CC BY
133Раздел 3. Региональные проблемы природопользования
УДК 628.32
ОЧИСТКА И УТИЛИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТОЧНЫХ ВОД С ТЕРРИТОРИЙ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Войтов Е.Л.1, Сколубович Ю.Л.2, Цыба А.А.3, Разуваева К.И.4, Белоногов Д.Е.5
Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) 630008, Россия, г. Новосибирск, ул.Ленинградская, 113 e-mail: 1,3,4,5viv@sibstrin.ru, 2rector@sibstrin.ra
Аннотация. Одной из основных экологических проблем является сбор, транспортировка и очистка поверхностных сточных вод. Большинство существующих систем отвода и очистки поверхностных сточных вод уже не справляются с увеличивающимся объемом стоков или физически изношены. Основными источниками загрязнения поверхностных сточных вод являются продукты смыва почвенного покрова, разрушения асфальтовых и бетонных поверхностей, истирания автомобильных шин, проливы автотоплива и масел, а также строительные и другие материалы, складируемые на открытых площадках хранения. Поверхностные сточные воды загрязняют водоемы взвешенными, поверхностно-активными веществами, нефтепродуктами, органическими примесями, ионами тяжелых металлов и другими загрязнителями. Осадки приводят к загрязнению и заилению русел водотоков, нарушают жизнедеятельности живых организмов, микроорганизмов, оказывают негативное влияние на биоценоз и самоочищающую способность водоемов. В работе изучен состав поверхностных сточных вод предприятий, влияние загрязнителей на водные объекты, проведен анализ существующих схем очистки поверхностных вод, В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана технология очистки ливневых сточных вод промышленных предприятий, которая позволяет обеспечить их сброс в открытые водоемы или использование в оборотном техническом водоснабжении предприятий.
Ключевые слова: поверхностные сточные воды, очистка ливневого стока, взвешенные вещества, нефтепродукты, водоемы.
ВВЕДЕНИЕ
В результате интенсивного выпадения атмосферных осадков и снеготаяния, происходит сброс дождевых и талых вод с территорий предприятий. В результате в водоемы поступают поверхностные сточные воды загрязненные взвешенными веществами, нефтепродуктами и др. примесями, что оказывает неблагоприятное воздействие на экосистему водоемов. Характерным и наиболее опасным для водных объектов является загрязнение поверхностных сточных вод нефтепродуктами, как правило, сорбированными на взвешенных веществах.
На промышленных предприятиях существует проблема организации систем отведения поверхностных сточных вод, которые находятся в неудовлетворительном состоянии, так как практически не развивались. Происходят скопления дождевых и талых вод на территории промышленных предприятий, что затрудняет движение транспорта, вызывает подтопление зданий, а это приводит к порче оборудования и разрушению строительных конструкций. Так же недостаточно быстрое и неполное отведение поверхностных вод ведет к повышению уровня грунтовых вод, преждевременному ухудшению дорожного покрытия и ухудшению санитарного состояния площадки. При неблагоприятном рельефе местности затопление территорий приводит к катастрофическим последствиям [1-3].
Наряду с проблемами отведения поверхностного стока, существует и проблема его очистки. На большинстве промышленных предприятий очистных сооружения ливневого стока технически несовершенны и не обеспечивают требуемого качества очистки, достаточного для сброса сточных вод в водоемы или использования в техническом водоснабжении.
Загрязнения, вносимые в водные объекты поверхностными сточными водами, оказывают существенное влияние на санитарное состояние водоемов. Наиболее неблагоприятное влияние оказывают взвешенные вещества и нефтепродукты. При высоких концентрациях взвешенных веществ, происходит их частичное осаждение в створе выпуска поверхностных сточных вод и ниже по течению. Это приводит к заиливанию водоемов и препятствует нормальному протеканию биологических процессов на дне водоема. Органическая часть растворенных взвешенных веществ постепенно окисляется растворенным в воде кислородом. Поступающие от автомобильных дорог, плавающие нефтепродукты способствуют образованию на поверхности водных объектов нефтяной пленки и снижению количества растворенного кислорода, что губительно сказывается
на жизнедеятельности водных организмов. Оседающие в водоемах тяжелые остатки нефтепродуктов, разлагаясь, загрязняют воду продуктами распада, часть из них выносится на поверхность в виде пузырьков газа, образуя нефтяное пятно [4-6].
Особую опасность представляет длительное воздействие небольших концентраций нефтепродуктов, так как углеводороды, входящие в их состав, способны растворять другие загрязняющие вещества.
Талые воды имеют в своем составе растворенные химические вещества противогололедных материалов (в качестве которых применяются реагенты, содержащие хлористый натрий, железистый цианид, соли кальция и магния и др.), природа воздействия которых на окружающую среду до сих пор детально не изучена [7-8].
В результате, можно сделать вывод, что обеспечение организованного отвода и требуемой очистки поверхностных сточных вод является важной задачей. Даже в сточной воде, прошедшей все этапы очистки, включая биологическую очистку, остается до 10% растворенных органических и минеральных загрязняющих веществ. Пригодной для потребления в качестве питьевой вода становиться после многократного разбавления чистой природной водой. Попадание загрязненных поверхностных сточных вод в водную среду приводит к снижению ее продуктивности как среды обитания, делая невозможным ее использование человеком, для бытовых, сельскохозяйственных и промышленных процессов.
В зависимости от предъявляемых требований, используют методы очистки поверхностных сточных вод, основанные на физических, химических и физико-химических процессах, протекающих в очистных сооружениях, или естественных биологических процессах самоочищения, происходящих в почве или водоемах.
Процесс выпадения атмосферных осадков носит вероятностный характер. При этом дождевой сток характеризуется чрезвычайной нестационарностью, как по расходам, так и загрязняющим компонентам, концентрация которых в течение одного дождя изменяется в самых широких пределах. Поэтому важнейшим вопросом технологии очистки поверхностных сточных вод является усреднение расхода и состава стоков перед подачей на очистку. В связи с этим в качестве обязательного элемента в состав очистных сооружений поверхностных сточных вод включаются сооружения для регулирования расхода и усреднения состава стоков.
В связи этим исследования, направленные на изучение качества сточных поверхностных сточных вод, разработки сооружений регулирования стоков по расходу и концентрации, а также их эффективной очистки являются актуальными и своевременными.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Целью исследования являлась разработка технологии очистки поверхностных сточных предприятий угольной промышленности с применением нового фильтровального сооружения -реактора-осветлителя. Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
- анализ качественного состава поверхностных сточных вод;
- проведение экспериментальных исследований по очистке поверхностного стока;
- разработка сооружений и технологии очистки поверхностных сточных вод.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ, МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДОВ
Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях углеобогатительной фабрики г. Новосибирска. Опытной установка представляла собой модель очистных сооружений ливневых и талых сточных вод предприятия. Использовались натуральная поверхностная сточная вода, поступающая в период дождя из внутриплощадочной ливневой канализации. Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.
Работа установки осуществлялась следующим образом: ливневая вода, из колодца ливневой сети, насосом по трубопроводу 1 подавалась в накопительный бак, моделирующий отстойник-накопитель ливневой воды - 2. Температура воды составляла 10-12°. Одновременно с подачей сточной воды в отстойники вводился раствор оксихлорида алюминия с оптимальной дозой 10 мг/л. Оптимальная доза была предварительно определена путем пробного коагулирования по стандартной методике [1].
Отстаивание воды происходило в непроточных условиях в течение 60-90 минут. После отстаивания гидроксидный осадка сбрасывался по трубе 17 и исследовался на влажность и
содержание примесей. Объем осадка составлял до 10 % от объема обрабатываемой воды. Осветленная вода из отстойника с помощью подкачивающего насоса 3 по трубопроводу 4 подавалась в бак постоянного уровня 5, а затем дозированным расходом - в реактор осветлитель (РО) 6, загруженный кварцевым песком. Крупность песка составляла 0,4-0,8 мм, высота
загрузки 1 м.
Далее осветленная вода, самотеком, поступала в безнапорный скорый фильтр 7 с загрузкой из дробленой горелой породы крупностью зерен 1 -2 мм. Очищенная вода сбрасывалась по трубе 8 хозяйственно-бытовую канализацию. По истечении времени защитного действия взвешенной контактной загрузки РО и ухудшении качества осветляемой воды ниже установленного санитарного предела 3 мг/л во содержанию взвешенных веществ производилась эжекторная промывка загрузки реактора-осветлителя и обычная водяная промывка скорого фильтра.
Принципиально новым сооружением предварительной очистки сточной воды фильтрованием по принципу работы и конструкции является реактор -осветлитель [9]. Принцип работы РО (рис. 2) основан на восходящем фильтровании воды через слой расширенной на 10% мелкозернистой загрузки.
15
£
Рис. 2. Схема реактора-осветлителя
Реактор-осветлитель работает следующим образом. По трубопроводу подачи воды на осветление 3 исходная вода, обработанная коагулянтом, подается в воздухоотделитель 15. По трубопроводу 16 при необходимости в зависимости от качества осветляемой воды вводится раствор флокулянта. По вертикальной опускной трубе 17 вода поступает в нижнюю часть корпуса 1, равномерно распределяется по площади зоны осветления устройства распределительной колпачковой системой 18 и фильтруется снизу вверх через слой загрузки 2 со скоростью, обеспечивающей ее взвешивание. В качестве контактной загрузки 2 используется кварцевый песок или любой другой мелкозернистый материал, удовлетворяющий требованиям по механической прочности и химической стойкости. Во взвешенном слое расширенной загрузки происходит задержание и накопление осадка. Часть хлопьев осадка выносится из слоя, но задерживается тонкослойным модулем 12, сползает по наклонным стенкам его колец вниз и оседает на поверхность контактной загрузки. В результате достигается высокий эффект осветления воды, повышается производительность устройства. Осветленная вода собирается желобом 4 и выводится трубопроводом 5 из реактора. По истечении времени защитного действия расширенной контактной загрузки и ухудшении качества осветляемой воды производится эжекционная промывка контактной загрузки с помощью водяного эжектора 8 и водовоздушного эжектора 14. Подача исходной воды на период промывки (10-15 мин.) не прекращается, что способствует промывке и сокращает ее продолжительность. Водопесчаная пульпа эффективно отмывается при ее тангенциальном движении в сепараторе 13. Промытые зерна контактной загрузки осаждаются во взвешенный слой, а осадок отводится с отработанной промывной водой через сборный желоб 4 и трубопровод 6. Вынос контактной загрузки в сборный желоб предотвращается тонкослойным модулем 12.
При необходимости замены контактной взвешиваемой загрузки или опорожнении устройства для очистки воды пульпа выпускается из него по трубопроводу 11.
За счет устранения застойных зон в местах контакта зерен, большой удельной поверхности зерен мелкозернистой загрузки из горелых пород увеличивается производительность РО и грязеемкость его фильтрующей загрузки. Рабочие скорости фильтрования на РО превышают рекомендуемые СНиП [10] скорости фильтрования воды на скорых фильтрах до 1,5 раза. При этом за счет восходящего фильтрования воды происходит процесс контактной коагуляции в загрузке РО, благодаря которому происходит снижение доз реагентов до 50%, по сравнению со скорыми фильтрами. В реакторе-осветлителе предусматривается эжекционная промывка загрязненной загрузки исходной водой, которая позволяет добиться эффективной промывки всего ее объема, без образования агломератов примесей воды и зерен нижних поддерживающих слоев, свойственного контактным осветлителям. Эжекционная промывка позволяет сократить расход чистой воды на промывку более чем в 2 раза по сравнению с промывкой скорых фильтров и контактных осветлителей. Таким образом, РО сочетает в себе достоинства зернистых фильтров и осветлителей с взвешенным осадком, обладает высокой производительностью, надежностью работы и низкой эксплуатационной стоимостью [10].
ОСНОВНОЙ РАЗДЕЛ
Для определения качественного состава поверхностных сточных вод предприятия отбирались пробы неочищенных ливневых вод из конечной точки внутриплощадочной дождевой сети углеобогатительной фабрики г. Новосибирска. Осредненные значения показателей за осенний период исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Анализ качества поверхностных сточных вод
№ п/п Показатели Единицы измерения ПДК Результат
1 Нефтепродукты мг/дм3 0,05 0,382
2 Взвешенные вещества мг/дм3 10 110,67
3 Водородный показатель рН 6,0-9,0 7,5-8,0
4 Аммоний-ион мг/дм3 0,5 1,25
5 Азот общий мг/дм3 0,4 1,5
7 Фенол мг/дм3 0,001 0,006
8 Железо мг/дм3 0,1 0,51
9 Алюминий мг/дм3 0,04 0,89
10 Медь мг/дм3 0,001 0,002
12 Цинк мг/дм3 0,01 0,014
13 Никель мг/дм3 0,01 <0,001
14 Хром мг/дм3 0,07 <0,001
15 Кадмий мг/дм3 0,005 <0,0001
Во время проведения испытаний для определения эффективности работы технологической схемы очистки (рис. 1), осуществлялись отборы проб в следующих точках: колодец ливневой сети, после отстойника, после реактора-осветлителя, после скорого фильтра, после фильтра, загруженного активным углем. Анализ эффективности работы технологической схемы оценивался по содержанию нефтепродуктов, взвешенных веществ, железа и фенолов. Результаты экспериментальных исследований, сведены в таблицу 2.
Таблица 2. Анализ поверхностных сточных вод
Показатели Исходная вода После отстойника После реактора-осветлителя После скорого фильтра После угольного фильтра
Нефтепродукты, мг/дм3 0,382 0,362 0,137 0,062 0,01
Взвешенные вещества, мг/дм3 110,67 45,75 2,9 2,5 1,5
Железо, мг/дм3 0,51 0,098 0,05 0,05 0,05
Фенол, мг/дм3 0,006 0,0126 0,0123 0,0123 0,001
На основании проведенных исследований разработана технология очистки поверхностных вод (рис. 3).
Рис. 3. Технологическая схема очистки поверхностных вод 1 - подача исходной воды; 2 - расходомер; 3 - мутномер; 4 - ввод химических реагентов; 5 - отстойник-регулятор; 6 - насосы; 7 - УФ установки; 8 - смеситель-воздухоотделитель; 9 - реактор-осветлитель 10 - безнапорный скорый фильтр; 11 - очищенная вода; 12 - резервуар чистой воды; 13 - сброс воды в водоем; 14 - подача воды на производственные нужды; 15 - отвод промывной воды; 16 - непроточный двухсекционный отстойник; 17 - подачаочищенной промывной воды; 18 - шламовый насос; 19 - подача осадка на обезвоживание; 20 - фильтр-пресс; 21 - отведение фугата на повторную очистку
В состав технологической схемы входят, отстойники-регуляторы с встроенными решетками и песколовками. Перед отстойниками в исходную воду вводится коагулянт. После непроточного отстаивания в течение одного часа отстоянная сточная вода подается насосами на реакторы -осветлители через смесители-воздухоотделители. В трубопровод перед смесителями вводится раствор флокулянта. В контактной расширенной загрузке РО происходит задерживание хлопьев гидроксида алюминия и сорбированных на них примесей воды. Затем вода поступает в скорые фильтры, при необходимости подвергается сорбционной очистке на фильтрах, загруженных гранулированным активированным углем, и обеззараживается УФ-облучением. Качество очищенной ливневой воды позволяет сбрасывать ее в открытые водоемы либо использовать на нужды оборотного технического водоснабжения. Промывка реактора-осветлителя и фильтров производится ежесуточно очищенной промывной водой, подаваемой промывным насосом из одной секции отстойника промывной воды, и сбросом в другую его секцию. После реагентной очистки промывная вода используется повторно. Пополнение запаса промывной воды осуществляется сбросом первого фильтрата с фильтров. Образующиеся осадки ливневой и промывной воды обезвоживаются и вывозятся на утилизацию в качестве строительного материала.
ВЫВОДЫ
Ливневые сточные воды наносят существенный вред водоемам, загрязняя их взвешенными веществами, нефтепродуктами, тяжелыми металлами и требуют очистки. Результаты экспериментальных исследований доказали возможность очистки поверхностных сточных вод с промышленных территорий до качества, позволяющего сбрасывать их в открытые водоемы или использовать повторно в техническом водоснабжении предприятии.
Разработана технология очистки поверхностных стоков с утилизацией промывной воды и осадка.
ЛИТЕРАТУРА
1. Молоков, М.В. Дождевая канализация площадок промышленных предприятий: производственно-практическое издание. - М.-Л.: Стройиздат, 1964. - 184 с.
2. Волчек, А.А. Ливневой сток как источник загрязнения поверхностных вод / Волчек А.А., Бульская И.В. // Вестник Брестского государственного технического университета. -2012. - Вып. 2. - С. 41-43.
3. Говорова, Ж.М. Очистка ливневого поверхностного стока на осветлительно-сорбционных фильтрах с применением катионных флокулянтов / Говорова Ж.М., Говоров О.Б., Гандурина Л.В., Буцева Л.Н. // Очистка сточных вод: Сборник трудов НИИ ВОДГЕО. - М., 2004. -Вып. 7. - С. 52-61.
4. Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты. - М.: ОАО «НИИ ВОДГО», 2014. - 88 с.
5. Игнатьева, Л.П. Санитарная охрана водных объектов: учеб. пособие / Игнатьева Л.П., Потапова М.О. - Иркутск: ИГМУ, 2016. - 97 с.
6. Временные рекомендации по предотвращению загрязнения, отведению и очистке поверхностного стока с территории предприятий угольной промышленности. - Пермь: ВНИИОСуголь, 1985. - 78 с.
7. Fleck A.M., Lacki M.J., Sutherland J. Response by white birch (Betula papyrifera) to road salt applications at Cascade Lakes, New York // Journal of Environmental Management. - 1988. -V. 12. - № 1. - P. 369-377.
8. Hofstra G., Smith D.W. The effects of road deicing salt on the levels of ions in roadside soils in southern Ontario // Journal of Environmental Management. - 1984. - № 19 (3). - P. 261-272.
9. Пат. 181324, РФ. МПК m2F 3/10, m2F 3/26, m2F 1/52. Устройство для очистки воды / Войтов Е.Л., Сколубович Ю.Л., Сколубович А.Ю. // Изобретения. Полезные модели. - 2017. - № 19.
10. Крутков, А.Е. Эффективность очистки сточных вод предприятий угледобывающей промышленности / Крутков А.Е., Сколубович Ю.Л., Войтов Е.Л., Цыба А.А. // Труды Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин). - 2017. - Т. 20. - № 1 (64). - С. 57-69.
CLEANING AND DISPOSAL OF SURFACE SEWAGE WATER FROM TERRITORIES OF INDUSTRIAL ENTERPRISES
Voitov E.L., Skolubovich Yu.L., Tsyba A.A., Razuvaeva K.I4, Belonogov D.E.
Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering, Novosibirsk
Annotation. One of the main environmental problems is the collection, transportation and treatment of surface wastewater. Most of the existing systems for the removal and treatment of surface wastewater can no longer cope with the increasing volume of wastewater or are physically worn out. The main sources of pollution of surface wastewater are products of erosion of the soil cover, destruction of asphalt and concrete surfaces, abrasion of automobile tires, spills of fuel and oils, as well as construction and other materials stored in open storage sites. Surface wastewater pollutes reservoirs with suspended, surface-active substances, petroleum products, organic impurities, heavy metal ions and other pollutants. Precipitation leads to pollution and sedimentation of the channels of watercourses, disrupts the vital activity of living organisms, microorganisms, have a negative impact on the biocenosis and self-cleaning ability of water bodies. The paper studied the composition of surface wastewater of enterprises, the effect of pollutants on water bodies, analyzed the existing schemes of surface water treatment. circulating technical water supply enterprises.
Keywords: surface wastewater, storm runoff treatment, suspended solids, petroleum products, water bodies.
