Области применения воды

Условно чистые производственные сточные воды (ПСВу) — это воды, которыми охлаждается технологическое оборудование (воды поступают от системы I). Они направляются для охлаждения в заводские пруды или градирни, а затем после очистки от механических загрязнений и масел вновь возвращаются в производство. Естественная убыль воды из-за испарения незначительна и пополняется свежей водой.

Условно загрязненные сточные воды (ПСВг) используются для очистки газов ваграночных вентиляционных систем, для охлаждения оборудования, гидрорегенерации песка, грануляции шлаков, транспортировки отработанных смесей, приготовления формовочных и стержневых смесей, красителей, при гидравлической и электрогидравлической очистке отливок. Эти воды «включены» в систему III. Они могут загрязняться различными химическими соединениями (хлориды, сульфиды, соединения аммиака, аммония и т. п.), маслами, смолообразными продуктами, фенолом, а также взвешенными частицами, состоящими из чугуна, оксидов железа, известняка, графита, глинозема и других веществ.

Основные способы очистки объединены в восемь групп по виду доминирующего загрязнителя и доминирующего вида очистки:

• 1) механические (в основном механические примеси в сточной воде, в том числе гидроксиды металлов);
• 2) химические;
• 3) коагуляционные и флотационные;
• 4) электрохимические;
• 5) сорбционные;
• 6) мембранные;
• 7) деминерализация сточных вод;
• 8) биологические.

Можно применять термические и комбинированные методы. Очистка в каждом потоке сначала организуется независимо, а на определенном этапе все очищенные до определенного уровня сточные воды поступают в общий смеситель, потом на доочистку.

В литейном производстве часто используют двухили четырехступенчатую схему очистки сточных вод. Сначала вода очищается в заглубленных отстойниках, далее в гидроциклонах, а затем в фильтрах различной конструкции. Для окончательной очистки (четвертая ступень) применяется один из физико-химических методов.

Оптимальным решением является организация на предприятии системы оборотного водоснабжения. В такую систему включается ряд очистных сооружений и установок, позволяющих организовать замкнутый цикл использования производственных вод. На рис. 31.1 представлена одна из систем оборотного водоснабжения, используемая в литейном производстве.

Рис. 31.1. Схема замкнутой системы оборотного водоснабжения в литейном производстве. Пояснения позиций даны по тексту.

Вода из систем охлаждения через усреднитель 1 поступает в нейтрализатор 2, в котором в зависимости от агрессивности (кислотности среды) нейтрализуется кислотой в мернике 3 или щелочным раствором в мернике 4. Нейтрализованная вода направляется в смеситель 5, в котором смешивается с раствором коагулянтов, соды и хлорной воды, которые подаются соответственно из мерников 6—8. Для отделения осадка гидроксидов металлов, солей и взвешенных частиц вода поступает в осветлитель 9, затем проходит через кварцевый фильтр 10 и собирается в приемнике очищенной воды 11. Насосом 12 очищенная вода подается в градирню 13, там она охлаждается воздухом до необходимой температуры, после чего с помощью насоса 14 поступает на сорбционную очистку. Адсорбционные колонны 15, 16 заполнены катионитами, а колонна 17 — анионитами. После очистки от катионов вода поступает в емкость 18, куда при необходимости подается свежая вода. Насосом 19 вода возвращается в производство.

Чаще способы очистки загрязненной воды классифицируют по пяти группам доминирующих загрязнений:

• 1) механические примеси и кислая или щелочная среда;
• 2) нефтепродукты и эмульсии (масло, СОЖ и т. п.);
• 3) летучие нефтепродукты;
• 4) моющие растворы и эмульсии;
• 5) растворенные токсичные соединения органического и минерального происхождения (ионы металлов, в том числе Сг^б+ Сг³⁺, фенолы, цианиды, сульфаты, сульфиды и т. п.).

В общей схеме очистки сточных вод на предприятии каждый из таких загрязненных потоков направляется независимо друг от друга на пять локальных очистных сооружений, где производится основная очистка по одному из восьми методов, приведенных выше. Затем из локальных очистных сооружений сточные воды направляются в усреднитель для их разбавления и потом — в общезаводские очистные сооружения (например, по схеме на рис. 31.1 это позиции 12—18).

Иногда удобно использовать локальные системы очистки сточных вод, т. е. организованные не на всем предприятии, а в отдельном цехе, участке и т. п. Выбор схем локальных очистных сооружений зависит не только от типа загрязнений сточных вод, но также от вида и последовательности проведения технологических процессов, мощности предприятия и т. п.

Пример локальной схемы очистки сточных вод гидрокамер реального литейного цеха показан на рис. 31.2 [4.5]. В гидрокамере 1 происходит очистка технической водой (из системы III) готового литья от песка, остатков стержневой смеси и т. п. Расход технической воды составляет 10—12 м³ на 1 т литых деталей. Из гидрокамеры отливки извлекаются, а загрязненная сточная вода направляется в первичный отстойник 2, где проходит частичную очистку от механических загрязнений. Из отстойника вода насосом 3 подается в четырнадцать параллельно установленных гидроциклонов 4 диаметром 0,5 м и высотой 10 м. Из гидроциклонов очищенная вода поступает во вторичный отстойник 5 с фильтром и далее в бак чистой воды 6. Из этого бака вода вновь поступает в гидрокамеру. Для восполнения потерь воды при очистке в гидрокамеру добавляется свежая техническая вода. Шлам из гидроциклонов 4 поступает в отстойник 7 и далее на участок обработки жидких отходов 8. Бак 9 с чистой водой нужен для регенерации фильтра обратной промывкой.

Механические методы применяют для очистки вод от грубо-дисперсных примесей и масел, для чего используют отстойники, решетки, песколовки, фильтры, гидроциклоны, центрифуги. Метод отстаивания как предварительную операцию применяют во всех случаях очистки сточных вод предприятий.

Рис. 31.2. Схема очистки сточных вод гидрокамер литейного цеха. Чистая вода подается из системы III.

Для осветления сточных вод служат хвостохранилища, отстойники различных конструкций, отстойные пруды, осветлители. Осветление сточных вод происходит в результате осаждения грубои тонкодисперсных примесей под действием силы тяжести и определяется в первую очередь степенью их дисперсности и формой. Необходимая степень осветления определяется либо санитарными требованиями в случае сброса сточных вод в водные объекты, либо технологическими требованиями в случае повторного использования или оборотного водоснабжения (в первую очередь — для чистой воды из системы III).

Нейтрализация сточных вод применяется для того, чтобы агрессивность воды находилась в пределах 6,5—8,5. Сточные воды могут содержать кислоты (pH 9). Наиболее типичная реакция нейтрализации — это реакция между ионами водорода и гидроксила, приводящая к образованию недиссоциированной воды. В результате реакции концентрация каждого из этих ионов становится равной той, которая свойственна самой воде; т. е. активная реакция водной среды приближается к pH 7 (нейтральная). При химической очистке применяют следующие способы нейтрализации: взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод; нейтрализация реагентами; фильтрация через нейтрализующие материалы. Растворы щелочей нейтрализуют растворами кислот (обычно серной); нейтрализацию кислых сточных вод осуществляют щелочными растворами, но чаще известковым молоком. Также для нейтрализации можно использовать метод, основанный на взаимной коагуляции примесей при смешении нейтрализованных и маслосодержащих стоков с добавлением 0,1% полиакриламида и дальнейшем отстаивании. После нейтрализации эта смесь представляет собой раствор соли, которая обычно химически менее активна.

Очистка сточных вод, используемых в процессе ЛПВМ. При литье в гипсо-динасовые смеси вода в основном используется для вымывания отливок из форм. Для ЛПВМ в оболочку вода используется для отмывки отливок и приготовления растворов для ванн, а так же для промывки используемого оборудования. Такие сточные воды в основном содержат некоторые количества песка, органических веществ и щелочь. Это тоже вода из системы III. Перед сбросом в канализацию или в водоемы они должны подвергаться очистке. Можно использовать один из приведенных выше вариантов. Если в воде присутствуют грубои среднедисперсные примеси, ее сначала можно направить в отстойник.

Очистка от ионов тяжелых металлов, образующихся при заключительной обработке изделия, может происходить с участием микроорганизмов. Способ основан на способности специфической группы микроорганизмов сульфатредуцирующих бактерий использовать в процессе дыхания кислород сульфатов в качестве акцептора водорода, восстанавливая при этом до сероводорода. Сероводород, являясь сильным восстановителем, реагирует с растворенными ионами металлов с образованием нерастворимых сульфидов, выпадающих в осадок.