Очистка сточных вод целлюлозно-бумажного производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

На современном этапе взаимодействия человека с окружающей седой на первый план выдвигается вопрос устойчивого развития регионов и страны в целом, который можно решить путем резкого сокращения потребления природных средств и энергии связи с постоянным увеличением водопотребления во многих странах мира все настойчивее выдвигаются требования рассматривать потребляемую воду как общенациональное благо, имеющее стоимостное выражение, и включать расходы на водопотребление конкретно в производственные издержки, влияющие на стоимость продукции. В то же время наблюдается тенденция к усилению контроля за очисткой сбрасываемых стоков путем разработки норм сброса и законодательных актов. Целлюлозно-бумажная промышленность является одной из наиболее водоемких отраслей народного хозяйства. На ее предприятиях ежесуточно расходуется почти 9,2 млн кубических метров свежей воды. В зависимости от качества и ассортимента продукции удельные затраты воды на технологические нужды колеблются в широком диапазоне. Так, на 1 т картона и бумаги, вырабатываемых из неотбеленной целлюлозы, образуется 10--50 м3 сточных вод, из отбеленной целлюлозы -- 150--250 м3 и т. п. .А так же расход воды на выработку одной тонны бумаги, включая производство полуфабрикатов, составляет 100 - 1500 м. Следует отметить, что при производстве целлюлозы и бумаги в сточные воды попадает большое количество минеральных и органических веществ. Например, только в процессе получения волокнистого сырья в раствор переходит 37 - 1708 кг органических веществ на 1 т волокна, которые при отсутствии системы очистки сточных вод попадают в водоемы. Сточные воды целлюлозных заводов содержат также взвешенное волокно за счет промоев при промыве, сортировании целлюлозы и многократных процессов разбавления и сгущения. Особое место в стоках сульфатно-целлюлозного производства занимают конденсаты выпарного и варочного цехов, в которых почти нет минеральных и взвешенных веществ.

Однако в них содержится значительное количество фенолов и сернистых соединений, и они являются максимально токсичными стоками с высоким показателем биологического потребления кислорода. Разнообразие видов загрязнений и их концентраций привело к необходимости создания сложных, многостадийных схем и разнообразных систем очистки воды. Предприятия целлюлозно-бумажной промышленности по характеру выпускаемой продукции делятся на:

-полуфабрикатные заводы, производящие сульфитную и сульфатную целлюлозу, древесную массу;

-бумагоделательные фабрики, производящие из полуфабрикатов разнообразные виды и сорта бумаги;

-специальные бумажные производства, перерабатывающие бумагу в асбестную, пергаментную, фибровую и другие виды технической бумаги.



1. Общая характеристика предприятия с точки зрения образования сточных вод

На целлюлозно-бумажном предприятии образуются сточные воды:

- при приготовлении химических растворов;

- в процессе варки щепы с химическими растворами;

- во время промывания целлюлозы;

- во время отбеливания целлюлозы;

- во время разливания, прессования и высушивания целлюлозы;

- во время выпаривания щелочей.

Продукцию целлюлозно-бумажной промышленности потребляют многие отрасли народного хозяйства, причем в немалых количествах.

Тяжелая индустрия и химическая промышленность используют ее в количестве 24,7 процента от общего производства, пищевая промышленность 13,9, торговля и общественное питание--4,7, промышленность строительных материалов и капитальное строительство---5,9 процента и т. д. В будущем, надо полагать, потребность в этой прогрессивной продукции возрастет. Сегодня индустрия бумаги не в полной мере покрывает как нужды производства, так и спрос населения. Чтобы ей взойти на более высокий пьедестал развития, необходимо технически обновить целый ряд производств', реконструировать к перевооружить предприятия с морально и физически устаревшим оборудованием, сдерживающим внедрение прогрессивной технологии, построить новые комбинаты, фабрики и заводы, повысить эффективность всего целлюлозно-бумажного комплекса.

Отечественное бумагоделательное машиностроение не обеспечивает выполнения заказов бумажников, оборудование изготовляет долго, некачественно. Бумажники поэтому вынуждены переадресовывать некоторые заказы иностранным фирмам. Много проблем стоит перед бумажниками, Проблема сырья -- одна из важнейших. Баланс волокнистых материалов можно улучшить, вовлекая в переработку макулатуру.

В стране ее достаточно. Но возврат в производство макулатуры составляет порядка 24 процентов от общего потребления бумаги и картона. Почему? Макулатура -- не в почете. Сбор и переработка ее в стране организованы из рук вон плохо. Макулатуру вывозят на свалки, сжигают. А ведь это ценнейшее сырье. Одна тонна макулатуры сберегает от вырубки 17 больших деревьев. Сырьевой баланс отрасли бумаги можно было бы улучшить путем создания при предприятиях плантаций по выращиванию быстрорастущих древесных пород, например тополя, как это делают за рубежом, более активного вовлечения в переработку древесины лиственных пород -- березы, осины и других, отходов лесопиления к деревообработки, расширения использования эффективных полуфабрикатов -- термомеханической и химико-термомеханической массы. Отдельные предприятия получают такой полуфабрикат, заменяющий целлюлозу, на специальных технологических потоках. В XXI веке люди почувствуют более тесное соприкосновение с бумагой через печатное слово, через новые издания и материалы, в которых бумага неизменно будет сопутствовать человеку как верный спутник его трудов, забот и вдохновения.

2. Характеристика сточных вод предприятия

Физико-химический состав сточных вод зависит от выпускаемой продукции. Сточные воды содержат волокна целлюлозы, бумаги ,наполнители, красители, латексы, эмульсии, клейкие вещества и др. Они разного цвета, с высоким содержание взвешенных и органических веществ, специфическим запахом. В технологическом отношении различают кислотный (сульфитный) и щелочной (сульфатный) способы получения целлюлозы. Сульфатный способ обеспечивает возможность получения целлюлозы не только из хвойных, но и из лиственных пород. Характерной особенностью сточных вод, образующихся при сульфатном способе получения целлюлозы, является высокое содержание разнообразных веществ: 33% - неорганических (натрия сульфат, карбонат и хлорид, свободные щелочи) и 67% - органических (в том числе: оксикислоты и лактоны - 33%, фенолы, смоляные и жирные кислоты - 23,65%,

лигнин - 35,7%, муравьиная кислота - 1%, уксусная кислота - 0,7%). Сточные воды сульфит-целлюлозного производства содержат 10% неорганических и 90 % ) органических веществ. Среди неорганических веществ наиболее распространенные лигнинсульфоновые кислоты (48,4%), моносахариды (30,4%)), полисахариды и продукты распада Сахаров (15,8%), смолы, белки (2 , 9 %) , уксусная кислота (2 , 5 % ) .

Источниками органических веществ в сточных водах целлюлозно-бумажных, картонных комбинатов являются разведенные щелочи, а также продукты деструкции целлюлозы, образующиеся во время ее отбеливания и переработки. Эти вещества принадлежат к разным классам химических соединений: алифатические и терпеновые углеводы, ароматические углеводы фенольного ряда и др. В зависимости от состава загрязнений на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности выделяют щелочные потоки сточных вод, содержащих преимущественно: кору, щелочи, волокна, кислоты, шлам, золу, вещества с неприятным запахом. Кроме того, образуются условно чистые, а также поверхностные сточные воды с территории предприятия.

Химический состав

Химический состав стоков целлюлозно-бумажной промышленности во многом определяется видом и способом производства, но в целом все они содержат большое количество взвешенных веществ органического происхождения. В их состав входят продукты разложения целлюлозы, попадающие в стоки в течение технологических процессов ее переработки. Помимо этого, эти сточные воды имеют высокую цветность, которая может доходить до 400о по хромо-кобальтовой шкале. В настоящее время существуют два способа, с помощью которых в целлюлозной промышленности идет переработка древесины: кислотный, иначе называемый сульфитным, и щелочной, или сульфатный. Основным сырьем в целлюлозно-бумажной промышленности служит древесное сырье из деревьев хвойных пород, но сульфатный способ позволяет перерабатывать и лиственную древесину.

Состав сульфатных стоков бумажной промышленности

В состав сульфатных стоков, с щелочной реакцией среды, находящейся в пределах 7,8-10,2 значений рН, входит около 70% органических веществ, включающих в основном лигнины, лактоны, смоляные и жирные кислоты, то есть трудноразлагаемая органика, образующая, к тому же, большое количество коллоидных взвесей. Неорганическая составляющая содержит солевые и щелочные растворы, состоящие из применяемых в технологии неорганических соединений, в состав которых входят сульфаты, карбонаты и хлориды натрия. Поэтому такие стоки отличает высокое значение ХПК, доходящее для стоков первичных стадий технологической переработки до 3000 мг/л. БПК при этом составляет около 800 мг/л. Соответственно, соотношение БПК/ХПК, определяющее возможность биологической переработки стоков, имеет значение меньше предельного, составляющего 0,4. По этой причине данные сточные воды требуют обязательной предварительной физико-химической очистки, в результате которой убирается цветность, сокращается концентрация загрязнений, которые находятся во взвешенном состоянии, или коллоидного раствора. Удаление азота и фосфора из таких стоков, как правило, не требуется, поскольку биогенные элементы содержатся в них в незначительных концентрациях.

Состав сульфитных стоков бумажной промышленности

Сульфитные стоки, имеющие кислую реакцию среды с рН 3,5-4,0, включают в себя всего лишь около 10% неорганики, остальная часть приходится на органические загрязнения. Примерно половина из них приходится на лигинсульфоновые кислоты, около сорока пяти процентов составляют моно- и полисахариды, а в оставшуюся часть входят смолы, белки, а также уксусная кислота. При производстве небеленой целлюлозы ХПК составляет 400 - 1000 мг/л при значении БПК, равном 163-380 мг/л, что говорит о меньшем, чем при сульфатном способе, содержании окисляющейся органики. При технологии беленой целлюлозы эти значения увеличиваются для ХПК до 1200-1500 мг/л и БПК до 400-800 мг/л, из-за использования в технологии производства хлоросодержащих окислителей. Но в том и другом случае, перед передачей этих стоков на стадию биологической переработки, требуется их физико-химическаяпредочистка, так как значения БПК/ХПК находятся в пределах, меньших оптимального значения. Количества азотных и фосфорных соединений в них так же незначительны, как и в стоках сульфатно-целлюлозных производств. 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%. 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.

отстойник дезинфекция сточный вода

3. Описание методов очистки сточных вод

Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения -сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода) .Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

Способы локальной очистки сильно загрязненных потоков сточной воды целлюлозно-бумажного производства

Системы очищения сточной воды целлюлозно-бумажного производства включают в себя установки механической, химической и биологической очистки. Они предназначены для удаления взвешенной, коллоидной и растворенной фазы загрязнений из сточной воды. Выбор методов и их комбинации на каждом этапе определяются исходными свойствами сточной воды, а так же требованиями, предъявляемыми к качеству очищенных стоков.

Механический метод

При механическом методе производится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке. На механическом этапе происходит задержание нерастворимых примесей .

Сооружения для механической очистки сточных вод:

-решётки (или УФС -- устройство фильтрующее самоочищающееся) и сита;

-песколовки;

-первичные отстойники;

-мембранные элементы;

-септики.



«Рисунок1- Схема механической очистки сточных вод»

Для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения применяются решётки и для более полного выделения грубодисперсных примесей -- сита. Максимальная ширина прозоров решётки составляет 16 мм. Отбросы с решёток либо дробят и направляют для совместной переработки с осадками очистных сооружений, либо вывозят в места обработки твёрдых бытовых и промышленных отходов.

Затем стоки проходят через песколовки, где происходит осаждение мелких частиц (песок, шлак, битого стекла т. п.) под действием силы тяжести, и жироловки, в которых происходит удаление с поверхности воды гидрофобных веществ путём флотации. Песок из песколовок обычно складируется или используется в дорожных работах.

В последнее время мембранная технология становится перспективным способом при очистке сточных вод. Эта технология применяется в комплексе с традиционными способами, для более глубокой очистки стоков и возврата их в производственный цикл.

Очищенные таким образом сточные воды переходят на первичные отстойники для выделения взвешенных веществ. Снижение БПК составляет 20-40 %]. В результате механической очистки удаляется до 60-70 % минеральных загрязнений, а БПК5 снижается на 30 %. Кроме того, механическая стадия очистки важна для создания равномерного движения сточных вод (усреднения) и позволяет избежать колебаний объёма стоков на биологическом этапе. Механические методы очистки используются для удаления грубодисперсных загрязняющих веществ. Коллоидная фаза и тонковзвешенные вещества могут быть удалены как с помощью методов физико-химической очистки, с применением коагулянтов и флокулянтов, способствующих образованию легкоосаждаемых пространственных агрегатов, так и с помощью безреагентной фильтрации, с использованием методов микрофильтрации и ультрафильтрации. Растворенные органические и неорганические вещества из сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности удаляются физико-химическими методами, такими как адсорбция, мембранная сепарация и ионный обмен. Часть растворенной фазы удаляется химическими методами, в которые входят окисление, восстановление и реагентное осаждение. Кроме того, для удаления взвешенных, коллоидных и растворенных в воде органических и некоторых неорганических веществ могут быть использованы методы биологической очистки, к которым относятся аэробное и анаэробное окисление.

В сточные воды целлюлозно-бумажного производства входят трудноокисляемые загрязнения, которые невозможно удалить с помощью механической очистки и путем биохимического окисления. К ним относятся ионогенные органические вещества, такие как кислотные пигменты, сульфонаты, лигносульфонаты и гуматы, в состав которых входит гидрофобная часть, состоящая из фенольных групп. Они лишь частично разлагаются при биологической очистке сточной воды и обладают низкой адсорбционной способностью, что не позволяет задерживать их с помощью методов фильтрации. Однако их ионогенные группы позволяют образовывать сложные нерастворимые в воде комплексные соединения с ионами многовалентных металлов, поэтому они могут быть удалены из сточной воды с помощью коагуляции. Следует отметить, что такие органические соединения не просто трудно разлагаются бактериями и микроорганизмами, но также понижают жизненную активность биоценоза, что в результате приводит к снижению эффективности работы установок биологической очистки. К этим трудно разлагаемым загрязнениям относятся в первую очередь экстрактивные вещества, содержащиеся в древесной коре и переходящие в стоки в процессе мокрого окоркования древесного сырья, в отделении его подготовки. Эти вещества составляют примерно половину ХПК первого потока сточной воды, отходящего из этого отделения. Принадлежащие к ним танинные соединения, кроме того, придают высокую цветность такой сточной воде, а так же обладают способностью к поглощению света и тепла. В первом потоке, помимо всего, содержится около половины взвешенных веществ, попадающих в сточные воды на всех стадиях производственного цикла. Поэтому такие стоки необходимо обрабатывать в локальной системе очистки, включающей стадию механической очистки, для удаления грубодисперсных примесей, и обработке коагулирующими и флоккулирующими реагентами, которые способны эффективно удалить имеющиеся в сточной воде трудноразлагаемые органические вещества в виде коллоидной фазы, а так же растворенные в воде. В этих целях могут быть применены установки для удаления грубодисперсных примесей, выпускаемые компанией NijhuisWaterTechnology, такие, как Аквагребень, представляющий собой самоочищающуюся решетку, с прозорами между ее клиновидными стержнями, составляющими от 1 до 15 миллиметров и позволяющий выделить из коросодержащего стока большую часть волокон и частиц коры. Более мелкие фракции отделяются с помощью ситяных отстойников и барабанных сит, решетки которых имеют отверстия клиновидной формы. У ситяных отстойников диапазон размеров ячеек находится в пределах от 0,25 до 2 миллиметров, а для барабанных сит он составляет от 0,5 до 2 миллиметров. Кроме этого, для отделения более мелких частиц в системах локальной очистки коросодержащих стоков могут быть использованы тканевые фильтры, устанавливаемые в барабанах обезвоживания для микропроцеживания и отделения мельчайших частиц древесины и коры. В этой разработке компании NijhuisWaterTechnology, барабанном фильтре NDF, размер тканевых пор составляет от 40 до 250 микрон, что позволяет максимально очистить обрабатываемые стоки от трудно разлагаемых грубодисперсных примесей.

Физико-химическая обработка с использованием коагулирующих и флокулирующих реагентов позволяет извлечь из сточной воды танины и прочие ионогенные органические вещества, путем образования комплексных соединений с многовалентными ионами коагулирующих реагентов. В этом качестве могут быть использованы реагенты на основе железа и алюминия, выпускаемые компанией «Кемира». К ним относятся сульфат алюминия являющийся одним из самых распространенных коагулянтов, а также полиоксихлорид алюминия, не теряющий коагулирующих свойств при пониженных температурах окружающей среды, а также полихлорид алюминия иалюминат натрия. Кроме того, «Кемира» производит и широкий спектр флокулянтов на основе полиакриламида, катионные, анионные и неионные, как в виде гранулированного порошка, так и в виде готового раствора. Варьирование по молекулярной массе и уровню заряда позволяет подобрать флокулянт, наиболее эффективный в отношении выделения коллоидной и растворенной фазы органических веществ, характерных для первого, коросодержащего потока сточных вод целлюлозно-бумажного производства. В зависимости от равномерности поступления сточной воды и ее количества, для обеспечения взаимодействия с реагентами используются флокуляторы непрерывного или периодического действия. К перовому типу относится трубный флокулятор PFR, а ко второму емкостной реактор NTR, также производимые компанией NijhuisWaterTechnology. Удаление сформировавшегося хлопьевидного осадка производится с помощью систем напорной или эжекторной флотации, выбираемых в зависисммости от размеров и свойств образовавшихся флоккул. В обработанных таким образом стоках будет значительно снижены показатели ХПК и БПК, а так же удалены инертные и трудноразлагаемые с помощью окисления бактериями и микроорганизмами органические соединения, что позволит отправить их на дальнейшую обработку, на стадию аэробной биологической очистки. В целом, стадия механической очистки используется для отделения грубодисперсных и тонкодисперсных включений из всех производственных потоков переработки целлюлозно-бумажного производства. Для отделения древесных и целлюлозных волокон, содержащихся во втором потоке сточных вод, так же могут быть использованы методы грубой и тонкой механической очистки, с применением установок макро- и микропроцеживания, к которым относятся барабанные сита, ситяные отстойники и тканевые фильтры барабанного типа, с предварительным отделением грубодисперсной составляющей на самоочищающихся механических решетках Aquarake (Аквагребень). Кроме того, так как в этих стоках, поступающих из цехов производства полуфабрикатов, картона и бумаги, плит из древесного волокна, содержится большое количество взвешенных веществ и каолина, для отделения твердой фазы при локальной очистке стоков этого состава возможно гравитационное разделение в тонком слое, с использованием пакета пластин специальной формы и конструкции. Использование пакетов пластин конструкции компании NijhuisWaterTechnology позволяет увеличить общую площадь тонкослойного разделения твердых веществ и жидкой фазы, в сравнении с аналогичными разработками, примерно на пятнадцать или двадцать процентов. Методы механической очистки и гравитационного разделения применяются и для очищения предварительно нейтрализованного третьего, четвертого и пятого потоков сточной воды, представляющих собой щелочные, а так же, в зависимости от применяемой технологии, сульфитные или сульфатные кислые стоки. Следует отметить, что локализация стоков чаще всего позволяет добиться большего эффекта очистки сточной воды, чем при их совместной обработке на общих сооружениях, так как на этих стадиях из сточной воды извлекаются трудно разлагаемые биологическим путем и разные по дисперсности примеси органического характера, а так же твердая фаза минеральных загрязнений. В целом, применение методов механической очистки позволяет извлечь до 90-95 процентов загрязняющих стоки целлюлозно-бумажного производства взвешенных веществ, а так же понизить показатель БПК на 20-25 %. Кроме тканевых фильтров, для микропроцеживания сточных вод, не содержащих коллоидной фазы и растворенной органики, могут использоваться также песчаные фильтры. К таким стокам, как правило, относятся условно-чистые сточные воды, которые после определенной подготовки могут быть использованы в оборотном водоснабжении. Компания NijhuisWaterTechnology выпускает песчаные фильтры непрерывного действия, с встроенной системой регенерации песка.

Биологический метод

В настоящее биологической очистке подвергается большинство промышленных и бытовых сточных вод перед их сбросом в водоемы. Принцип биологической очистки стоков состоит в том, что при некоторых условиях микробы способны расщеплять органику до простых веществ, таких как вода, углекислый газ, т.д. В настоящее биологической очистке подвергается большинство промышленных и бытовых сточных вод перед их сбросом в водоемы. Принцип биологической очистки стоков состоит в том, что при некоторых условиях микробы способны расщеплять органику до простых веществ, таких как вода, углекислый газ, т.д.

Биологические методы очистки сточных вод могут быть разделены на два типа, по типам микроорганизмов, участвующих в переработке загрязнителей стоков:

- аэробные биологические методы очистки промышленных и бытовых сточных вод (микроорганизмам при их жизнедеятельности необходим кислород);

-очистка стоков анаэробными микроорганизмами (которые живут без кислорода).

Методы очистки сточных вод с участием аэробных бактерий разделяются по типу емкости, в котором происходит окисление стоков. Емкостью может быть и биопруд, и биологический фильтр, и поле фильтрации. Однако суть самого метода очистки сточных вод, а именно минерализация органики остается неизменной. В естественных условиях очистка сточных вод происходит на полях фильтрации и в биопрудах. Поля фильтрации - это специальные участки, отведенные для сброса загрязненных сточных вод и заселенные почвенными аэробными бактериями. При попадании в почву, вредная органика сточных вод подвергаются окислению микроорганизмов, с конечным образованием углекислого газа и воды. Одновременно с процессами переработки органики сточных вод, имеет место синтез биомассы бактерий. Аэробное оксидация в биопрудах является процессом минерализации органики сточных вод под действием бактерий, живущих в воде. Биопруды являются водными объектами, в которых создано благоприятные для жизни микроорганизмов условия, такие как малая глубина, большое количество водорослей, насыщающих воду кислородом и т.п. Строительство биопрудов может быть использовано и для очистки производственных сточных вод, и для очистки рек, впадающих в водохранилища. Препятствием более широкого использования биопрудов и полей фильтрации является их сезонная работа, небольшая производительность по очистке стоков, необходимость отвода крупных площадей земли. В процессе очистки сточных вод в биологических фильтрах обработка стоков микробами проходит в искусственных сооружениях. В данных сооружениях в течение длительного времени могут поддерживаться оптимальные параметры для жизни микроорганизмов - значения температуры, рН, концентрации кислорода в воде и т.д. Очистка сточных вод в биологических фильтрах имитирует очистку микроорганизмами стоков на почве. Очистка сточных вод в аэротенках аналогична очистке в водоемах. Аэротенк - это емкость глубиной до 5-6 метров, которая имеет устройство нагнетания воздуха. Внутри аэротенка живут колонии микроорганизмов - на хлопьях ила. Данные колонии перерабатывают органику сточных вод.

После аэротенков чистая вода подается в отстойники. В отстойниках происходит осаживание активного ила с его последующим частичным возвращением обратно в резервуар. Биологический фильтр - это заполненная крупно зернистым материалом емкость. На частицах данного материала живут колонии микроорганизмов. Биологические фильтры легче обслуживать, нежели аэротенки. Они более надежны и способны переносить перегрузки по загрязнению и объему сточных вод. Как для любых биологических сообществ, для устройств биологической очистки стоков существуют предельные концентрации загрязнений, при превышение которых микроорганизмы могут погибнуть. В случае, если сточные воды содержат высокие концентрации органики, наиболее перспективным методом очистки стоков является анаэробный метод. Преимущество данного метода очистки заключается в меньших эксплуатационных расходах, так как в этом случае нет необходимости проводить аэрацию воды. Анаэробные реакторы, как правило, представляют собой металлические резервуары, содержащие минимальное количество сложного нестандартного оборудования. Однако жизнедеятельность анаэробных микроорганизмов связан с выделением в воздух метана, что требует организации специальной системы наблюдения его концентрации.

«Рисунок2-Схема станции анаэробного сбраживания с доочисткой в аэротенках»



Указанные выше методы очистки сточных вод применимы, если концентрации определенных загрязняющих агентов не превышает допустимые величины. Как правило, необходимо проводить три-четыре ступени предварительной очистки стоков. Кроме этого для сброса очищенных сточных вод в водоемы после био очистки бывает необходима их доочистка - например, при помощи озонирования. Существуют и так называемые особые, некондиционные сточные воды, которые проблематично очистить с использованием современных технологий очистки стоков. Данные сточные воды подвергаются утилизации закачке в естественные подземные резервуары. Однако утилизация сточных вод подобным способом возможна лишь в том случае, когда используемый для утилизации стоков подземный горизонт изолирован от горизонтов, используемых для хозяйственного и питьевого водоснабжения.

Типичная схема биологической очистки сточных вод с аэротенком

В начале биологических очистных сооружений обычно монтируются решетки, которые используются для удаления крупных частиц из потока. Эти частицы могут быть затем раздроблены и вновь возвращены в сточные воды.

Отстойники биологической очистки сточных вод

Первичные отстойники обычно используются для удаления взвешенных веществ и осветления сточных вод перед стадией биологической очистки. Вторичные отстойники используются в 2-х целях: для осветления сточных вод после биологической очистки и для уплотнения активного ила и его рецикла на биологическую очистку (в аэротенк, в анаэробный реактор) с целью повышения концентрации ила и окислительной (сбраживающей) способности биореактора. Отстойники подразделяют также на вертикальные, горизонтальные и радиальные. Вертикальные отстойники используются при расходе сточных вод не более 10 тыс. м3/сут. Горизонтальные отстойники применяют для средних и крупных станций водоочистки (с расходом сточной воды 10-100 тыс.м3/сут.). Радиальные - при расходах сточных вод свыше 100 тыс. м3/сут. Радиальные отстойники могут иметь диаметр до 100 м, обычно 24-50 м.

В 2-х ярусных отстойниках (эмшерах) верхний ярус используется для отстаивания, нижний - для сбраживания и уплотнения осадка

Эффективность биологической очистки сточных вод

Обычно отстаивание и биологическая очистка сточных вод не обеспечивают удовлетворительного удаления бактериальных загрязнений: степень удаления патогенных и других макроорганизмов составляет только 90-95%. Многие патогенные микроорганизмы выживают в сточных водах до 2-х недель, а некоторые до 10 недель. Яйца гельминтов попадают в водоемы со сточной водой в количестве 500-1000 шт/м3 даже при хорошей очистке воды от бактерий. Поэтому санитарно-эпидемиологическая безопасность воды обеспечивается только при условии ее обеззараживания. При этом степень снижения бактериальных загрязнений сточных вод на станциях полной биологической очистки с обеззараживанием повышается до 99,5-99,99%.

Для заключительной стадии биологической очистки сточных вод используется обеззараживание, чаще всего используют хлорирование, озонирование и обработку ультрафиолетовым излучением.

Дезинфекция сточных вод

Для окончательного обеззараживания сточных вод предназначенных для сброса на рельеф местности или в водоем применяют установки ультрафиолетового облучения. Для обеззараживания биологически очищенных сточных вод, наряду с ультрафиолетовым облучением, которое используется, как правило, на очистных сооружениях крупных городов, применяется также обработка хлором в течение 30 минут. Хлор уже давно используется в качестве основного обеззараживающего реагента практически на всех очистных сооружениях в городах России. Поскольку хлор довольно токсичен и представляет опасность, очистные предприятия уже активно рассматривают другие реагенты для обеззараживания сточных вод, такие как гипохлорит, дезавид (сам реагент и его компоненты не входят в список разрешённых к применению в целях обеззараживания. В ЕС основной компонент запрещен с 09.02.2010) и озонирование.

Физико-химические методы очистки сточных вод с применением коагулянтов.

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и влечении металлов, кислот и других неорганических веществ.

В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение физико-химических методов очистки сточных вод, основными из которых являются:

-флотация;

-сорбция;

-центрифугирование;

-ионообменная и электрохимическая очистка;

-гиперфильтрация;

-нейтрализация;

-экстракция;

-эвапорация;

-выпаривание, испарение и кристаллизация.

Важным этапом при очистке сточных вод является механическое обезвоживание осадка. На данный момент существует несколько технологий обезвоживания -- с помощью камерных фильтр-прессов, с помощью ленточных прессов и с помощью центрифуг (декантеров). Каждая технология имеет свои плюсы и минусы (занимаемая площадь, энергопотребление, стоимость и т. п.). При обезвоживании обычно используют реагент (флокулянт) для увеличения эффективности обезвоживания. В настоящее время широкое применение получает использование центрифуг для обезвоживания. Качество разделения жидкой и твердой фракции самое высокое из вышеупомянутых технологий.

Для обеспечения высокой степени очистки сточных вод в ряде случаев одной биохимической очистки производственных сточных вод недостаточно, поэтому в последние годы отмечено возрастающее применение физико-химических методов. Широкое распространение получили коагуляция и флотация. Реагентный способ очистки достаточно эффективен и прост. Этот способ можно применять практически при неограниченных объемах сточных вод. Совместное использование коагулянтов и флокулянтов позволит еще более расширить использование этих реагентов для очистки сточных вод. Большие резервы интенсификации метода коагуляции и флокуляции связаны как с более глубоким исследованием механизмов явлений, сопровождающих эти процессы, так и с более эффективным использованием различных физических воздействий. Данные зарубежных исследований показывают, что значительного повышения

эффективности реагентного способа можно добиться оптимизацией технологии очистки, предусматривающей смешение реагентов с водой, а также подбором используемых коагулянтов и флокулянтов. Эффективность реагентного способа можно также повысить, применяя физические воздействия на обрабатываемую воду и водные системы (например, электрические и магнитные поля, ультразвук, радиацию и другие способы). Однако внедрение этих методов интенсификации коагуляции и флокуляции тормозится недостаточной изученностью процессов, протекающих на молекулярном и ионном уровне. Очистка производственных сточных вод реагентным способом включает несколько

стадий, основными из которых являются:

- приготовление и дозирование реагентов;

- смешение реагентов с водой;

- хлопьеобразование;

- отделение хлопьевидных примесей от воды.

Наибольшее применения в качестве коагулянтов получили сульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия и хлорид железа(III). В несколько меньшем масштабе используются сульфаты железа, смешанные коагулянты в виде солей алюминия и железа. Заметно в меньших количествах используют алюмоаммонийные и алюмокалиевые квасцы. Возрастает использование коагулянтов, в первую очередь железа и алюминия, получаемых электрохимическим способом. В этом случае их свойства как коагулянтов резко улучшаются. Реагенты как в твердом, так и в виде концентрированных растворов, необходимо доводить до рабочей концентрации (5-15%). В связи с этим следует проанализировать растворение солей и в первую очередь солей алюминия и железа

Эффективность очистки сточных вод с использованием коагулянтов и флокулянтов в значительной мере зависит от точности поддержания основных параметров. Основными параметрами регулирования являются pH обработанных сточных вод, электропроводность, мутность, окислительно-восстановительный потенциал. Для технологии очистки воды и обезвреживания осадков большое значение имеет рациональное использование реагентов, так как годовой расход только флокулянтов составляет сотни тонн. Определение оптимальной дозы реагентовпредставляет собой весьма сложную задачу, так как в практике очистки воды возможно одновременное изменение ряда факторов, например состава и количества примесей. При коагуляции примесей в объеме воды и при контакте с зернистой загрузкой оптимальная доза будет различной, так как кинетические условия коагуляции на поверхности фильтрующего материала значительно лучше, чем в объеме воды.

Применяются методы математического моделирования, позволяющие определить оптимальный режим электрохимической обработки. Существующие устройства для автоматического дозирования реагентов дают возможность, как правило, поддерживать только их расход, установленный на основе предварительных исследований. Поддержание оптимальной дозы реагентов для соблюдения основных качественных параметров процесса коагуляции пока еще затруднено.

Перемешивание воды с реагентами целесообразно осуществлять в две стадии, причем первую стадию проводить в режиме, приближающемся к режиму идеального смешения, а вторую - в режиме идеального вытеснения по жидкой фазе. Это обусловлено тем, что на первой стадии должно быть обеспечено равномерное распределение реагента по всему объему очищаемых сточных вод, а на второй - создание условий, исключающих распад образовавшихся агломератов частиц загрязнений. Первый режим можно осуществить, например, а аппарате с интенсивно вращающейся мешалкой, а второй - в слое взвешенного осадка.

Как показывают результаты многих исследований, процесс перемешивания воды с реагентами, в частности с неорганическими коагулянтами, необходимо проводить с максимальной скоростью. Оптимизация режима смешения коагулянта с водой может привести к более эффективному использованию, а в некоторых случаях и к сокращению расхода коагулянта.

В направлении интенсификации перемешивания воды с реагентами развивается и разработка смесителей. Рекомендуется при выборе типа, конструкции и режима действия перемешивающих устройств на стадиях быстрого смешения воды с реагентами и медленного перемешивания воды в камерах хлопьеобразования учитывать закономерности коагуляционного структурообразования, определяющие начальные значения скоростного градиента, необходимость постепенного перемешивания и концентрации твердой и жидкой фаз на поверхности раздела. Быстрое перемешивание реагентов с водой может быть достигнуто в электромагнитных смесителях. Электромагнитные смесители целесообразно применять прежде всего при контактировании воды с растворами электролитов, например с растворами кислот, щелочей, солей. Наиболее просты в аппаратурном оформлении смесители, содержащие камеру электрообработки, в которой установлены два или несколько электродов. В результате воздействия электрического поля на растворы электролитов происходит эффективное смешение воды с коагулянтом, что позволяет существенно сократить время перемешивания, а также расход реагентов на очистку стоков. Электролиз проводят, как правило, в режимах без заметного выделения газов (кислорода и водорода)

Другим простейшим вариантом электромагнитного перемешивания является использование генераторов магнитного поля, устанавливаемых на участке трубы, где одновременно подают воду и раствор коагулянта (электролита). Такие смесители весьма просты и их легко установить практически на любом участке технологической линии. Кроме того, смесители с использованием постоянных магнитов могут быть установлены в помещениях любой категории.

Очистка сточных вод целлюлозно-бумажного производства методом комплексообразования.

Проблема влияния целлюлозно-бумажного производства (ЦБП) на состояние водных экосистем носит многоплановый характер. Для ее решения требуется, с одной стороны, совершенствование технологических процессов, а с другой -- разработка эффективных систем водоочистки с учетом экологических требований. Для предприятий, производящих целлюлозу сульфитным (бисульфитным) способом, характерно наличие щелокосодержащих стоков с большим количеством лигнинных загрязнений, что осложняет биологическую очистку сточных вод, принятую в ЦБП. А поскольку при использовании биологической очистки лигносульфонаты (ЛС) практически не разлагаются, то большая их часть сбрасывается в водоемы. Остроту положения усугубляют объемы стоков, содержащих эти загрязнители -- 60 -- 800 м/т целлюлозы В настоящее время на многих предприятиях ЦБП снижен отбор щелоков на выпарку или они вообще не упариваются. Сброс щелока и после дрожжевой бражки, как и недостаточно очищенных сточных вод, в естественные водоемы значительно повышает химическое потребление кислорода (ХПК) в них и нарушает экологическое равновесие.

Извлечение лигнинсодержащих соединений путем комплексообразования основных загрязняющих веществ сточных вод ЦБП и перевод их в нерастворимые комплексные соединения позволит повысить эффективность очистки стоков и снизить загрязненность водных объектов. Образующиеся осадки -- комплексы представляют собой органическое сырье, которое может быть использовано в следующих направлениях:

- для получения сорбентов тяжелых металлов [2];

- в качестве компонентов искусственных почвогрунтов для рекультивации земель, нарушенных техногенным воздействием [3];

-в качестве топлива с высокой теплотворной способностью (низшая теплота сгорания 5067 ккал/кг).

Ранее было показано, что анионный полиэлектролит (ПЭ) лигносульфонат натрия (JIC-Na) способен к межмолекулярному взаимодействию с противоположно заряженным кати-оноактивным ПЭ полиэтиленпо-лиамином (ПЭПА) с образованием полиэлектролитных комплексов, стабилизированных электростатическими, водородными связями и силами Ван-дер-Ваальса [4, 5].

В экспериментах были использованы технические ЛС-Na филиала ОАО "Группа "ИЛИМ" в г. Коряжме (ТУ 13-0281036-029-94) и технический ПЭПА (ТУ 2413-357-00203447-99). Осаждение ЛС проводили с использованием ПЭПА. Готовили модельные водные растворы технических ЛС-Na с концентрацией 1 -- 10 г/л. Отношение ПЭПА к ЛС-Na (Z) составляло от 0,001 до 1. Значение Z=0,1 наиболее близко к эквимолярному в пересчете на содержание ионогенных групп ПЭ, участвующих в координации при образовании комплекса-осадка.

Содержание ЛС-Na в растворе до и после комплексообразования определяли спектрофотометрическим методом по изменению оптической плотности в УФ-области спектра при длине волны 280 нм на спектрофотометре Specord М40.

Установлено, что температура (от 20 до 60 °С) и продолжительность процесса (от 5 мин до 24 ч) не оказывают существенного влияния на выход комплекса-осадка. Во всей области исследуемых концентраций ЛС-Na при 2=0,1 1 степень извлечения ЛС-Naполиамином составляет 60 - 96 % (рис. 1).

Разработанный метод был применен для очистки сточных вод и апробирован на реальных лигносульфонатсодержащих сточных водах филиала ОАО "Группа "ИЛИМ" в г. Коряжме.

Пробы сточных вод были отобраны в трех точках (в каждой точке по три пробы);

- точка 1 -- канал общего стока цеха переработки сульфитных щелоков производства вискозной целлюлозы (ПВЦ), принимающий сточные воды выпарного цеха, сушильной установки ЛС, производства дрожжей и этилового спирта. В их состав входят ЛС, дрожжи, спирты этиловый и метиловый, углеводы; рН = 4,0 + 7,5; окисляемость до 3000 мгО/л;

- точка 2 -- канализация варочного цеха ПВЦ, в которую сбрасываются сточные воды варочного цеха, содержащие отработанный сульфитный щелок и волокно. В их состав входят кислые соли сульфита натрия, Л С, соединения муравьиной, уксусной и альдоновой кислот, углеводы, метанол, фурфурол, формальдегид и незначительное количество цимола; рН < 8,5; содержание взвешенных веществ <35 мг/л; окисляемость до 1500 мгО/л;

-точка 3 -- канал общего стока ПВЦ, принимающий сточные воды кислотного и варочного цехов, сточные воды со склада соды; рН = 4,3 9,7; содержание взвешенных веществ < 70 мг/л; окисляемость до 1800 мгО/л. Кислые воды содержат сернистый ангидрид, серную и сернистую кислоты, сульфит натрия, незначительное количество взвешенных веществ в виде частиц огарка, сублимированной серы и известняка, углеводы, уксусную кислоту, этанол, лигносульфоновые кислоты, а также кальцинированную соду.Каждую пробу сточных вод очищали методом комплексообразования. По стандартным методикам определяли цветность, окисляемость, ХПК исходных и очищенных стоков, а также содержание в них ЛС (рис. 2).

Но хотя степень извлечения ЛС из модельных водных растворов несколько возрастает при увеличении 2 от 0,1 до 1, однако качественные характеристики очищенных сточных вод ухудшаются. Таким образом, оптимальным следует считать 2 = 0,1.

В результате очистки сточных вод методом комплексообразования показатели качества изменились следующим образом: содержание ЛС-Na снизилось в среднем в 20 раз, цветность -- в 10 раз, окисляемость -- на 40%, ХПК - на 30 %.

Таким образом, предлагаемый способ можно использовать для локальной очистки лигносульфонатсодержащих сточных вод с целью снижения нагрузки на станцию биологической очистки. Образующийся комплекс-осадок можно применять в качестве сорбента ионов тяжелых металлов из растворов, компонента искусственных почвогрунтов или топлива с высокой теплотворной способностью.



4. Составление схемы очистки сточных вод

«Рисунок3-Технологическая схема очистки сточных вод с использованием мембранной установки»

На рис. 3 приведена схема очистки воды после стадии промывки, которая присутствует во всех технологических процессах производства целлюлозы. В предлагаемой схеме слабый щелок поступает на мембранный аппарат. Полученный концентрат объединяют с крепким щелоком для дальнейшей регенерации и утилизации, а очищенную воду возвращают в технологический процесс. Использование обратноосмотической очистки воды после стадии промывки целлюлозы позволит снизить расход свежей воды на 4,5 - 6 м на тонну продукции. В результате использования такой схемы снижается нагрузка на очистные сооружения, поскольку полностью исключаются поступления слабого щелока в сточные воды предприятия.

5. Методы контроля состояния очистки сточных вод

Производственный контроль качества сточных вод.

В результате работы очистных сооружений различных типов в воздух рабочей зоны и в атмосферный воздух жилых районов могут выделяться химические вещества, входящие в состав сточных вод, а также газов, образующихся при биологическом разложении органических веществ - жиров, нефтепродуктов и т.п. В первую очередь это аммиак и сероводород. Ответственность за соблюдение нормативов при сбросе сточных вод в водоемы несет предприятие, эксплуатирующее системы водоотведения (городскую канализацию).

Опасность раздражающего действия на людей может возникнуть при выделении газообразных веществ из сырого осадка, резервуаров, других емкостей очистных сооружений, при очистке водосточных сетей, сливных и насосных станций. С учетом этого «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов» (новая редакция) предусматривает организацию санитарно-защитных зон (СЗЗ) и создание определенных нормативных расстояний до жилых домов от систем очистки сточных вод различной производительности.

При нарушении гигиенических требований утилизации и хранения осадок из очистных сооружений опасен для объектов окружающей природы при миграции в сопредельные среды - воду водоемов, почву. Непосредственный контакт с сырым осадком может стать причиной заражения персонала, обслуживающего очистные сооружения (в первую очередь это актуально для биофильтров, жироуловителей пищевых объектов и систем очистки стоков от инфекционных отделений больниц), кишечными инфекциями и глистными инвазиями.

Условия выпуска в канализационную сеть.

В систему городской канализации принимаются сточные воды Предприятий, которые не нарушают работу канализационных сетей и сооружений, обеспечивают безопасность их эксплуатации и могут быть обезврежены вместе со сточными водами сбрасываемыми населением в соответствии с требованиями и нормативами Правил охраны поверхностных вод от загрязнения возвратными водами, утвержденными постановлением Кабинета Министров Украины от 25.03.99 № 465.

Сточные воды, которые подлежат приему в городскую канализационную сеть, не должны:

- содержать горючие примеси и летучие газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси;

- содержать вещества, которые способны загромождать трубы, колодцы, решетки или откладываться на их поверхностях (мусор, грунт, абразивные порошки и прочие грубодисперсные взвеси, стекло, гипс, известь, песок, металлическую и пластмассовую стружку, жиры, смолы, мазут, хлебные дрожжи и прочее);

- содержать только неорганические вещества или вещества, которые не поддаются биологическому разложению;

- содержать вещества, для которых не установлены предельно допустимые концентрации (далее - ПДК) для воды водоемов или токсичные вещества, которые препятствуют биологической

очистке сточных вод, а также вещества, для определения которых не разработаны методы аналитического контроля;

- содержать опасные бактериальные, вирусные, токсичные и радиоактивные загрязнения;

- содержать биологически жесткие синтетические поверхностно-активные вещества (далее - СПАВ), которые трудно разрушаются;

- иметь температуру выше 40оС;

- иметь рН ниже 6,5 или выше 9,0;

- иметь химическое потребление кислорода (далее - ХПК) выше биологического потребления кислорода за 5 суток (далее БПК5) более чем в 2,5 раза;

- иметь БПК, которое превышает указанное в проекте очистных сооружений канализации данного населенного пункта;

- содержать загрязняющие вещества с превышением допустимых концентраций, установленных Правилами приема.

Категорически запрещается сбрасывать в городскую канализационную сеть:

- кислоты, растворители, растворы, которые содержат или образуют при смешении со сточными водами сероводород, сероуглерод, оксид углерода, цианистые соединения, легколетучие углеводороды и прочие токсичные, горючие и взрывоопасные вещества;

- концентрированные регенерационные, маточные и кубовые растворы, сточные воды Предприятий, степень очистки которых недостаточна и загрязняющие вещества превышают допустимые концентрации (ДК). - нормативно чистые,

- дренажные;

- сток атмосферных осадков.

- сточные воды, в которых содержатся радиоактивные, токсичные вещества, соли тяжелых металлов и бактериальные загрязнения, в т.ч. сточные воды инфекционных лечебных учреждений и отделений;

- сточные воды Предприятий, взаимодействие которых может привести к образованию эмульсий, токсичных или взрывоопасных газов, а также большого количества нерастворимых в воде веществ.

Такие сточные воды перед выпуском в горканализацию должны быть обезврежены и обеззаражены на локальных очистных сооружениях Предприятий с обязательной утилизацией или захоронением образованных осадков с информированием Предприятиями Водоканала о принятых мерах.