Характеристика системы бессточного производства

Важнейшая задача перестройки технологических процессов — сокращение водопотребления, которое в конечном итоге позволит перейти на безотходное производство — без сброса технических сточных вод в водоемы. Пока еще нет универсальной бессточной схемы, пригодной для использования в различных отраслях народного хозяйства. Реализация водооборотной схемы зависит от технологии очистки использованной воды. Существующие методы обеспечивают в ряде случаев очистку стоков на 95—96%, однако это часто недостаточно. Повышение степени очистки до 99—99,5% резко увеличивает стоимость очистных сооружений. В настоящее время в большинстве отраслей промышленности стоимость очистных сооружений составляет от 5 до 30% стоимости основного оборудования и сооружений. Многие сточные воды очень сложно очистить до такой степени, чтобы они не оказывали вредного воздействия на обитателей водоемов. Таким образом, очистка сточных вод до санитарных норм сопряжена с очень большими расходами.

Наиболее эффективным методом является очищение сточных вод до такой степени, которая позволяет использовать их в замкнутой водооборотной системе. Таким образом предприятие использованную и очищенную затем воду возвращает в оборот, а из внешних источников только пополняет потери (рис. 6.3) [36].

Во многих отраслях промышленности до недавних пор сточные воды не дифференцировались, объединялись в общий поток, локальные сооружения очистки с утилизацией отходов не строились. В настоящее время в Российской Федерации в ряде отраслей промышленности уже разработаны и частично реализованы замкнутые водооборотные схемы с локальной очисткой, что значительно снижает удельные нормы водолотребления.

Высокий объем (1575 млн м³ в год) использования воды в системах оборотного водоснабжения отмечен в нефтедобывающей промышленности. Экономия свежей воды от введения в эксплуатацию оборотных систем ежегодно составляет 88,8%. В химической и нефтехимической промышленности оборотное водоснабжение сэкономило 90% воды производственного назначения.

Рис. 63. Схема бессточного производства.

В цветной металлургии при флотационном обогащении руд для использования оборотных вод иногда достаточно их предварительного осветления. В сложных схемах обогащения полиметаллических руд перспективна локальная очистка определенных стоков с включением затем очищенной воды в общую систему водооборота. При этом возникает возможность регенерации некоторых флотационных реагентов (цианида, сернистого натрия) и извлечения методами сорбции и ионной флотации растворенных в сточных водах металлов (вольфрама, молибдена, меди).

Оборотные системы водоснабжения могут быть технологическими и охлаждающими. Технологическая система оборотного водоснабжения представляет собой систему, в которой вода используется в качестве растворителя, экстрагента продуктов, транспортирующей среды, вступает в непосредственный контакт с продуктом и загрязняется им. Охлаждающая система оборотного водоснабжения — это система, в которой вода используется в качестве хладагента для охлаждения или конденсации жидких или газообразных продуктов (как правило, через твердую стенку и оборудование) и приобретает так называемое тепловое загрязнение. Эти системы могут быть открытыми или закрытыми. Открытая охлаждающая система оборотного водоснабжения — это система, в которой вода поступает в качестве хладагента с последующим охлаждением в градирнях, брызгальных бассейнах, прудах-охладителях и т.н., вступая при этом в контакт с атмосферным воздухом. Закрытая система оборотного водоснабжения — это система, в которой вода используется в качестве хладагента с последующим охлаждением в радиаторных градирнях, холодильных машинах и т. д., не вступая при этом в контакт с атмосферным воздухом. Требовани я к качеству повторно используемой и оборотной воды устанавливаются водопользователями.

Использование на промышленных предприятиях оборотной системы водоснабжения или повторного использования воды приобретает все большее значение. Уже 1985 г. удельный вес оборотной или последовательно используемой воды на производственные нужды составлял 237,6 км³, или 71% от всей необходимой для производственных процессов.

Рис. 6.4. Схема оборотного водоснабжения.

При оборотном водоснабжении на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) внедряется биохимическая очистка (рис. 6.4). Ранее в оборотные системы водоснабжения возвращались только механически очищенные промливневые сточные воды. Низкое качество оборотной воды, загрязненной органическими и взвешенными веществами, приводило к сильным биообрастаниям градирен, коррозии, накипеобразованию на теплообменной аппаратуре. Возврат стоков в оборот был неполным, часть сточных вод сбрасывалась в водоемы. Использование в оборотных системах водоснабжения биохимически очищенных промливневых сточных вод вместо механически очищенных позволяет уменьшить степень коррозии на 34%, накинеобразования на 68% и биообрастаний в три раза, прекратить сброс стоков в водоем и уменьшить потребление речной воды.

Промливневые сточные воды НПЗ перед поступлением на биохимическую очистку предварительно проходят механическую очистку: песколовки, нефтеловушки, пруд дополнительного отстаивания, песчаные фильтры и др. После механической очистки промливневые сточные воды направляются на биологические очистные сооружения. В смеситель 1 подается раствор фосфори азотсодержащих соединений (фосфора до 3 и азота до 15 мг/л), если эти соединения отсутствуют в промышленном стоке. Далее сточные воды направляются в аэротенки 2, в которых происходит окисление органических загрязнений микроорганизмами активного ила при интенсивной аэрации. Активный ил адсорбирует и в присутствии кислорода воздуха окисляет значительную часть загрязнений.

Для биохимической очистки промливневых сточных вод НПЗ применяются аэротенки-смесители или аэротенки с рассредоточенной подачей сточных вод. Аэротенки работают в комплексе с вторичными отстойниками 3, в которых происходит отделение очищенной воды от активного ила. Циркулирующий активный ил из вторичных отстойников для восстановления свойств направляется в регенераторы 4, 5, в которых происходит окончательное окисление органических веществ. Из регенераторов активный ил поступает в аэротенки.

Очищенные промливневые стоки после вторичных отстойников (для уменьшения содержания взвешенных веществ) проходят доочистку на барабанных сетчатых или песчаных фильтрах и возвращаются в оборотные системы водоснабжения НПЗ. В промышленности до 45% всего количества потребляемой воды расходуется в теплообменных аппаратах на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70—90% потребление воды на ряде предприятий нефтехимической, химической, металлургической и других отраслей промышленности.

В настоящее время в ряде отраслей промышленности уже разработаны и частично реализованы замкнутые водооборотные схемы с локальной очисткой. Они позволили значительно снизить удельные нормы водопотребления и в некоторых случаях полностью исключить сбросы сточных вод в водоемы. С точки зрения современных требований чем больше отходов, тем хуже технология. Большое количество сбросных вод является объективным показателем несовершенства используемой технологической схемы, в пределах которой не могут быть достигнуты высокие техникоэкономические показатели, особенно если учитывать ущерб, наносимый окружающей среде. Поэтому большое значение приобретает разработка новых технологических схем и методов, обеспечивающих интенсификацию всего производственного процесса и исключающих вредное воздействие промышленного предприятия на окружающую среду.

В ряде случаев необходима термическая обработка стоков (сложный химический состав и др.), т. е. выпаривание. Полученную воду можно использовать в водооборотных схемах. Особую сложность при использовании термической обработки представляет образование накипи на выпарных и дистилляционных аппаратах, которое особенно интенсивно протекает при сильнозагрязненных и концентрированных стоках.

В последние годы получают распространение методы огневого обезвреживания стоков. При огневом методе обезвреживания получают дополнительную товарную продукцию за счет уничтожения особо токсичных отходов. Недостаток метода — большой расход топлива. Следовательно, установки огневого обезвреживания в бессточных системах могут применяться только для небольшого количества сточных вод.

Развитие промышленного производства в нашей стране и в мире обусловливает образование все большего количества производственных стоков, весьма различающихся по химическому составу. Для охраны водного бассейна и рационального использования воды изыскивались, разрабатывались и внедрялись в практику новые методы обработки стоков, направленные прежде всего на создание замкнутых систем водопользования (ЗСВ) промышленных предприятий. В 70—80-е гг. XX столетия было построено и запроектировано достаточно большое количество ЗСВ. Так, к 1991 г. функционировали 94 замкнутые системы, строились 34 и уже имелись готовые проекты на 35 таких систем. В 1990;е гг. сооружение их практически прекратилось. В то же время и сегодня основным путем развития водного хозяйства в промышленности является создание ЗСВ, обеспечивающих существенное уменьшение потребления свежей воды и сокращение сброса загрязнений.