Использование производственных сточных вод и извлечение из них ценных веществ

При проектировании канализации промышленных предприятий прежде всего следует решить вопрос о возможности использования сточных вод (всех или частично) для тех или иных производственных целей без сброса их в водоем, а также о возможности извлечения из них ценных веществ. Возможность такого использования определяется составом сточных вод, их количеством и местными условиями.

Наиболее часто сточные воды после соответствующей их обработки используются в системе оборотного водоснабжения предприятия. Это в первую очередь относится к воде, которая в производстве только на­гревается, а не загрязняется — в необходимых случаях она должна быть охлаждена в градирнях, брызгальных бассейнах и т. д. и вновь подана в производство.

В том случае когда вода в производстве загрязняется, но не нагре­вается (мокрое обогащение руды, гидрозолоудаление и др.), она ис­пользуется вновь в производстве только после очистки (отстаивания).

Оборотное водоснабжение может быть применено и при нагретой и загрязненной сточной воде, если она после обработки (обычно после отстаивания и охлаждения) может быть использована вновь для тех же технологических целей. Так, например, часто применяется оборот­ное водоснабжение цехов газоочистки на металлургических заводах.

На рис. 5.3. показана схема использования сточных вод для оборот­ного водоснабжения цеха газоочистки конверторного производства.

Рис. 5.3. Схема оборотного водоснабжения га­зоочисток конверторного производства (коли­чество оборотной воды, %, и твердых веществ, содержащихся в оборотной воде, мг/л)

1 — газоочистка конверторов, 2 — трубопровод горячей воды, подаваемой на очистку; 3 — радиальные отстой­ники, 4—осадок; 5—шламовая насосная станция; 6—механическое обезвоживание шлама; 7—обезво­женный шлам, направляемый на агломерационную фабрику; 8 — возврат фильтрата в отстойники; 9—ос­ветленная вода, 10— охладители (при необходимо­сти); 11— выпуск в канализацию; 12—отработанная вода; 13—подача свежей воды для восполнения по­терь в системе оборотного водоснабжения; 14 — при­емная камера насосной станции; 15—насосная стан­ция оборотной воды; 16 — вода, подаваемая на газо­очистку

Водное хозяйство конверторных газоочисток на большинстве отече­ственных заводов представляет собой замкнутый цикл водоснабжения, включающий в свой состав очистные сооружения (преимущественно радиальные отстойники), водоохлаждающие устройства и сооружения по обработке шламов.

Специфика образования сточных вод состоит в том, что стоки газо­очисток работающего (плавка) и неработающего (горячий резерв) кон­вертеров смешиваются. Вследствие этого общий сток формируется из сильно загрязненного стока (в период продувки конвертора) и «услов­но чистого» стока газоочисток конверторов, находящихся в горячем ре­зерве.

Общие расходы сточных вод от газоочисток (для цехов с тремя 100-т конверторами, из которых два поочередно находятся в работе, а третий — в резерве) составляют в среднем 400—500 м³/ч от одной газо­очистки. Введение автоматического регулирования подачи воды на га­зоочистки на новых заводах приводит к значительной (до 30%) экономии воды и капитальных затрат на сооружениях по подаче воды в цех и на очистных сооружениях оборотного цикла.

Основными загрязнителями сточных вод конверторных газоочисток являются взвешенные вещества минерального происхождения.

Концентрация взвешенных веществ, по данным четырех заводов, изменялась в общем стоке газоочисток от 2,5 до 18 г/л.

По своему гранулометрическому составу взвешенные вещества со­стоят из очень мелких частиц — более 90% составляют частицы разме­ром менее 50 мкм; плотность взвешенных веществ благодаря большо­му содержанию железа высока и изменяется от 4,5 до 5 г/см³.

Основным очистным сооружением в оборотных циклах конвертор­ных газоочисток являются радиальные отстойники. Установлена воз­можность интенсификации процесса осветления сточных вод в магнит­ном поле.

При расчете радиальных отстойников рекомендуется принимать значение показателя степени п равным 0,7—0,75, а гидрав­лическую крупность взвешенных частиц, которые необходимо осадить в отстойнике для получения осветленной воды с содержанием взвеси 150 мг/л, принимать равной 0,25—0,3 мм/с. При расчете по удельной нагрузке последнюю следует принимать 1 —1,15 м³/ч сточной воды на 1 м² площади поверхности отстойника.

Для интенсификации процесса осветления сточных вод возможно использование полиакриламида с дозой 0,4—1 мг/л. Применение ПАА позволит повысить удельную нагрузку на радиальные отстойники до 3—4 м³/(м²-ч).

После отстаивания сточных вод в цикле оборотного водоснабжения конверторных цехов с тремя 100-т конверторами образуется значитель­ное количество шламов до 70—90 т/сутки. Эти шламы являются цен­ным сырьем для металлургической промышленности, так как содержат до 67% железа. После обезвоживания, сушки и брикетирования они должны быть использованы в конверторном производстве.

Из возможных методов обезвоживания осадков сточных вод рацио­нальным в настоящее время является обезвоживание на барабанных вакуум-фильтрах. При этом принимают: величину вакуума 46,7— 59,9 кПа; продолжительность фильтроцикла 2,5—3,5 мин; влажность кека 26—35%. При влажности шлама, подаваемого на обезвоживание, 70—60% производительность вакуум-фильтра по сухому веществу со­ставляет 100—200 кг/(м²-ч).

Для вакуум-фильтров рекомендуется применять капроновые фильт­рационные ткани; при отсутствии капроновых возможно применять хлопчатобумажные — фильтромиткаль и фильтродиагональ.

Введение ПАА в количестве 0,01% от содержания твердой фазы в шламе позволяет в 1,5 раза увеличить производительность вакуум-фильтров при одновременном снижении влажности кека на 3—5%. а также снизить количество взвешенных частиц в фильтрате более чем в 2 раза.

Обезвоженный шлам рекомендуется направлять на агломерацион­ную фабрику для использования его в качестве добавки к шихте; фильтрат в зависимости от требований к качеству воды направляют в систему оборотного водоснабжения или в отстойник.

Очищенные сточные воды используются в оборотном цикле на те же производственные операции, где они образовались; они могут быть ис­пользованы также и другими потребителями, которые не предъявляют особых требований к качеству воды, т. е. может быть применено так называемое последовательное использование сточных вод.

Большой экономический эффект от последовательного использова­ния воды может быть получен, например, на нефтеперерабатывающих заводах. На новых крупных атмосферно-вакуумных трубчатых уста­новках по прямой перегонке нефти имеется целый ряд конденсаторов, которые расположены на высоких отметках. Выходящая из них вода имеет температуру 35° С, что позволяет использовать ее для охлажде­ния в находящихся на более низких отметках холодильниках, в кото­рых допускается более высокий нагрев воды (до 50° С).

За счет последовательного использования воды можно значительно уменьшить ее расход (на 20—30%).

Некоторые виды производственных сточных вод могут быть приме­нены для орошения в сельском хозяйстве. Сточные воды, имеющие ми­неральные загрязнения, как правило, не следует направлять на поля орошения, так как они или совсем не содержат питательных веществ, или содержат ничтожное их количество; кроме того, зачастую в них имеются вредные для почвенных бактерий вещества, разрушающие структуру почвы. Сточные воды, загрязненные преимущественно орга­ническими веществами, могут быть приняты на поля орошения в смеси с бытовыми водами после их предварительной механической очистки.

Наиболее пригодными для орошения являются сточные воды пред­приятий пищевой промышленности (табл. 5.1), а также азотнотуковой и некоторых предприятий текстильной промышленности.

Нормы орошения зависят от концентрации сточных вод, климата, характера почв и вида выращиваемых культур и колеблются в широких пределах. Так, например, при орошении земель сточными водами са­харных заводов норма полива (по опыту ГДР) колеблется от 1000 (при плотных почвах) до 5000 м³/га (при водопроницаемых почвах) в год; при орошении луговых культур сточными водами пивоваренных заводов норма орошения достигает 8000 м³/(га-год).

Сточные воды некоторых предприятий небезопасны в санитарном отношении, поэтому их использование для орошения запрещается (сточные воды кожевенных заводов) или ограничивается. Например, сточные воды от скотобоен и мясокомбинатов не рекомендуется ис­пользовать для орошения пастбищ из-за опасности гельминтоза; сенокосные луга могут орошаться этими водами при условии сушки сена в теплицах. С большим успехом такие воды могут быть использованы для орошения технических культур и поливки деревьев.

Сильно концентрированные производственные сточные воды, на­пример стоки боен и мясокомбинатов, дрожжевых и крахмальных за­водов, необходимо предварительно разбавлять, а иногда и отстаивать.

Сточные воды некоторых производств, например спиртоводочных, плодоовощных, крахмальных заводов, быстро загнивают. Эти воды ре­комендуется предварительно обрабатывать известью или разбавлять чистой водой. Рекомендуется также использовать их в свежем виде, т. е. возможно скорее отводить на орошаемые поля. Распад многих ор­ганических веществ сопровождается выделением дурнопахнущих про­дуктов, что также ограничивает возможность использования сточных вод в целях орошения.

В некоторых производственных стоках могут содержаться вредные неорганические вещества (соли меди, хрома, олова, свинца и др.). При использовании их для орошения необходимо исключить возмож­ность вредного влияния сточных вод на почву, грунтовую воду, выращи­ваемые растения и их качество, а через них — на здоровье людей. Выполнение этого требования возможно путем предварительного извлече­ния из производственных сточных вод ценных веществ и снижения содержания в них вредных примесей, а также путем разбавления стоков условно чистыми, бытовыми и дождевыми водами. Предельно допусти­мые концентрации различных веществ зависят от типа почв и вида выра­щиваемых культур; устанавливаются они специальными организация­ми сельского хозяйства. Использование производственных сточных вод на полях орошения во всех случаях должно быть согласовано с орга­нами Государственного санитарного надзора.

В сточных водах промышленных предприятий могут содержаться вещества (нефть, жиры, химические продукты, древесное волокно, хром и др.), которые представляют большую техническую ценность, и их необходимо выделять и возвращать для использования на этих же (или других) предприятиях. Извлечение химических веществ и повтор­ное использование воды с успехом применяется в металлургической, пи­щевой и особенно химической промышленности.

Очистка сточных вод целлюлозно-бумажного производства дает возможность получить спирты, ванилин, таловое масло и дрожжи и снизить содержание взвешенных веществ на 95%, БПК — на 20%, со­кратить общий объем сточных вод за счет повторного их использования на 60%.

При добыче угля образуются сточные воды, которые содержат большое количество угля, железа и других ценных элементов. Во мно­гих случаях уголь, содержащий около 30% примесей карбонатов каль­ция и магния, используется для увеличения рН в сточной воде горно­добывающей промышленности с 3 до 7 и для снижения железа с 551 до 1 мг/л.

Некоторые производственные сточные воды, например сточные во­ды мокрого обугливания торфа, содержат в больших концентрациях примеси, легко усваиваемые микроорганизмами, осуществляющими биохимические процессы. Поэтому они используются в микробиологи­ческой промышленности для культивирования дрожжей. Полученная белковая масса может использоваться как ценный корм для скота и для производства различных биохимических препаратов.

Способ извлечения из сточных вод вредных примесей выбирается в соответствии с физико-химическими свойствами этих примесей и их ценностью. Размещение установок по очистке сточных вод в производ­ственных зданиях допускается предусматривать при условии, что из сточных вод при их смешении и очистке не образуются и не выделяют­ся вредные или дурнопахнущие пары и газы (например, меркаптаны, сероводород, цианистый водород, мышьяковистый водород) или при условии герметизации всех агрегатов установки для очистки сточ­ных вод.

С.В. Яковлев

«Канализация», -М, Стройиздат, 1975