; производство метанола, поверхностно-активных веществ (ПАВ), горного воска и др.

2.2.4 Сточные воды черной металлургии

Черная металлургия является одним из крупнейших потребителей воды. В настоящее время на ее долю приходится до 15% общего объема промышленного водопотребления, при этом большая часть воды расходуется на охлаждение продукта, печей и машин.

Основные технологические процессы предприятий черной металлургии представлены цехами: аглофабрик; доменного производства; сталеплавильными цехами (мартеновскими, конвертерными, электроплавильными); цехами горячей и холодной прокатки.

Эти производства имеют оборотные циклы водоснабжения. Объем оборотных систем по заводам составляет до 98%. Образующиеся сточные воды оборотных циклов загрязнены в основном взвешенными веществами (в среднем от 100 до 10000 мг/л). Вода от горячего проката, кроме того, содержит масло (10 - 1000 мг/л).

Сточные воды холодного проката содержат применяющиеся в процессах смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) в виде эмульсии и мелкодисперсные механические примеси, потому система их очистки включает физико-химические методы с использованием реагентов.

Технологическое металлургическое производство включает также травильные цехи, от которых образуются сточные воды, представляющие отработанные травильные растворы и промывные воды, для очистки которых применяются нейтрализация, ионный обмен, электрохимическая очистка и др.

Заводы полного металлургического цикла включают коксохимическое производство, в котором образуются фенольные, аммиачные сточные воды, в которых, кроме того, содержатся мелкодисперсные взвешенные частицы. Сточная вода может содержать сульфиды, цианиды, сульфаты, хлориды, смолы, масла; pH изменяется от 6 до 9. Очистка сточных вод коксохимического производства производится механическими, физико-химическими и биохимическими методами. После биологической очистки вода часто отводится на городские очистные сооружения. Для возврата в оборотные системы требуется применение методов глубокой доочистки и методов обессоливания, что значительно увеличивает стоимость очистки.

Сточные воды агломерационных фабрик образуются при очистке отходящих газов, гидросмыве и гидротранспорте, мойке оборудования. Загрязнения сточных вод, представленные взвешенными веществами и солями (преимущественно кальция), способны откладываться на стенках трубопроводов, изменяя их пропускную способность и приводя к необходимости замены участков трубопроводов.

Наиболее опасными в санитарном отношении являются сточные воды, образующиеся в травильных цехах. При этом на 1 т литья образуются 0,5  отработанных травильных растворов температурой до 80°C, содержащих 30 - 100 г/л свободной серной кислоты, 100 - 300 г/л железного купороса, а также 3  промывных вод с концентрацией кислоты до 0,6 - 0,8 г/л и солей железа до 2,5 г/л.

2.2.5 Сточные воды цветной металлургии

В рамках настоящего справочника НДТ под сточными водами цветной металлургии подразумеваются сточные воды металлургических заводов, отличающиеся исключительно большим разнообразием загрязняющих веществ, состав и вид которых зависит от характера перерабатываемого сырья и применяемых технологических реагентов. Эти воды могут содержать: грубодисперсные примеси в виде взвеси твердых частиц хвостов обогатительных фабрик и гидрометаллургических переделов литья, проката, обработки цветного металла; кислоты, применяемые в технологическом процессе в качестве регуляторов среды и растворителей; ионы меди, алюминия, хрома, никеля, свинца, цинка, кобальта, кадмия, сурьмы, ртути, титана и других элементов.

2.2.6 Сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности

На предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности потребление воды составляет в среднем 300 - 350  продукции, по отдельным видам продукции - до 600 .

В технологическом отношении различают кислотный (сульфитный) и щелочной (сульфатный) способы получения целлюлозы. При всех технологических операциях сульфатно-целлюлозных предприятий образуются сточные воды, содержащие много взвешенных веществ, растворенных органических соединений, включая стабильные и дурно пахнущие соединения серы.

Сточные воды предприятий целлюлозно-бумажной промышленности представляют собой многокомпонентную водную систему, содержащую следующие основные группы веществ: взвешенные вещества; растворенные неорганические компоненты; растворенные органические компоненты.

2.2.7 Сточные воды предприятий пищевой промышленности и сельского хозяйства

Сточные воды предприятий пищевой промышленности образуются при мойке сырья, оборудования, производственных помещений, а также после использования воды и пара в технологических процессах. Образующиеся сточные воды содержат (как в виде локальных потоков, так и в виде смешанных потоков, в различном сочетании, в разных концентрациях) агрегативно-устойчивые коллоиды, в состав которых входят животные и растительные жиры, белки (в т.ч. кровь), крахмал, сахар, а также соли, углеводы, красители, загустители, ПАВы, консерванты, ароматизаторы, усилители вкуса и пр. Переработка некоторых продуктов как животного (морепродукты, рыба и др.), так и растительного происхождения (картофель и др.) приводит к обильному пенообразованию.

Неравномерность поступления на очистные сооружения сточных вод предприятий пищевой промышленности, а также значительные колебания качественного и количественного состава содержащихся в сточных водах загрязняющих веществ требуют обязательного усреднения потоков сточных вод после их механической очистки и отстаивания.

При сбросе очищенных сточных вод предприятий пищевой промышленности в централизованные системы водоотведения, а также при малой и средней степени загрязненности сточных вод используют физико-химические методы очистки: механическую очистку, усреднение, напорную реагентную флотацию и др. При необходимости используют доочистку в аэротенках или биологических фильтрах от растворенных органических веществ.

При сбросе сточных вод предприятий пищевой промышленности в водоем или на рельеф используют глубокую аэробную биологическую очистку, нитрификацию, денитрификацию и обеззараживание.

Технологические процессы предприятий пищевой промышленности требуют использования только питьевой воды, что практически исключает повторное использование очищенных сточных вод после соответствующей очистки.

В сельском хозяйстве сточные воды образуются на животноводческих и птицеводческих комплексах. Эти воды содержат большое количество органических загрязняющих веществ, концентрация которых доходит до 10 тысяч , азота (до 1,5 ), фосфора (до 10 ). На птицеводческих комплексах сточные воды образуются только при использовании технологии гидросмыва, которая в настоящее время практически не применяется.

Основной проблемой является образование поднавозных стоков и птичьего помета в больших объемах. Птичий помет (как клеточный, так и подстилочный), не приводящий к образованию сточных вод при хранении, вывозится на полигоны.

В поверхностных и подземных водах, находящихся вблизи животноводческих и птицеводческих комплексов, отмечается наличие нитратов, солей, других вредных элементов, высокая бактериальная обсемененность, в том числе и патогенными микроорганизмами.

2.2.8 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 окрашивании тканей обычно достигается фиксация красителей, равная 90%. Однако при набивке тканей (с использованием химически активных красителей) уровень фиксации может составлять менее 60%, что приводит к попаданию в сточные воды более одной трети химически активного красителя. При отбелке тканей гипохлоритом натрия в сточных водах образуется значительное количество галогенизированных углеводородов. Использование для отбелки тканей водных растворов хлорида и гипохлорита натрия ("жавелевой воды") может привести к появлению в сточных водах диоксинов. Эти вещества образуются в текстильной промышленности при хлорировании технологической воды, содержащей фенол и другие органические соединения, а также в тех технологических процессах, где ионы хлора, брома взаимодействуют с активным углеродом в кислородной среде.

Сточные воды, образующиеся на кожевенных заводах, содержат: хлориды, сульфаты, гидроксид кальция, сульфиды, которые дают токсичный сероводород, соединения хрома (III), белковые вещества (присутствие которых обуславливает 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%.

2.2.9 Сточные воды машиностроительного комплекса

К предприятиям машиностроительного комплекса относят: механические, машиностроительные, автомобильные, машино-, тепловозо- и вагоноремонтные, подшипниковые, авторемонтные, электровозоремонтные заводы, заводы по производству электронного и оптического оборудования, радиозаводы и др. Также следует принимать во внимание автохозяйства, депо и проч.

Технологические процессы предприятий машиностроительного комплекса включают механическую обработку металла; обработку поверхностей, предметов или продукции органическими растворителями; обработку поверхностей металлов и пластмасс с использованием электролитических или химических процессов (в том числе гальваническое производство), травильное производство, литейное производство, пескоструйные установки, моющие установки и др.

Количественный и качественный состав образующихся сточных вод зависит от технологических процессов, используемых в производственном цикле. В основном они содержат взвешенные вещества, нефтепродукты, ПАВ и ионы тяжелых металлов, что особенно характерно для сточных вод гальванического производства, часто включаемого в технологический состав цехов заводов.

Сточные воды большинства предприятий машиностроительной промышленности можно разделить на следующие основные категории:

- условно чистые сточные воды, образующиеся от охлаждения технологического оборудования (50% - 80% общего количества);

- сточные воды, загрязненные механическими примесями и маслами (10% - 15%);

- сточные воды, загрязненные кислотами, щелочами, солями, соединениями хрома, циана и другими химическими веществами (5% - 10%);

- отработавшие СОЖ или эмульсии (до 1%);

- сточные воды, загрязненные пылью вентиляционных систем и горелой землей литейных цехов (10% - 20%);

- поверхностные (ливневые) сточные воды.

Из всех видов сточных вод машиностроительных предприятий наиболее опасными являются сточные воды гальванических цехов; при этом концентрации загрязнений существенно зависят от вида технологического процесса нанесения гальванопокрытий: например, концентрация загрязнений сточных вод промывных ванн после нанесения покрытий не превышает 200 мг/л, а в периодически сбрасываемых сточных водах ванн нанесения покрытий может достигать 100000 мг/л.

Сточные воды гальванических цехов загрязнены различными кислотами (при травлении, обезжиривании, декапировании, электрополировании, анодировании); щелочами и азотной кислотой (при осветлении); цианидами (при латунировании, кадмировании, цинковании, серебрении); медью, никелем, хромом, кадмием, цинком, серебром, оловом (при нанесении металлических покрытий, в зависимости от вида покрытия) и т.п.

В механических цехах сточные воды загрязняются СОЖ, минеральными маслами, мылами, металлической и абразивной пылью и эмульгаторами.

В остальных цехах машиностроительных предприятий (монтажных, испытательных, лакокрасочных и т.п.) сточные воды содержат механические примеси, маслопродукты, кислоты и т.д.

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

2.3.1 Безреагентные методы физико-механической обработки

2.3.1.1 Процеживание

Для улавливания крупных загрязнений и мусора предприятия применяют процеживание, представляющее собой процесс фильтрования воды через сетки и решетки. На большинстве предприятий используют решетки с механизированным и ручным удалением задержанных загрязнений. На рассмотренных предприятиях зазор между прутьями решеток варьируется от 2 мм до 16 мм. На ряде предприятий использование решеток с меньшим зазором позволяет оптимизировать дальнейшую очистку сточных вод за счет размещения решеток с малым зазором (2 - 4 мм) после решеток с большим зазором, что предотвращает переполнение подводящего лотка.

Наряду с традиционными решетками на ряде предприятий используют решетки-дробилки (комминуторы), в которых одновременно с удалением загрязняющих веществ производится их измельчение.

На нескольких предприятиях для улавливания волокнистых загрязнений из сточных вод используют барабанные сетки. На одном из предприятий для улавливания волокнистых загрязняющих веществ перед основными решетками установили решетку с прутьями из круглых стержней, вокруг которых наматываются волокна и нитки, образуя клубки. При этом стержневая решетка периодически поднимается вверх, стержни проходят через отверстия для снятия клубков; клубки попадают в поток сточных вод, направляемый на рабочую решетку, где и задерживаются.

2.3.1.2 Отстаивание

Для выделения взвешенных загрязнений на большинстве предприятий применяют отстаивание - процесс выделения в отстойниках взвешенных загрязнений под действием гравитационных сил за счет разности плотностей загрязнений и воды; на ряде предприятий при малых объемах образования сточных вод отстойники могут выполнять функции усреднителей.

На предприятиях используют горизонтальные, радиальные и вертикальные отстойники, отличающиеся направлением потока очищаемой воды. Горизонтальные и радиальные отстойники применяют при больших расходах воды. При этом горизонтальные отстойники при равной пропускной способности характеризуются меньшей эффективностью очистки в сравнении с радиальными за счет меньшей длины водосливной кромки; их используют в тех случаях, когда их компактность является неоспоримым преимуществом. Вертикальные отстойники, ограниченные величиной расхода до 1000 , чаще всего применяют при выделении аморфных гидроксидных осадков, не поддающихся транспортированию скребками. При необходимости выделения мелкодисперсных загрязнений перед отстаиванием применяют коагулирование и флокулирование. В этом случае конструкция отстойника иногда включает камеру хлопьеобразования.

Для удаления песка и крупнодисперсных загрязнений используют песколовки.

На ряде предприятий используют большое количество конструктивных разновидностей тонкослойных отстойников, особенностью которых является деление объема отстаивания параллельными пластинами на отдельные ярусы, в которых процесс выделения загрязнений вследствие малой высоты отстаивания протекает значительно быстрее. На ряде предприятий тонкослойными модулями-блоками оборудуют существующие отстойные сооружения, что повышает эффективность очистки и увеличивает ее производительность.

Отстойники рассчитывают на выделение частиц загрязнений определенной гидравлической крупности, являющейся, по существу, скоростью (мм/с) осаждения частиц, выделение которых обеспечивает требуемый эффект очистки.

2.3.1.3 Гидроциклонирование

Для выделения взвешенных загрязнений отдельные предприятия применяют гидроциклонирование, представляющее собой процесс выделения взвешенных загрязнений во вращающемся потоке, образованном тангенциальным впуском исходной воды, в цилиндрический корпус аппарата. На предприятиях используют открытые безнапорные и напорные гидроциклоны.

В безнапорных гидроциклонах процесс выделения загрязнений происходит под действием гравитационных сил; центробежные силы малы и на процесс практически не влияют. Однако вращательное движение потока способствует агломерации взвесей, что ускоряет процесс их выделения. При очистке воды с расходом до 50 - 150  несколько предприятий применяют открытые гидроциклоны с внутренним цилиндром, при больших расходах воды - многоярусные гидроциклоны, в конструкции которых одновременно применяется принцип тонкослойного отстаивания. Открытые и многоярусные гидроциклоны на отдельных предприятиях применяют для выделения скоагулированных и сфлокулированных загрязнений.

В напорных гидроциклонах процесс выделения взвесей протекает под действием центробежных сил; при этом в аппаратах малых диаметров эти силы могут превосходить гравитационные в сотни и тысячи раз. Однако при уменьшении диаметра сокращается производительность одного аппарата, поэтому на ряде предприятий для обеспечения обработки большого количества воды гидроциклоны малых размеров (диаметром 40 - 100 мм) объединяют в блоки с целью повышения компактности установки. При значительных уменьшениях диаметра аппарата может наблюдаться снижение эффективности выделения механических загрязнений вследствие сокращения продолжительности пребывания воды в его объеме.

Несколько предприятий применяют напорные гидроциклоны при локальной очистке сточных вод для снижения потерь применяемого сырья и производимого продукта. Кроме того, на отдельных предприятиях напорные гидроциклоны используют для сгущения осадков перед их обезвоживанием, а также для предупреждения абразивного износа применяемых при этом шнековых центрифуг.

2.3.1.4 Центрифугирование

Для выделения взвешенных загрязнений на ряде предприятий применяют центрифугирование, представляющее собой процесс выделения загрязнений в поле центробежных сил, возникающих в центрифуге при вращении ротора. Центробежные силы могут превышать гравитационные в 100 - 3000 раз и более. Отдельные предприятия используют центрифуги для очистки сточных вод при ориентировочных расходах 1 - 200 .

На ряде предприятий центрифуги успешно используют в схемах локальной очистки для удаления взвешенных мелкодисперсных загрязнений ( < 0,2 мм/с). Наибольшее распространение имеют шнековые центрифуги, несколько реже предприятия используют маятниковые центрифуги. При использовании шнековых центрифуг для предупреждения абразивного износа шнека на ряде предприятий водную суспензию пропускают через напорные гидроциклоны для выделения крупнодисперсных минеральных взвесей. Центрифугирование применяют на предприятиях главным образом для обработки осадка, выделенного на очистных сооружениях.

2.3.1.5 Флотационные методы очистки воды

Для очистки сточных вод от жидких (масел, нефтепродуктов и проч.) и иных загрязнений многие предприятия применяют флотационные методы, основанные на выделении из жидкости веществ с помощью диспергированного воздуха. Кинетику процесса флотации определяют физико-химические характеристики твердых или жидких частиц, в том числе смачиваемость поверхности загрязняющих веществ, способность адсорбироваться на поверхности пузырьков воздуха (газа), возможность образовывать с реагентами устойчивые гидрофобные соединения, а также поверхностное натяжение жидкой фазы (воды). Эффективность флотации определяется не только свойствами извлекаемых частиц, твердых и жидких загрязнений (масла, нефтепродукты, жиры, СПАВ и проч.), применяемых реагентов, но и гидравлической характеристикой аппаратов (флотокамер).

На большинстве предприятий при очистке сточных вод применяют напорную, импеллерную флотацию и электрофлотацию, использование которых зависит от объема поступающих сточных вод, исходного качества загрязнений, а также необходимой степени очистки.

Образующийся в процессе флотационной очистки воды поверхностный продукт (флотопена), содержащий выделенные загрязнения и часто полезные компоненты, например нефтепродукты, жиры и т.д., несколько предприятий направляют на утилизацию. Выделившийся во флотаторе донный осадок несколько предприятий также направляют на обработку.

Для интенсификации и повышения эффективности очистки воды процесс флотации на ряде предприятий используют в сочетании с реагентами (коагуляция, флокуляция), поскольку при этом обеспечивается высокий эффект очистки и сокращаются потери воды с отводимыми выделенными загрязнениями (в виде пены) в сравнении с процессом отстаивания.

2.3.1.6 Фильтрование

Для глубокой очистки воды от загрязнений большинство предприятий используют фильтрование, представляющее собой процесс улавливания загрязнений в пористой среде, которая может быть образована зернистыми минеральными, искусственными полимерными и волокнистыми материалами. Процесс очистки происходит за счет адгезии загрязнений к поверхности загрузки, а также вследствие их механического улавливания в ее порах.

В качестве зернистых загрузок несколько предприятий используют песок, керамзит, цеолит, гравий, горелые породы, антрацит и проч.; многие предприятия используют искусственные загрузки (полистирол, пенополиуретан, волокнистые отходы синтетических волокон).

На ряде предприятий, очистные сооружения которых оборудованы в последнее десятилетие, предусмотрена регенерация искусственных материалов, использованных в качестве загрузок. От эффективной регенерации фильтровальных загрузок зависит эффективность и продолжительность использования загрузки. На нескольких предприятиях зернистые фильтры дооснащали узлом интенсивной регенерации.

На рассмотренных предприятиях фильтры работают при подаче на них сточных вод как под давлением, так и без него. В первом случае они имеют герметичный корпус. Особую роль в конструкции фильтра играет дренажная система, через которую отводится очищенная в фильтре вода.

2.3.1.7 Магнитная сепарация

Для безреагентной очистки сточных вод отдельные предприятия используют высокоградиентные магнитные сепараторы. Для очистки сточных вод, образующихся, например, при производстве стали и проката, механической обработке металлов, подпитке котлов и тонкой очистке конденсата и содержащих ферромагнитные или парамагнитные вещества, используют электромагниты либо постоянные магниты.

2.3.2 Физико-химические методы

Для удаления из сточных вод коллоидных и растворенных загрязнений, исходя из свойств удаляемых веществ, характеристик обрабатываемых сточных вод, технико-экономических соображений, а также местных условий, большинство предприятий применяют физико-химические методы.

Физико-химические методы подразделяют на регенеративные и деструктивные.

Регенеративные методы основаны на применении химических, физических и физико-химических процессов, в которых удаляемое вещество извлекается из воды без изменения структуры, свойств и химического состава с целью дальнейшего использования. К ним относят коагулирование, флокулирование с отстаиванием и флотацией, редко - с фильтрованием, а также ионообменное извлечение и концентрирование, мембранные методы извлечения и концентрирования, адсорбцию, экстракцию, отгонку, отдувку с поглощением (дегазацию), отгонку с паром (эвапорацию), ректификацию, кристаллизацию и др.

Деструктивные методы базируются на химических и физико-химических процессах, в результате которых удаляемые вещества претерпевают изменения, превращаясь в другие соединения или вещества, часто переходящие в иное фазовое состояние. К ним относят нейтрализацию кислот и оснований; химическое осаждение загрязняющих воду веществ в виде труднорастворимых соединений; электрохимическое и гальванохимическое осаждение; химическое окисление; электрохимическое окисление; жидкофазное окисление; сжигание; химическое восстановление; электрохимическое и гальванохимическое восстановление.

2.3.2.1 Регенеративные методы очистки сточных вод

2.3.2.1.1 Адсорбция

Для глубокой очистки и доочистки сточных вод от неполярных и полярных, малодиссоциированных органических соединений (алифатических, ароматических, алициклических углеводородов, их галогенпроизводных и нитропроизводных, синтетических красителей, СПАВ, фенолов, аминов, пестицидов, высших жирных и ароматических кислот) при исходных концентрациях извлекаемых веществ <15 мг/л многие предприятия применяют адсорбцию. На ряде предприятий адсорбция применяется при наличии в сточных водах механических примесей с концентрациями более 5 мг/л, что приводит к резкому сокращению сорбционной емкости адсорбционных фильтров вследствие сорбции механических загрязнений. Это значительно сокращает срок эксплуатации сорбционной загрузки.

Адсорбция, выполняемая на конечных стадиях очистки, обеспечивает высокое качество очищенной воды, соответствующее требованиям выпуска ее в водоемы рыбохозяйственного назначения.

2.3.2.1.2 Ионный обмен

Для очистки сточных вод от ионов металлов (в том числе тяжелых), анионов минеральных и органических кислот с их концентрированием и утилизацией или обезвреживанием деструктивными методами, а также для умягчения и обессоливания воды при исходном солесодержании менее 3000 мг/л на ряде предприятий применяют технологии ионного обмена.

2.3.2.1.3 Дегазация

Для удаления из сточных вод растворенных кислых (, , , , ) и щелочных (, , ) газов ряд предприятий (преимущественно химической промышленности) применяют дегазацию (отдувку воздухом, инертными газами или паром) с использованием реагентов (химический метод) или с нагреванием и вакуумированием (физико-химический метод) и продувкой воздухом в барботажных или насадочных аппаратах. При низких концентрациях газов в воде, нецелесообразности или невозможности их утилизации, а также при условии, что продукты обработки реагентами не препятствуют дальнейшей очистке или использованию сточных вод, отдельные предприятия применяют химические методы дегазации.

2.3.2.1.4 Мембранные методы

На многих предприятиях для очистки сточных вод применяют мембранные методы, к которым относятся ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос.

Ультрафильтрацию применяют для удаления из воды взвешенных веществ, органических веществ, коллоидных частиц нефтепродуктов, а также снижения мутности, окисляемости и т.д. При этом применяют аппараты с мембранами с внутренней поверхностью фильтрования. Установки ультрафильтрации могут быть собраны на основе трубчатых синтетических, керамических элементов, рулонных элементов или полых волокон. На отдельных предприятиях ультрафильтрацию применяют в биологических процессах очистки сточных вод, при этом используют блоки мембран, погруженных в объем аэрированной воды.

На отдельных предприятиях для очистки предварительно отфильтрованных сточных вод (обычно с микрофильтрацией) применяют нанофильтрацию, обеспечивающую удаление из воды многозарядных ионов и молекул размером 0,01 - 0,001, молекул органических веществ массой более 200 а.е.м. и вирусов. Селективность при очистке воды от тяжелых металлов и солей жесткости составляет 98% - 99%, при удалении однозарядных ионов порядка 50%.

Обратный осмос отдельные предприятия применяют при обессоливании для выделения и концентрирования ионов минеральных солей (в том числе ионов тяжелых металлов) и низкомолекулярных органических веществ при исходных концентрациях от 2 - 5 до 20 - 35 г/л. Установки обратного осмоса обеспечивают возможность очистки воды одновременно от растворимых неорганических (ионных) и органических загрязняющих примесей, высокомолекулярных соединений, взвешенных веществ, вирусов, бактерий и других вредных примесей.

Мембранные технологии могут обеспечивать наивысшую степень очистки воды, удаляя из нее не только привнесенные загрязнения, но и растворенные вещества, приближая качество воды к дистилляту.

2.3.2.1.5 Электродиализ

Для обессоливания, а также для выделения из сточных вод кислот, щелочей и других ионизированных веществ при переработке и регенерации отработанных технологических растворов с целью их утилизации несколько предприятий применяют электродиализ при исходном солесодержании 2500 - 15000 мг/л.

2.3.2.1.6 Отгонка с паром (эвапорация)

На отдельных предприятиях при небольших сбросах концентрированных сточных вод, содержащих фенолы, амины, анилин и его производные, а также аммиак, несколько предприятий (преимущественно химической промышленности) применяют эвапорацию, основанную на отгонке летучих веществ с водяным паром с последующей их конденсацией или поглощением специальными поглотителями и утилизацией концентрированных растворов. Область применения метода - вещества, образующие с водяным паром смеси, кипящие при температуре ниже 100°C. На ряде предприятий эффективность метода достигает 85% - 95% в зависимости от исходной концентрации удаляемых веществ.

2.3.2.1.7 Ректификация

При небольших сбросах концентрированных сточных вод, содержащих органические вещества и растворенные органические жидкости, отдельные предприятия, преимущественно химической промышленности, применяют ректификацию (азеотропную или в присутствии перегретого водяного пара). При этом установки перегонки и ректификации сточных вод, как правило, входят в состав технологических схем основных производств, а выделенные из сточных вод вещества обычно используют на этих же производствах.

2.3.2.1.8 Кристаллизация

Для регенерации отработанных травильных растворов путем выделения солей соответствующих металлов из пересыщенных растворов после частичного испарения воды на отдельных предприятиях применяют кристаллизацию. При этом полученные кристаллы солей отделяют от жидкой фазы фильтрованием или центрифугированием, а регенерированные растворы возвращают в производство.

2.3.2.1.9 Экстракция

Для очистки небольших сбросов концентрированных сточных вод от органических примесей (летучих и нелетучих фенолов, нефтепродуктов, пестицидов) на отдельных предприятиях применяют экстракционный метод. Его применяют при значительных концентрациях извлекаемых веществ или высокой их товарной ценности, а также при обработке сточных вод, содержащих высокотоксичные вещества, когда неприемлемы либо неосуществимы другие известные методы. Область применения - извлекаемые вещества с исходными концентрациями 2000 - 30000 мг/л. В связи с высокими остаточными концентрациями извлекаемых веществ (300 - 800 мг/л) и экстрагента сточные воды после извлечения основного количества вещества подвергают доочистке другими методами.

2.3.2.2 Деструктивные методы очистки сточных вод

2.3.2.2.1 Нейтрализация

Если в промышленных сточных водах присутствуют свободные кислоты или основания, обуславливающие кислую (pH < 7) или щелочную (pH > 7) реакцию среды, то многие предприятия применяют нейтрализацию, поскольку отведение сточных вод в водоемы и в системы канализации недопустимо, если величина pH их ниже 6,5 (кислая вода) или выше 8,5 (щелочная вода). Кроме того, регулирование pH используют при обработке воды методами коагуляции и флокуляции при осаждении, окислении, восстановлении.

2.3.2.2.2 Нейтрализация кислых сточных вод

Кислая среда сточных вод (повышенная концентрация -ионов) обусловлена присутствием в них свободных минеральных (серная, соляная, азотная, ортофосфорная, фтористоводородная и др.) и (в меньшей степени) органических кислот. Кроме того, нейтрализация таких сточных вод необходима для предотвращения коррозии трубопроводов и канализационных сооружений. В зависимости от местных условий при очистке сточных вод предприятия применяют следующие способы нейтрализации кислых сточных вод:

- взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод при их смешении;

- нейтрализация щелочными реагентами: едкий натр, кальцинированная сода, гидроксид кальция (известь), карбонат кальция (известняк, доломит);

- нейтрализация отходами производства, например карбидный шлам ацетиленовых станций, шламы от установок химического умягчения воды и др.;

- нейтрализация фильтрованием через нейтрализующие материалы: известняк - , доломит - , магнезит - .

2.3.2.2.3 Нейтрализация щелочных сточных вод

Щелочная среда сточных вод (повышенная концентрация -ионов) обусловлена присутствием в них свободных едких щелочей (едкий натр, едкое кали), оснований щелочноземельных металлов (гидроксиды кальция, магния, бария) карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов, аммиака. Щелочные сточные воды перед отведением в водоем или канализацию предприятия подвергают нейтрализации не только для соблюдения условий спуска сточных вод в водные объекты и на сооружения биологической очистки, но и для предотвращения разрушения бетонов и снижения интенсивности карбонатных отложений в трубопроводах.

В зависимости от местных условий при очистке сточных вод предприятия применяют следующие способы нейтрализации щелочных сточных вод:

- взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод при их смешении (если таковые имеются на предприятии, производстве);

- нейтрализация минеральными кислотами (серная, соляная, азотная);

- нейтрализация воздуха при длительном выдерживании их в открытых бассейнах или аэрированием воздухом;

- нейтрализация диоксидом углерода или воздуха в пенных аппаратах или скрубберах; ограничение - повышенная кальциевая жесткость (>0,7 мг-э/л);

- нейтрализация топочными газами котельных, ТЭЦ в пенных аппаратах или скрубберах; ограничение - повышенная кальциевая жесткость (>0,12 мг-э/л) при наличии в газах , .

2.3.2.2.4 Химическое осаждение

Для удаления из сточных вод ионов тяжелых (Fe, Cu, Zn, Ni, Sn, Pb, Hg, , Cd и др.) и легких (Al, Ti, Be) металлов, например в гальванических производствах, большинство предприятий применяют способ выделения этих веществ в виде труднорастворимых соединений при определенных значениях pH; их удаление основано на образовании труднорастворимых гидроксидов, карбонатов, основных солей при обработке воды щелочными реагентами с учетом пределов растворимости труднорастворимых соединений, требований к остаточным концентрациям удаляемых веществ, количества образующихся осадков.

Для удаления из сточных вод сульфатов, сульфитов, сульфидов, фосфатов, фторидов, арсенатов многие предприятия применяют их перевод в труднорастворимые соединения с помощью солей кальция, железа и алюминия с учетом требований к качеству очищенной воды по остаточным концентрациям удаляемых веществ.

Для удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов, фторидов, фосфатов, хроматов на многих предприятиях применяют электрохимическое и гальванохимическое осаждение.

2.3.2.2.5 Окислительные и восстановительные методы

Для деструкции токсичных минеральных и органических веществ с превращением их в малотоксичные или нетоксичные соединения (во многих случаях - и ) многие предприятия применяют окислительные методы, включающие:

- окисление активным хлором (применяют на многих предприятиях для деструкции цианидов, фенолов, роданидов, сернистых соединений);

- окисление озоном (применяют на отдельных предприятиях для деструкции цианидов, роданидов, фенолов, нитритов, СПАВ, пестицидов, альдегидов, лигнинов, сернистых соединений);

- окисление пероксидом водорода (применяют на ряде предприятий для деструкции цианидов, роданидов, красителей, СПАВ);

- окисление кислородом на катализаторах (применяют на нескольких предприятиях для деструкции цианидов, роданидов, сульфидов, меркаптанов);

- окисление перманганатом калия (применяют на ряде предприятий для деструкции цианидов, роданидов, неионогенных СПАВ);

- электрохимическое окисление на аноде (применяют на отдельных предприятиях для обезвреживания незначительных объемов концентрированных сточных вод от цианидов, роданидов, красителей и других органических соединений);

- жидкофазное окисление, сжигание в циклонных печах, в печах с псевдоожиженным слоем (применяют на нескольких предприятиях для обезвреживания незначительных объемов высококонцентрированных сточных вод, загрязненных различными органическими веществами).

Для перевода некоторых токсичных веществ в соединения, более легко удаляемые из воды осаждением или в виде газообразных продуктов, многие предприятия применяют восстановительные методы.

Для очистки хромсодержащих сточных вод на большинстве предприятий применяют реагентное восстановление соединений . При этом восстанавливается в с последующим осаждением его в виде труднорастворимых гидроксидов при определенном значении pH. В качестве восстановителя применяют сульфит и бисульфит натрия, соли , гидразин.

Для обработки относительно концентрированных сточных вод, содержащих нитриты, отдельные предприятия применяют реагентное восстановление нитритов с превращением их в молекулярный азот. В качестве восстановителей используют , мочевину, сульфаминовую кислоту и др. Применение метода ограничивается созданием кислой среды в начале процесса ( < 3).

Для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, включая , отдельные предприятия применяют электрохимическое восстановление, основанное на электролизе сточных вод с использованием стальных или алюминиевых анодов, подвергающихся электролитическому растворению. Процесс аналогичен обработке сточных вод солями железа и алюминия, однако при его реализации не происходит обогащения воды сульфатами и хлоридами. Для электрохимического восстановления предприятия используют различные виды катодов: пористые; объемно-насыпные проточные, плоские пластины с инертной загрузкой.

2.3.2.3 Коагуляция, флокуляция (подготовка сточных вод к очистке)

Для интенсификации извлечения из воды веществ, не удаляемых безреагентными механическими методами (отстаиванием, флотацией, фильтрованием), на большинстве предприятий применяют коагуляцию и флокуляцию. При этом к коллоидным и тонкодисперсным веществам относятся частицы крупностью менее 100 мкм (органические гидрофобные загрязнения (нефтепродукты, масла, жиры), гидрофильные органические вещества (целлюлоза, красители, белки, лигнин), минеральные вещества (глинистые частицы, окислы различных металлов).

Для извлечения из сточных вод растворенных органических и минеральных соединений (анионные и катионные красители, анионные и катионные ПАВ, фосфаты, сульфаты, катионы и комплексные анионы тяжелых металлов и т.д.), которые могут вступать в химическое взаимодействие с коагулянтами и флокулянтами с образованием нерастворимых соединений, на многих предприятиях применяют химическое осаждение с использованием коагулянтов и флокулянтов. Химическое осаждение предприятия обычно применяют как отдельный метод очистки, так как в качестве реагентов могут использоваться разработанные и рекомендуемые в настоящее время новые вещества, а не только коагулянты и флокулянты известных марок.

Предприятия используют для очистки сточных вод неорганические (соли алюминия и железа) и органические (водорастворимые заряженные низкомолекулярные полимеры - полиэлектролиты) коагулянты.

При добавлении коагулянтов агрегация частиц происходит за счет снижения заряда коллоидных и тонкодисперсных частиц противоположно заряженными ионами коагулянта, что приводит к потере кинетической устойчивости частиц. При использовании минеральных коагулянтов процесс агрегации ускоряется за счет адсорбции коллоидных и мелкодисперсных частиц продуктами гидролиза коагулянтов.

При добавлении органических флокулянтов агрегация коллоидных и мелкодисперсных частиц в крупные хлопья происходит в результате адсорбции макромолекул флокулянта одновременно на нескольких частицах и связывания их полимерными мостиками.

В зависимости от назначения сооружения и способа перемешивания для коагуляционной очистки воды предприятия используют следующие сооружения: гидравлические и механические смесители для смешения раствора реагента с обрабатываемой водой; гидравлические и механические камеры хлопьеобразования для агрегации частиц в хлопья крупного размера. При этом реагентное хозяйство включает растворные баки с пневматическим (сжатым воздухом) или механическим перемешиванием для растворения коагулянтов, флокулянтов и вспомогательных реагентов, а также расходные баки с пневматическим или механическим перемешиванием для дозирования приготовленных растворов коагулянта или флокулянта и вспомогательных реагентов насосами-дозаторами на сооружения очистки в узлы смешения растворов реагентов с потоком сточных вод в камере реакции и в камере хлопьеобразования.

2.3.3 Биологическая очистка сточных вод

При соотношении БПК/ХПК более 0,35, pH = 6 - 8, температуре воды 8°C - 37°C и концентрации грубодисперсных примесей до 150 - 2000 мг/л большинство предприятий применяют биологическую очистку.

Биологическую очистку в естественных условиях (для очистки сравнительно небольших количеств сточных вод, а также для их доочистки) многие предприятия осуществляют на полях фильтрации, в фильтрующих траншеях, фильтрующих колодцах, а также в биологических прудах с высшей водной растительностью и без нее и окислительных каналах, где развиваются микроорганизмы, участвующие в самоочищении природных водоемов (рек и озер).

Биологическую очистку сточных вод в искусственных условиях многие предприятия осуществляют на биологических очистных сооружениях, включающих в себя биофильтры, аэротенки различных модификаций с подачей воздуха, а также анаэробные реакторы.

Проведение дополнительной очистки биохимически очищенных сточных вод многие предприятия осуществляют с помощью биологических прудов (рассчитанных на продолжительность пребывания в них воды от 2 до 17 сут, а в ряде случаев и более).

В биофильтрах очистку воды осуществляют прикрепленной микрофлорой, развивающейся на поверхности загрузки. В роторных биофильтрах, биотенках, биосорберах микроорганизмы развиваются и удерживаются инертной насадкой из пластмасс, песка или активированного угля.

При необходимости глубокого удаления биогенных элементов азота и фосфора большинство предприятий применяют процессы нитрификации (окисление аммонийного азота до нитритов и нитратов) и денитрификации (восстановления окисленных форм азота нитритов и нитратов до газообразного азота).

Более глубокого удаления фосфора отдельные предприятия достигают при применении биореагентного способа. При очистке концентрированных (по БПК) сточных вод для предварительной обработки на нескольких предприятиях применяют анаэробный метод, используя метантенки.

Для отделения от воды избыточной биомассы, образующейся в процессах биологической очистки, большинство предприятий используют вторичные отстойники или илоотделители, входящие в состав биологических сооружений вместе с биофильтрами и аэротенками.

Для доочистки сточных вод после биологической очистки большинство предприятий используют зернистые фильтры, иногда фильтры с синтетической загрузкой. Наиболее глубокую доочистку до норм рыбохозяйственных водоемов отдельные предприятия осуществляют на биосорберах с биологической регенерацией активированного угля.

Большинство предприятий нефтеперерабатывающей промышленности проводят биохимическую очистку сточных вод производственной канализационной системы как отдельно, так и вместе с бытовыми сточными водами завода и заводского поселка, прошедшими предварительную механическую очистку. Биохимическую очистку осуществляют по одноступенчатой и двухступенчатой схемам. При двухступенчатой схеме допускается подача сточных вод с более высоким содержанием сульфидов и более высоким БПК.

Отдельные предприятия при биологической очистке сточных вод используют ультрафильтрационные блоки мембран (МБР) из полого волокна с внешней поверхностью фильтрования, которые погружают в аэрируемый объем воды, при этом вторичные отстойники не применяют. Данный подход позволяет достичь высокой степени очистки воды.

2.3.4 Обеззараживание сточных вод

Для уничтожения содержащихся в них патогенных микробов и устранения опасности заражения водоема этими микробами при спуске в него очищенных сточных вод на многих предприятиях применяют обеззараживание (дезинфекцию) сточных вод следующими методами:

- химические (преимущественно применение различных соединений хлора, озона);

- физические (термические, с применением ультразвуковой обработки, ультрафиолетового излучения);

- обеззараживание сточных вод в условиях искусственных и естественных биоценозов.

Из физических методов обеззараживания большинство предприятий применяют ультрафиолетовый (УФ) метод обработки, требующий в два раза меньше капиталовложений и в пять раз меньше эксплуатационных затрат по сравнению с озонированием.

Отдельные предприятия применяют ультразвуковую обработку сточных вод как для их обеззараживания, так и для предотвращения бактериологического поражения технологических жидкостей на водной основе, что позволяет исключить применение в технологическом процессе специальных бактерицидных препаратов.

2.3.5 Обезвоживание осадков сточных вод

Из множества методов обезвоживания осадков сточных вод предприятия выбирают подходящие, исходя из свойств осадков и местных условий.

Для уменьшения объема осадков, образующихся при очистке сточных вод (избыточного активного ила, осадков первичного отстаивания, шламов после физико-химической обработки и т.п.), большинство предприятий применяют их механическое обезвоживание с помощью декантерных центрифуг, позволяющих достичь снижения влажности осадка до 70% - 75%, применяя предварительное кондиционирование осадков с помощью реагентов для облегчения разделения фаз.

Большинство предприятий применяют ленточные фильтр-прессы, в которых процесс фильтрования происходит при предварительной флокуляционной обработке полиэлектролитами прессованием между двумя лентами фильтроткани.

На ряде предприятий используют камерные фильтр-прессы, на которых, в отличие от ленточных фильтр-прессов, весь осадок подвергается обезвоживанию, т.е. отсутствует возможность слива осадка. Отдельные предприятия применяют мембранный фильтр-пресс, который является усовершенствованным вариантом камерного фильтр-пресса.

Для обезвоживания активного ила, обработанного раствором флокулянта осадков с концентрацией взвешенных частиц 2000 - 35000 мг/л, на многих предприятиях применяют шнековые прессы, при этом осадок обезвоживается до влажности 81% и менее.

Для уплотнения, прессования и передачи в накопительную емкость или на транспортер отбросов, снимаемых с канализационных устройств, отдельные предприятия используют винтовые отжимные прессы.

На нескольких предприятиях применяют обезвоживание осадков с помощью мешочных вакуум-фильтров.

На ряде предприятий (преимущественно на обогатительных фабриках горнорудной, угольной и металлургической промышленности) используют дисковые вакуумные фильтры.

На отдельных предприятиях применяют технологию глубокого обезвоживания осадков, сформированную на основе поршневого насоса, которая объединяет в себе преимущества камерного пресс-фильтра и высокий уровень автоматизации центрифуг.

Механическое обезвоживание осадков, основанное на принципах фильтрования или центрифугирования, требует их предварительного кондиционирования посредством введения минеральных реагентов (коагулянтов/флокулянтов) и (или) синтетических полимеров.

Многие предприятия применяют обезвоживание осадков на иловых площадках.

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

При рассмотрении основных загрязняющих веществ следует учитывать сноску на странице 3.

2.4.1 Очистка от взвешенных веществ

В сточных водах практически всех рассматриваемых предприятий содержатся взвешенные минеральные и органические загрязнения.

Для очистки сточных вод от взвешенных веществ большинство предприятий применяют механические методы с коагулированием и флокулированием и без: 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 загрязняющие 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. Для интенсификации удаления плавающих загрязнений (нефтепродуктов, масел, жиров и проч.) отдельные предприятия применяют скиммеры различной конструкции.

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 слой отстаивания составляет 70 - 100 мм, что значительно меньше слоя в традиционных отстойниках.

Многие предприятия для увеличения эффекта очистки на существующих отстойниках дооборудуют отстойники тонкослойными блоками.

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.

На ряде предприятий, например на заводах черной металлургии, сточные воды очищают от взвешенных загрязняющих веществ в открытых гидроциклонах, работающих с применением флокулянта.

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.

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

Фильтровальные сооружения многие предприятия используют как самостоятельное сооружение в качестве второй и третьей ступеней осветления в схеме с отстойниками или флотаторами.

Для повышения эффекта механической очистки сточных вод многие предприятия используют реагенты, т.е. 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-процентной степени очистки сточных вод от взвешенных веществ с одновременным снижением ХПК от 30% до 89% в зависимости от начальной величины.

Для очистки сточных вод окрасочных производств на ряде предприятий используют сульфат или хлорид алюминия в дозах 50 - 100 мг/л, 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/л в общем потоке сточных вод), отдельные предприятия отрасли в качестве реагента используют сульфат закисного железа, а также сульфат алюминия совместно с флокулянтами с последующим отстаиванием. При этом достигают степени очистки сточной воды 70% - 85% при исходном содержании взвеси 1895 мг/л. При использовании железного купороса дозой 0,8 - 1,5 г/л концентрация сульфидов снижается с 106 до 15 - 20 мг/л.

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. Эффект очистки достигает 99,8%.

2.4.2 Очистка сточных вод от минеральных масел и нефтепродуктов

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

Для моющих и обезжиривающих растворов, имеющих концентрацию эмульгированных масел до 7 г/л, 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/л, взвешенных веществ - до 20 мг/л. Третья ступень предусматривает использование сепараторов или фильтров, что позволяет снизить содержание масел до менее чем 5 мг/л и использовать воду в оборотном водоснабжении. Недостатком метода является образование значительного количества трудно обезвоживаемого осадка и его утилизации.

На ряде предприятий отработанные СОЖ с концентрацией эмульгированных масел до 10 - 25 г/л подвергают локальной очистке с помощью реагентно-флотационного, реагентно-сепарационного, электрокоагуляционного методов, предварительно удалив основной объем масел.

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

На ряде предприятий при реагентно-флотационной очистке используют сернокислый алюминий дозой 0,15 - 3 г/л. После такой очистки содержание масел в сточных водах снижается до 10 - 100 мг/л 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/л.

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

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:

- 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 от 50 до 150 мг/л нефтепродуктов. Применение тонкослойных полочных нефтеловушек позволяет снизить содержание нефтепродуктов в сточной воде до 50 - 80 мг/л. Доведение количества нефтепродуктов в сточных водах до 20 - 30 мг/л обеспечивается реагентной флотацией. Для механической очистки воды на ряде новых предприятий вместо песколовок применяют открытые безнапорные гидроциклоны;

- физико-химическая очистка от коллоидных частиц, обезвреживание сточных вод 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 , и флокулянтов. Вместо минеральных коагулянтов на отдельных предприятиях используют катионные органические полиэлектролиты. Содержание нефтепродуктов снижается до 20 - 30 мг/л;

- биологическая очистка от органических примесей;

- доочистка биологически очищенных сточных вод.

На большинстве предприятий сточные воды после мойки автомашин, содержащие взвешенные вещества и нефтепродукты, проходят решетку и поступают к сооружениям грубой очистки; тонкую очистку на многих предприятиях производят флотацией, после чего вода подается на зернистые фильтры доочистки. Концентрация нефтепродуктов в очищенной воде составляет 2 - 5 мг/л, она возвращается в процесс мойки автомашин.

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

Информация, поступившая от ряда НПЗ, показывает, что использование фильтрования после флотации позволяет сократить концентрацию нефтепродуктов до 1 - 2  с одновременным сокращением содержания органики. В сточных водах второй канализационной системы нефтеперерабатывающих заводов содержание нефтепродуктов снижается до 20-30  после флотации; этих вод в среднем составляет 160 , ХПК - 400 .

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. Концентрации фенолов в производственных сточных водах могут быть значительными: например, в сточных водах ряда рассмотренных нефтехимических предприятий они составили до 15 - 17 г/л.

Большинство предприятий осуществляют очистку фенолсодержащих сточных вод сначала механическими методами для удаления грубодисперсных взвешенных загрязнений, затем физико-химическими и химическими методами для разрушения комплексов и удаления мелкодисперсных фенолсодержащих загрязнений. Более глубокую очистку предприятия производят 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/л 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 и экстракция, позволяет снизить концентрацию смол до 3 - 4 г/л и обеспечить утилизацию извлекаемых фенолов (для последующего производства смол, дубителей и других продуктов).

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 , и , которые повышают pH воды (), способствуя диссоциации фенолов и прекращению их отгонки в таком состоянии, или понижают pH (, ), 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 является 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. Сорбентами, используемыми для адсорбции сточных вод, могут служить активные угли, кокс, зола, шлаки и др. После насыщения уголь регенерируют при 70°C бензолом, а фенольно-бензольный раствор обрабатывают щелочью; очищенный бензол вновь используют в процессе. Из регенерированного угля бензол отгоняют водяным паром, а уголь снова используют для очистки воды. После 15 циклов адсорбции-десорбции уголь подвергают термической регенерации при 800°C без доступа воздуха.

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 фенолразрушающих бактерий, на второй - от роданидов и цианидов с помощью роданразрушающих бактерий, на третьей производят окончательную доочистку сточных вод.

2.4.4 Удаление из сточных вод солей 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/л ионов меди и 40 - 45 мг/л ионов цинка. Сточные воды машиностроительных заводов могут содержать хром и медь в концентрации до 400 - 500 мг/л, а никеля - в концентрации в несколько десятков миллиграммов на литр.

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 может оказаться недостаточно, вследствие чего потребуется проведение доочистки, что усложнит и повысит стоимость сооружений, а также может привести к образованию больших объемов высоковлажных 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 осуществляют твердофазными отходами деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Отдельные предприятия используют в качестве сорбентов поликремниевые кислоты, входящие в состав шлаков, шламов и других отходов производства.

В целях повышения сорбционных свойств используемые материалы подвергают различного рода модификациям, например, на ряде предприятий используют кислотную активацию минеральных сорбентов.

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 переводятся в щелочной среде, создаваемой загрузкой, в гидроксиды, которые закрепляются и удерживаются на поверхности гранул. При ухудшении сорбционной способности керамического фильтрующего гранулированного материала производится его регенерация. Достоинствами этой технологии являются низкие капитальные и эксплуатационные расходы, очистка гальваностоков до установленных норм ПДК с возможной организацией оборотного водоснабжения и очистка гальваностоков от всех тяжелых металлов в одной сорбционной колонне.

При электрохимической очистке сточных вод от соединений 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. Недостатком метода является 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 - сульфат () и гидросульфит (). На отдельных предприятиях используют гидроксиды кальция и натрия, карбонат натрия, сульфиды натрия, различные отходы, например феррохромовый шлак, который содержит CaO (51,3%), MgO (9,2%), (27,4%), (4,13%), (7,2%), FeO (0,73%).

Очистка сточных вод щелочными реагентами позволяет снизить содержание тяжелых металлов до ПДК водоемов санитарно-бытового пользования. Однако при прямом сбросе сточных вод в рыбохозяйственные водоемы очистка щелочными реагентами не дает необходимого эффекта и требуется более глубокая доочистка, например, сульфидом натрия и сорбцией.

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 сульфид 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. В качестве коагулянтов на многих предприятиях используют соединения алюминия и железа.

Для извлечения металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ 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 (природными и синтетическими сорбентами, неорганическими осадками);

- ионный обмен;

- экстракцию;

- коагуляционно-флокуляционный метод;

- деструктивные методы очистки сточных вод от ПАВ (озонирование, УФ-облучение (фотолиз), реагентная деструкция, термические методы);

- электрохимическую обработку воды;

- обратный осмос.

Деструктивную очистку производят окислительными методами: озонированием, хлорированием, электроокислением, фотолизом, биохимическим методом. На отдельных предприятиях применяют озонирование, представляющее собой самое 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" анионогенных 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.

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 содержится аммиак, 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) многие предприятия подщелачивают воду, например, известью. 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. При этом дихлорамин реагирует с углем с образованием азота.

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 и фильтрованием) взвешенные вещества. При концентрации аммиака в сточных водах до 100 - 150 мг/л эффективность очистки достигает 90% - 97%. Для регенерации фильтров используют 5 - 10-процентный раствор хлористого 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% по массе). 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 капролактам удаляют из сточных вод 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 термической деструктивной регенерацией при температуре от 800°C до 1000°C.

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.

2.4.6.2 Очистка от фосфорных соединений

В сточных водах фосфор встречается в виде ортофосфатов, полифосфатов, фосфорсодержащих органических соединений и элементарного фосфора в основном в виде взвешенных частиц. Целевые концентрации соединений фосфора колеблются в очень широких пределах, например, для фосфорорганических соединений (инсектицидов) они составляют от 0,001 до 0,4 мг/л.

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

С помощью механической очистки большинство предприятий 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 (, ) и флокулянты (праестол, полиакриламид). Использование коагулянтов позволяет повысить эффект очистки до 98%, а флокулянтов - увеличить производительность примерно в 2 раза. Образующийся фосфорный шлам, содержащий после уплотнения 10% - 30% фосфора, направляют на сжигание или установку дистилляции (упаривания). На различных предприятиях в зависимости от требуемой степени очистки на разных ступенях используют различные дозы , солей и . На отдельных предприятиях в качестве реагентов используют отработанные травильные растворы, добавляя известь 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 третьей и четвертой групп металлов.

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 при применении электрокоагуляционно-флотационного метода очистки от фосфатов используют алюминиевые и железные электроды.

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.

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, , , ) и мышьяка большинство предприятий производят с помощью химических, физико-химических, электрохимических и биохимических 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 и принимая дозу активного хлора равной 3,5 части по массе на 1 часть цианида. При этом 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. В двухступенчатом процессе цианиды окисляются до и . На второй ступени вводят дополнительное количество окислителя, а также образовавшийся на первой ступени цианат.

Для очистки от цианидов на отдельных предприятиях используют гипосульфид 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.

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 этого метода позволяет достичь практически полной очистки сточных вод от цианидов.

На отдельных предприятиях очистку сточных вод от цианидов производят 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; при этом одним из продуктов реакции обмена является синильная кислота 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 роданразрушающих 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 производят методом химического осаждения мышьяка в виде труднорастворимых соединений: соли ортомышьяковой () и метамышьяковистой () кислот, арсенаты и арсениты щелочноземельных и тяжелых металлов, сульфиды и триоксид мышьяка.

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

Поскольку соединения удаляются из сточных вод более эффективно, чем , а также осадок менее растворим и его хранение дешевле, на многих предприятиях перед осаждением окисляют до . 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 пиролизита, который дополнительно обладает сорбционными свойствами. При этом осаждение производят 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 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 даже методов.