Обеспечение экологических аспектов очистки сточных вод крупного машиностроительного предприятия, сбрасываемых в бассейн реки Волга Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 628.3

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД КРУПНОГО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ, СБРАСЫВАЕМЫХ В БАССЕЙН РЕКИ ВОЛГА

© 2014 Е.В. Алекина, И.А. Сумарченкова

Самарский государственный технический университет

Поступила в редакцию 13.01.2014

Рассмотрены экологические аспекты очистки сточных вод крупного машиностроительного предприятия. Показана принципиальная схема очистки сточных вод, состоящая из трёх основных узлов: узла обезвреживания хромсодержащих стоков; узла переработки концентрированных стоков и узла переработки смешанных производственных стоков. Ключевые слова: сточные воды, предприятие, очистка

Экологическая ситуация в бассейне реки Волга создается многими факторами в том числе сточными водами большинства промышленных предприятий [1-8]. На машиностроительном предприятии образуется большое количество сточных вод на гальванических участках и участках травления [1, 5, 7, 8]. Для их очистки используются очистные сооружения по обезвреживанию кислотно-щелочных, хром- и цианосодержащих стоков. Целью работы является оценка эффективности очистки с целью ее оптимизации на примере крупного машиностроительного предприятия.

В настоящее время все образующиеся на крупном машиностроительном предприятии сточные воды отводятся по 3-м существующим системам:

- ливневая канализация;

- промышленная канализация;

- хозяйственно-фекальная канализация.

В ливневую канализацию поступают поверхностные (ливневые и талые), а также условно чистые сточные воды, которые без очистки сбрасываются в реку.

Промывные кислотно-щелочные сточные воды с гальванических участков и участков травления, обезвреженные хромсодержащие и циан-содержащие стоки по системе промышленной канализации поступает на станцию нейтрализации. Очищенные промышленные стоки поступают в хоз.-фекальную канализацию, смешиваются с хоз.-фекальными сточными водами и сбрасываются в сети МП «Самара-Водоканал».

Производственные кислотно-щелочные сточные воды по системе промышленной канализации поступают на станцию нейтрализации (очистные сооружения), принципиальная схема которой показана на рис. 2.

Алекина Елена Викторовна, доцент. E-mail: bjd@list.ru Сумарченкова Ирина Александровна, доцент. E-mail: bjd@list.ru

В состав очистных сооружений для очистки кислотно-щелочных стоков входит следующее оборудование: насосная станция, колодец-гаситель; 2-х секционный нейтрализатор; 2-х секционный горизонтальный отстойник-нефтеловушка; 4 автоматических камерных фильтр-пресс; накопитель отработанных кислых электролитов; накопитель отработанных щелочных электролитов. Промывные сточные воды собираются в накопителе, перекачиваются в нейтрализатор. По показаниям рН-метра в нейтрализатор дозируются кислота или щелочь для корректировки рН до значения 9,0. Нейтрализованные стоки поступают в горизонтальный отстойник, где происходит разделение суспензии на осветленную часть и осадок. Осадок периодически выводится для обезвоживания на фильтр-прессах. Осветленная часть сливается в заводскую хозяйственно-фекальную канализацию.

Для обезвреживания производственных ци-ансодержащих сточных вод используются озо-наторные установки. Концентрация цианидов СМ- в поступающих на установку стоках составляет 5-50 мг/л. В обезвреженных стоках цианиды не обнаруживаются. Очищенные стоки сливаются в промышленную канализацию и поступают на очистные сооружения вместе с основным потоком.

Производственные хромсодержащие сточные воды собираются в отдельных емкостях, откуда перекачиваются для последующей обработки на электрокоагуляционной установке в емкость. Концентрация хрома шестивалентного (Сг6+) в стоках достигает 500 мг/л и выше. Для снижения концентрации хрома до 50 мг/л стоки разбавляют водопроводной водой в другой емкости. Разбавленный сток подается на электрокоа-гуляционную установку, состоящую из приемного резервуара-усреднителя, накопителей сточных вод и щелочи, баков для растворов №С1, 6 элект-

1675

Рис. 1. Принципиальная схема отвода формирующихся на предприятии сточных вод

обезврежен ны: Сг-сток

неитрализатор

У=109,5 м3

щелочной сток

обезвреженный СК-сток

У=109,5 м3

горизонтальный отстоиник

У=350 м3

У=350 м3

в хоз.-фекальную канализацию

осадок на обезвоживание на фильтр-пресс

Рис. 2. Принципиальная технологическая схема очистных сооружений (станции нейтрализации)

рокоагуляторов, источников питания, насосов. Обезвреженный хромсодержащий сток собирается в емкости, откуда подается в накопитель очистных сооружений, где смешивается и очищается вместе с основным потоком.

Проведено обследование и анализ водоотве-дения предприятия ФГУП «ГПН РКЦ «ЦСКБ-Прогресс» с целью определения основных загрязняющих факторов и выделения потоков, формирующих объем производственных сточных вод. За период 2005-2010 гг. были отобраны пробы и проведены исследования на содержание в воде соединений алюминия, цинка, меди, железа и др. в сточных вод, прошедших очистные сооружения перед сбросом в системы канализации МП «Самара-Водоканал».

Результаты исследований представлены в табл. 1.

По результатам исследований, приведенным в табл.1:

- установка для обезвреживания циансодер-жащих сточных вод обеспечивает требуемую степень очистки;

- существующая установка обезвреживания хромсодержащих стоков обеспечивает эффективную очистку стоков от шестивалентного хрома (восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного и высаждение его в виде гидроксида (отсутствие Cr6+ в воде на выходе из отстойника)), но вносит значительное количество железа в ходе процесса электрокоагуляции в общий поток сточных вод;

- к причинам низкой эффективности применяемой технологии очистки производственных кислотно-щелочных стоков следует отнести: неравномерность поступления стоков в отстойники вследствие малого объема накопителя, низкую величину рН нейтрализованных стоков, отсутствие обработки нейтрализованного раствора флокулянтом.

Для повышения эффективности системы очистки сточных вод ФГУП «ГПН РКЦ «ЦСКБ-Прогресс» и с целью создания замкнутого водо-оборота с возвратом очищенной воды на операции промывки необходима реконструкция существующей установки, состоящая из следую-

1676

Таблица 1. Результаты анализа проб сточных вод

Показатель Ед. изм. Вход на ОС Выход из ОС Вход в ЭК Выход из ЭК К-С 1 К-С 45

рН ед.рН 7,46 7,51 - - 7,55 5,64

Жесткость общая мг-экв/л 10,8 - - - - -

Кальций (Са) мг/л 149,0 - - - - -

Магний (Mg) мг/л 40,2 - - - - -

Щелочность мг-экв/л 4,7 4,6 - - 6,0 -

Аммиак (N0/) мг/л 1,7 1,5 - - 2,0 -

Нитраты (N03") мг/л 48 37,5 - - 1,5 -

Сульфаты (8042-) мг/л 395 413 - - 500 -

Фосфаты -орто (Р043")/-поли (Р043-) мг/л 0,02 / 0,56 0,01 / 0,04 - - 0,1 / 0,14 -

Фториды (Б-) мг/л 0,52 0,59 - - 0,62 -

Хлориды (С1-) мг/л 94 76 - - 61 -

Цианиды (С№) мг/л 0,001 0 - - 0 -

Алюминий (А1) мг/л 3,232 1,858 - - - -

Железо ^бщ.) мг/л 9,5 10,5 0,36 290 0,76 -

Кадмий (Сф мг/л 0,069 0,026 - - 0,005 -

Калий (К) мг/л 5,14 4,96 - - 1,36 -

Натрий (№) мг/л 146 118 - - 119 -

Медь (Си) мг/л 0,063 0,027 - - 0,002 -

Никель (N1) мг/л 0,087 0,042 - - 0,0003 -

Свинец (РЬ) мг/л 0,102 0,147 - - 0,055 -

Хром (СГобщ.)/(Сг6+) мг/л 0,554 / 0 0,596 / 0 34,5 / 34,5 31,0 / 0 0,008 / 0 -

Цинк (2п) мг/л 0,195 0,062 - - 0,022 -

Олово (8п) мг/л 0,0013 - - - - -

Марганец (Мп) мг/л 0,11 - - - - -

Кремний (81) мг/л 4,1 - - - - -

щих основных узлов: узел обезвреживания хром-содержащих стоков; узел переработки концентрированных стоков; узел переработки смешанных производственных стоков.

УЗЕЛ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ХРОМСОДЕРЖАЩИХ СТОКОВ

Принципиальная схема узла обезвреживания хромсодержащих сточных вод представлена на рис. 3.

Исходные сточные воды собираются в приемной емкости Е1, откуда насосом Н1 подаются в электрокоагулятор ЭК с растворимыми железными анодами, где происходит восстановление ионов шестивалентного хрома до трехвалентного и высаждение его в виде гидроксида.

Из электрокоагулятора водная суспензия через камеру смешения КС направляется в отстойник, снабженный тонкослойными элементами ТО для разделения суспензии на осветленную часть и осадок. Для улучшения процесса хлопье-образования в суспензию перед камерой смешения КС из емкости Е2 насосом НД1 дозируется раствор флокулянта.

Осветленная вода собирается в емкости Е3 и далее для тонкой очистки от следовых количеств тяжелых металлов направляется на узел доочис-тки в фильтр с зернистой загрузкой ФЗ, после чего осветленная вода подлежит дальнейшей переработке с основным потоком.

Промывка зернистого фильтра ФЗ осуществляется осветленной водой из емкости Е3 насосом Н3. Загрязненная промывная вода отводится в голову процесса - в емкость Е1.

Осадок (суспензия гидроксидов металлов) из тонкослойного отстойника ТО выводится на узел обезвоживание очистных сооружений, куда также направляется и осадок из электрокоагулятора ЭК.

УЗЕЛ ПЕРЕРАБОТКИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОКОВ

Принципиальная схема узла переработки концентрированных стоков представлена на рис. 4.

Концентрированные стоки в количестве 0,18 м3/ч поступают в емкость Е4, где осуществляется их нейтрализация растворами щелочи или кислоты, которые дозируются из емкостей Е5 и Е6 насосами НД2 и НД3 соответственно пропорцио-

1677

осадок на узел обезвоживания ОС

Рис. 3. Принципиальная схема узла обезвреживания хромсодержащих сточных вод

NaOH H2SO4

Е5

Е6

НД2

конц. р-ры

©©"НДО

ФП2

осветленная участь в Е13

Н4

тв.осадок на утилизацию

Рис. 4. Принципиальная схема узла переработки концентрированных стоков

нально показаниям рН-метра. Из емкости Е4 образовавшаяся суспензия насосом Н4 подается на фильтр-пресс ФП2, где разделяется на осветленную часть и осадок. Осветленная часть подается в емкость Е13 узла выпаривания, а осадок с влажностью до 80% направляется на утилизацию.

УЗЕЛ ПЕРЕРАБОТКИ СМЕШАННЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОКОВ

Принципиальная схема 1 -ой ступени установки очистки сточных вод представлена на рис. 5.

Исходные промывные воды собираются в накопителе Е7, откуда насосом Н5 подаются в

тонкослойный отстойник ТО. С целью высажде-ния примесей тяжелых металлов производится реагентная обработка стоков. Для этого из емкости Е8 насосом НД4 пропорционально показаниям рН-метра дозируется щелочь для доведения рН сточных вод до значения 9,5-10, а из емкости Е9 насосом НД5 для улучшения процесса хлопьеобразования дозируется раствор флоку-лянта. В отстойнике, снабженном тонкослойными элементами ТО, суспензия делится на осветленную часть и осадок.

Осветленная вода собирается в емкости Е10 и далее для тонкой очистки от следовых количеств тяжелых металлов направляется на узел доочистки в фильтры с зернистой загрузкой ФЗ, после чего осветленная вода подлежит переработке на 2-ой ступени очистки.

Промывка зернистого фильтра ФЗ осуществляется осветленной водой из емкости Е11 насосом Н8. Загрязненная промывная вода отводится в голову процесса - в емкость Е7.

Осадок (суспензия гидроксидов металлов) из тонкослойного отстойника ТО выводится на обезвоживание в осадкоуплотнитель ОУ и далее насосом Н6 подается на фильтр-пресс ФП.

Обезвоженный осадок после фильтр-пресса ФП с влажностью до 80% направляется на ути-

обезвреженный Cr-сток

пром.воды

NaOH флокулянт

пр. воды ^.в Е7

осветл. вода в Е11

гтв.осадок на утилизацию

Рис. 5. Принципиальная схема блока предочистки (1-я ступень) установки очистки сточных вод

и узла обработки концентрированных стоков

1678

лизацию. Фильтрат после фильтр-пресса ФП направляется в емкость Е10 и подвергается дальнейшей обработке с основным потоком.

Принципиальная схема 2-ой ступени установки для доочистки воды после электрокоагуляции представлена на рис.6.

Осветленная вода из емкости Е11 через барьерный фильтр Ф насосом Н9 подается на первую ступень обратноосмотической мембранной установки ООМ1, укомплектованной рулонными мембранными элементами. В процессе разделения исходный поток делится на два: пермеат -очищенная и обессоленная до требуемых показателей вода и концентрат, содержащий сконцентрированные извлекаемые примеси. Очищенная вода собирается в емкости Е12 и насосом Н10 подается на повторное использование на операции промывки. Концентрат первой ступени подвергается дополнительному доконцентрирова-нию на второй ступени мембранной установки ООМ2. Для этого концентрат высоконапорным насосом Н11 подается на мембранные аппараты второй ступени, где происходит разделение потока на две части: фильтрат, который отводится в емкость Е11, где смешивается с исходным потоком, и концентрат.

Концентрат обратного осмоса направляется на выпарную установку - энергосберегающий выпарной аппарат на базе 3-х ступенчатого испарительного блока с вертикально-трубчатыми пленочными испарителями. В испарителе используются теплообменные трубы специального профиля для интенсификации теплообмена и снижения отложений в трубах. Установка работает следующим образом: исходный раствор-концентрат поступает в кубовую часть испарителя ИП. В кубовой части циркуляционными насосами солевой раствор подается на верхние трубные решетки и через распределительные насадки поступает в теплообменные трубы. В трубах солевой раствор тонкой пленкой, испаряясь, стекает в кубовую часть испарителя: в первой ступени за счет тепла греющего пара от внешнего источни-

ка (магистральный пар или, при его отсутствии, от электропарогенератора), в последующих ступенях - за счет вторичного пара, образовавшегося в предыдущих ступенях испарителя. Солевой концентрат из последней ступени испарителя, упаренный до требуемой концентрации, выводится в сборник концентрата. Процесс выпаривания проходит при вакууме, в конденсаторе разрежение - до минус 0,09 МПа. Конденсат вторичного пара (дистиллят) выводится из установки в сборник дистиллята и далее возвращается в емкость фильтрата. Теплота конденсации пара последней ступени отводится охлаждающей (оборотной) водой в конденсаторе. Неконденсирующиеся газы из конденсатора вакуумным насосом ВН выводятся в атмосферу.

Кубовый концентрат, обогащенный солями до насыщенного состояния, поступает в приемную емкость поз.Екц и, далее, направляется на узел кристаллизации при охлаждении или, при желании Заказчика, подается для дальнейшего концентрирования на 2-ю ступень выпаривания в роторно-пленочный испаритель для получения кристаллов солей в виде твердого осадка ( на схеме не показан), которые подлежат утилизации.

Суспензия солей из емкости концентрата поз. Е насосом поз. Н подается в емкость-кри-

кц кц 1

сталлизатор поз. Кр, снабженную перемешивающим устройством и змеевиком для охлаждения раствора насыщенных солей до температуры 20°С. Образующаяся суспензия поступает в оса-дительную центрифугу поз. Ц. В центрифуге поз. Ц под действием центробежной силы происходит дальнейшее сгущение и отделение солей от маточника (фугата). При этом фугат, представляющий собой насыщенный раствор солей, отводится в емкость концентрата на повторное выпаривание поз. Екц, а кристаллы соли с влажностью 20% выгружаются в контейнеры и направляются на место складирования для последующей утилизации.

Данные по составу сточных вод приведены в табл. 2.

обезвреженный

осветл. вода

из ФЗ 4

Е11

__ООМ1 _

чНЗНЕЬЭО!

ф Н9 | Н11

ООМ2

осветл. вода из ФП2

Е13

О

Н12

ВА

Е12

очище

очищенная вода на Н10 повторное использование

üb

Кр

конденсат ВОО

Нкц

i

соль на утилизацию

У

Рис. 6. Принципиальная схема блока доочистки (2-я ступень) установки очистки сточных вод

Е

кц

Ц

1679

Таблица 2. Состав исходных и очищенных стоков

Категория 2 по ГОСТ 9.314-90

Исходные Очищенные Вода для

Показатель Ед. изм. сточные воды сточные воды, гальв анического

, мг/л мг/л производства и схемы промывок

рН ед. рН 7,46 6,5 -7,5 6,5-8,5

Алюминий (А1) мг /л 3,232 <0,05 -

Железо (Реобщ.) мг/л 9,5 <0,05 0,1

Кадмий (Сф мг/л 0,069 <0,05 -

Медь (Си) мг/л 0,063 <0,25 0,3

Никель (N1) мг/л 0,087 <0,05 0,1

Свинец(РЬ) мг/л 0,102 <0,05 -

Хром СГобщ. мг/л 0,554 <0,03 0,5

Цинк (2и) мг/л 0,195 <0,5 1,5

Нитраты (N03") мг/л 48 15 15

Сульфаты (8042") мг/л 395 50 50

Фосфаты -орто (Р043")/-поли (РО43-) мг/л 0,02/0,56 <0,5 3,5

Фториды (Р-) мг/л 0,52 <0,5 -

Хлориды (С1-) мг/л 94 35 35

ВЫВОДЫ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Определено состояние существующего оборудования очистных сооружений и показаны причины неудовлетворительной работы и, как следствие, возникновение повышенных концентраций примесей в промышленном стоке предприятия.

2. Отобраны пробы сточных вод на входе и выходе из очистных сооружений, исходного и обезвреженного на установке электрокоагуляционной очистки хромсодержащего стока. Выполнен анализ отобранных проб на содержание загрязняющих примесей, подобранна схема очистки.

3. Для исключения сброса промывных вод в канализацию и организации замкнутого водо-оборота предлагается разработать проект и изготовить установку очистки сточных вод, состоящую из 3-х основных узлов: узла обезвреживания хромсодержащих стоков; узла переработки концентрированных стоков и узла переработки смешанных производственных стоков.

Реализация указанных мероприятий позволит решить следующие вопросы: создать замкнутый водооборот при степени использования воды в цикле не менее 95% ; обеспечить высокую эффективность очистки сточных вод с возвратом в производство фильтрата для повторного использования; достигнуть стабильности очистки за счет гибкости и высокой приспособляемости мембранной технологии очистки к изменению качественного и количественного состава сточных вод [1, 3, 5].

1. Анциферов А.В., Филенков В.М., Каплан АЛ, Васильев А.В. Реконструкция промышленных очистных сооружений с использованием биореактора // Безопасность в техносфере. 2009. № 3. С. 42-45.

2. Бондарева Т.Е., Максимов И.М., Заболотских В.В., Васильев А.В. Перспективы очистки Куйбышевского водохранилища и альтернативного использования биомассы водорослей в качестве биотоплива // В сборнике: ELPIT-2013. Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов: сборник трудов IV Международного экологического конгресса (VI Международной научно-технической конференции). Научный редактор: А.В. Васильев. 2013. Т. 2. С. 15-22.

3. Васильев А.В. Комплексный экологический мониторинг как фактор обеспечения экологической безопасности // Академический журнал Западной Сибири. 2014. Т. 10. № 2. С. 23.

4. Васильев А.В. Терроризм как угроза экологической безопасности // Вестник Волжского университета им. В.Н. Татищева. 2002. № 2 (ecology). С. 190-193.

5. Васильев А.В. Обеспечение экологической безопасности в условиях городского округа Тольятти: учебное пособие. Самара: Изд-во Самарского научного центра РАН, 2012. 201 с.

6. Васильев А.В., Заболотских В.В., Терещенко Ю.П., Васильев В.А. Общие подходы к биоиндексационной оценке водных экосистем по степени токсичности// В сборнике: ELPIT-2013. Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов: сборник трудов IV Международного экологического конгресса (VI Международной научно-технической конференции). Научный редактор: А.В. Васильев. 2013. Т. 4. С. 55-61.

7. Подуруева В.В., Васильев А.В. Экологическая политика и система экологического менеджмента ОАО "АВТОВАЗ" // В сборнике: Экология и безопас-

1680

ность жизнедеятельности промышленно-транспор-тных комплексов: сборник пленарных докладов IV Международного экологического конгресса (VI Международной научно-технической конференции). Научный редактор: А.В. Васильев. 2013. С. 161-163.

8. Vasilyev A.V., Khamidullova L.R., Podurueva V.V., Solovyov S.G. Investigation of toxicity of waste water of "AVTOVAZ" company by using biological testing methods // Safety of Technogenic Environment. 2012. № 2. C. 72-75.

PROVISION OF ECOLOGICAL ASPECTS OF WASTEWATER TREATMENT OF THE BIG INDUSTRIAL COMPANY EMITTED IN THE VOLGA RIVER BASIN

© 2014 E.V. Alekina, I.A. Sumartchenkova

Samara State Technical University

The ecological aspects of wastewater treatment of a major engineering company. Shows a schematic diagram of wastewater treatment consisting of 3 main components: node clearance of chromium-containing waste; node processing concentrated wastewater processing and assembly of mixed industrial effluents. Keywords: wastewater, enterprise, treatment

Elena Alekina, Associate Professor. E-mail: bjd@list.ru Irina Sumartchenkova, Associate Professor. E-mail: bjd@list.ru

1681