Научно-проектная фирма « ЭКО-ПРОЕКТ», г. Екатеринбург, Россия
Методы очистки промышленных сточных вод, обуславливаются их физико-химическими и технологическими свойствами, а также климатическими условиями районов, где расположены предприятия. В отечественной и зарубежной практике наибольшее распространение получили безреагентная и реагентная технология очистки.
Исходя из требований, предъявляемых к качеству воды, безреагентная очистка осуществляется методами отстаивания в отстойниках и прудах-осветлителях, фильтрования через слой зернистого материала, сетки и ткани.
Реагентную очистку применяют при необходимости более полного удаления из воды взвешенных веществ, нефтепродуктов, ионов тяжелых металлов, ее стабилизации и т.п. Она осуществляется с помощью различных химических соединений или путем использования электрохимических процессов. Для достижения требуемой степени осветления промышленные сточные воды перед отстаиванием и фильтрованием обрабатываются коагулянтами – солями алюминия или железа. Для интенсификации процесса осветления сточных вод широко применяют высокомолекулярные органические соединения – флокулянты. Для нейтрализации кислых стоков используют вещества со щелочной реакцией. Чаще всего для этих целей используется известь.
Как в России, так и за рубежом были выполнены исследования, которые показали возможность применения бактерий для анаэробной очистки промышленных сточных вод, содержащих железо и сульфаты.
Известно, что в жидкой среде в результате деятельности сульфатредуцирующих бактерий происходит восстановление сульфатов до сероводорода, который вступает во взаимодействие с солями железа и другими тяжелыми металлами, образуя выпадающий в осадок сульфиды всех тяжелых металлов.
Однако инженерное оформление данного процесса требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат, поэтому данная технология не находит широкого распространения. В условиях Подмосковья и Кольского полуострова изучен процесс биологической очистки шахтных вод, а также смеси хозфекальных и шахтных вод с помощью высшей водной растительности. Исследования показали, что шахтные воды,(химический состав которых очень близок к химсоставу сточных вод горнорудного металлургического предприятия ),а также воды шахтных быткомбинатов рационально очищать с помощью высших водных растений (рогоз, осока, тростник и др.) в естественных заболоченностях или на специальных ботанических площадках.
Большую роль в доочистке обработанных реагентами сточных вод при использовании прудков стабилизаторов играют солнечные лучи, воздух, температура и атмосферные осадки.
В естественных заболоченностях и на специальных ботанических площадках шахтная вода полностью освобождается от механических и бактериальных примесей, что исключает необходимость ее обеззараживания перед отводом в речную сеть. Весьма распространенны установки с применением первичной реагентной обработки воды с последующим ее фильтрованием через слой загрузки, размеры частиц которой убывают в направлении движения восходящего потока воды. В качестве фильтрующего материала используют кварцевый песок, магнетит, гранит, керамзит, антрацит и др. Используют многослойные фильтры, а также фильтры, в которых частицы загрузки по их плотности разделяются на три группы, причем частицы с наименьшим диаметром имеют наибольшую плотность. Это способствует их оптимальной гидравлической сортировке при промывке фильтров.
Установки, которые в настоящее время наиболее часто применяют для очистки промышленных и ливневых сточных вод, имеют в своем составе смесители, камеры реакции, отстойники и фильтры. Вода после промывки фильтров возвращается в голову процесса.
Для интенсификации хлопьеобразования вода обрабатывается катионоактивными агентами, наибольшее распространение из которых получили флокулянты, производные полиакриламида. В камере хлопьеобразования обеспечиваются условия первоначальной турбулентности с последующей ламинаризацией потоков жидкости.
Осадок из сооружений направляется для сгущения и обезвоживания или на фильтры или на центрифуги. На территории России и в странах СНГ все промышленные сточные воды, содержащие свободную кислоту и соли тяжелых металлов, очищают с помощью их обработки известковым молоком с последующим осветлением полученной пульпы в прудах - шламохранилищах. В настоящее время данная технология, несмотря на свою экологическую несостоятельность, используется для очистки стоков на всех действующих и закрытых рудниках на территории Урала.
Нейтрализация кислых рудничных вод с помощью извести не обеспечивает снижение концентрации тяжелых металлов до ПДК водоемов рыбохозяйственного значения. Кроме того, пруды – шламонакопители превратились в объекты, которые в период весеннего паводка становятся потенциально опасными, т.к. могут стать причиной техногенной катастрофы, т.к. в них накопились миллионы кубов шлама и воды с высоким содержанием токсичных ингредиентов.
В начале 90-х годов прошлого века для одного из уральских месторождений был разработан проект очистных сооружений рудничных вод с использованием электрохимического метода очистки с предварительной нейтрализацией кислого стока известковым молоком.
Процесс очистки рудничных вод включал следующие технологические операции:
Данная технология по замыслу разработчиков должна была надежно обеспечить глубокую очистку шахтной воды с доведением концентрации ионов тяжелых металлов и сульфатов до норм ПДК водоемов рыбохозяйственного значения. До настоящего времени технология очистки кислых рудничных вод с применением гальванокоагуляции и электрогенерированного гидроксида алюминия для осаждения ионов тяжелых металлов и сульфатов не реализована.
Глубокие научные исследования по осаждению сульфатов с использованием солей алюминия и кальция, проведенные как в России, так и за рубежом, показали, что данный способ позволяет добиться лишь частичного снижения концентрации сульфатов в воде, а по экономическим соображениям его практическое использование нерентабельно. Кроме того, в обработанной воде появляется высокая концентрация иона алюминия, ПДК которого составляет 0,04 мг/л.
Предложенный электрохимический метод очистки рудничных вод технико-экономически неоправдан, и поэтому в настоящее время нигде в мире не используется.
С учетом вышеизложенного, разработка проекта очистных сооружений для обезвреживания сточных вод строящегося на Урале металлургического предприятия с использованием оксихлорида алюминия и гальванокоагуляции, на наш взгляд, было бы ошибочным решением, как по технологическим, так и по экономическим соображениям.
С целью практического применения внедряемая технология очистки промышленных и ливневых сточных вод должна быть с одной стороны надежной и гарантировать снижение концентрации ингредиентов-загрязнителей до нормируемых показателей, а с другой – должна быть технико-экономически оправданной для использования хозяйствующим субъектом. Для данного горнорудного металлургического предприятия НПФ «Эко-проект» разработала технологию с использованием сульфидсодержащих реагентов, которая позволяет очистить воду до норм ПДК от таких загрязнителей как железо, медь, цинк, мышьяк, нефтепродукты и взвешенные вещества.
Кроме того, в данной технологической схеме не используются пруды-шламонакопители, которые в настоящее время на многих предприятиях цветной металлургии Урала превратились в объекты потенциальной угрозы техногенной катастрофы. Принципиальная технологическая схема очистки промышленных и ливневых вод, которая разработана на основании многолетнего опыта проектирования и эксплуатации различных типов промышленных очистных сооружений с учетом их количественных и качественных характеристик, приведена на рис.1.
Промышленные и ливневые сточные воды, характеристика которых приведена в таблице 1, подаются в ливненакопитель (Лн) для накопления, усреднения по расходу и концентрации загрязняющих веществ. Усредненный сток с помощью погружных насосов группы Н1 направляется в блок реагентной очистки, где смешивается с потоком дебалансовых вод из малосернистого хвостохранилища (МСХ).
Характеристика сточных воды металлургического предприятия.
Таблица1
Показатель | Содержание | ПДС* | ВСС* |
Взвешенные вещества,мг/дм3 | 120 | 106,8 | 106,8 |
Сухой остаток,мг/дм3 | 2010 | 2158 | 2158 |
Фосфаты (по Р),мг/дм3 | 0,1 | 0,2 | 1,14 |
Сульфаты,мг/дм3 | 1365 | 100 | 500 |
Железо,мг/дм3 | 8,2 | 0,82 | 0,82 |
Цинк,мг/дм3 | 1,1 | 0,07 | 1,0 |
Мышьяк,мг/дм3 | 0,08 | 0,05 | 0,05 |
Фториды (по F),мг/дм3 | 1,5 | 0,75 | 1,5 |
Медь,мг/дм3 | 0,7 | 0,03 | 1,0 |
Нефтепродукты,мг/дм3 | 0,11 | 0,05 | 0,3 |
Кальций,мг/дм3 | 126,6 | 127,8 | 127,8 |
Магний,мг/дм3 | 55,1 | 62,6 | 62,6 |
рН | 6,7 | – | – |
*ПДС- предельно допустимый сброс.
*ВСС - временно согласованный сброс.
Далее объединенный сток последовательно обрабатывается раствором железного купороса, известкового молока, флокулянтом Праестол. Обработка воды реагентами проводится в вихревом смесителе (См1), оборудованном механической мешалкой и распределительной системой для подачи воздуха (с целью окисления железа). После стадии смешения вода поступает в делитель потока (ДП1) и распределяется по трем отстойникам-флокуляторам (ОФ1.1..3), оборудованными тонкослойными полочными элементами. Осветленная вода подается на стадию доочистки от ионов тяжелых металлов. Для этого она последовательно обрабатывается растворами сульфида натрия, железного купороса и флокулянта (Праестол) в вихревом смесителе (См2), оборудованном механической мешалкой и системой воздушного барботирования для окисления железа. Вода, обработанная реагентами, из смесителя самотеком подается в делитель потока и далее на двухслойные антрацито-кварцевые фильтры. В качестве альтернативного варианта второй стадии доочистки возможно использование специального органического реагента ТМТ-15 (органосульфид) в сочетании с флокулянтом Праестол.
Часть фильтрата (~ 10 %) используется для промывки фильтров, другая отводится в пруд-стабилизатор, рассчитанный на пребывание в нем воды не менее пяти суток. В пруду-стабилизаторе за счет поглощения углекислого газа из атмосферы происходит уменьшение рН и снижение жесткости воды (выделяется карбонат кальция).
Осветленную воду из пруда-стабилизатора можно или непосредственно сбрасывать в водоем или осуществлять такой сброс через систему ботанических площадок, которые за счет развития высшей водной растительности дополнительно снижают концентрацию тяжелых цветных металлов, железа, солей жесткости, а также фосфатов и фторидов. Грязные промывные воды фильтров Ф1..4 отводятся в резервуар РР2 и направляются на очистку в смеситель См 2.
Осадок, выделяющийся в отстойниках-флокуляторах, периодически откачивается в сгустители осадка (Сг1..3), где он уплотняется в условиях непрерывного ворошения. Сгущенный осадок с помощью насосов группы Н5 перекачивается в буферную емкость (БЕ1..2), которая обеспечивает равномерную подачу осадка на обезвоживание. Из буферных емкостей(БЕ1 и2) осадок с помощью насоса Н6 подается на ленточные фильтр-прессы (ЛФП1..2) для механического обезвоживания. С целью уменьшения удельного сопротивления осадок перед подачей на фильтр-пресс обрабатывается раствором флокулянта Праестол. Обезвоженный осадок (влажностью ~ 75 %) вывозится на утилизацию. Осветленная вода из сгустителей и фильтрат из узла механического обезвоживания отводятся в смеситель (См2) на доочистку.
В настоящее время не разработаны приемлемые по технико-экономическим параметрам методы глубокой очистки промышленных сточных вод от сульфатов и хлоридов. Поэтому для условий горнорудных металлургических предприятий использование пруда-стабилизатора и ботанических площадок будет способствовать снижению общего солесодержания за счет протекания в них биологических и сорбционных процессов.
Таким образом, промышленные и ливневые сточные воды, прошедшие очистку по предложенной технологической схеме ( рис. 1), будут иметь остаточную концентрацию ионов железа, меди цинка, мышьяка, нефтепродуктов на уровне ПДК для водоемов рыбохозяйственного значения, что было подтверждено специальными тестовыми испытаниями данной технологии в промышленных условиях. (Таблица 2)
Прогноз качества очищенной воды при реализации проектной технологии.
Таблица 2
Компонент | Содержание, мг/дм3 | ПДС, мг/дм3* | ВСС, мг/дм3* |
Взвешенные вещества | 5 | 15 -107 | 20 - 107 |
Сухой остаток | 2100 | 2184 | 2184 |
Фосфаты (по Р) | 0,2 | 0,2 | 1,14 |
Сульфаты | 1200 | 100 | 500 |
Железо | 0,3 | 0,82 | 0,82 |
Цинк | 0,05 | 0,07 | 1,0 |
Мышьяк | 0,05 | 0,05 | 0,05 |
Фториды (по F) | 1,0 | 0,75 | 1,5 |
Медь | 0,03 | 0,03 | 0,1 |
Бутил ксантогенат | 0,03 | 0,03 | 0,03 |
Нефтепродукты | 0,05 | 0,05 | 0,27 |
Скачать файл - |