CC BY
103
УДК 502.53
Г. Р. Патракова, М. А. Рузанова ПРОЦЕСС ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННО-ЛИВНЕВЫХ СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЯ (НА ПРИМЕРЕ ПАО «НИЖНЕКАМСКШИНА»)
Ключевые слова: охлаждающая вода, нефтепродукты, оборотное водоснабжение, пруды-отстойники, промышленно-
ливневые сточные воды.
В данной работе авторами было проведено исследование процесса очистки промышленно-ливневых сточных вод предприятия ПАО "Нижнекамскшина ". Проведён анализ работы прудов-отстойников до реконструкции и после, благодаря чему был сделан ряд выводов, в том числе и об отказе от дорогостоящего строительства фильтровальной станции и градирни, что позволило существенно снизить затраты рассматриваемого предприятия.
Key words: cooling water, petroleum products, recycling water supply, sedimentation ponds, industrial-stormwater sewage.
In this work, the authors researched the process ofpurification of industrial-stormwater sewage on the enterprise PAO "Nizhnekamskshina ". Analyzed the operation of the sedimentation ponds before the reconstruction and after, as the result was a set of conclusions, including the refusal of the expensive construction of a filter plant and cooling tower, which will significantly reduce the cost of the enterprise.
Специфика шинного производства такова, что основное количество воды, используемой на технические нужды, применяется для охлаждения оборудования и полуфабрикатов.
Охлаждающая вода заключена в систему оборотного водоснабжения и используется многократно, подвергаясь регенерации после каждого производственного цикла. Расходы воды при такой схеме водоснабжения невелики. Они определяются количеством воды, необходимым для восполнения безвозвратных потерь в процессе производства и регенерации (утечки, испарения и капельного уноса с градирен), а также при продувке системы оборотного водоснабжения.
Для шинного производства характерно использование большого количества разнообразного оборудования и, следовательно, смазочных материалов для него, которые неизбежно попадают в сточные воды. Для производства резиновых смесей используется огромное количество сыпучих ингредиентов. Кроме того, совмещенная промышленно-ливневая канализация также способствует загрязнению сточных вод нефтепродуктами и взвешенными веществами, поступающими с поверхностным стоком.
Нефтепродукты не являются естественным компонентом состава воды в водоемах, загрязняя которые, они выводят из строя огромные массы воды. Так, 1 литр нефтепродуктов делает непригодным для питья 1 млн. литров воды. Наличие в воде даже небольших (>5 мг/л) количеств нефтепродуктов отражается на развитии икры и мальков рыбы, на численности и составе кормовых ресурсов рек, на качестве и пригодности в пищу промысловой рыбы, поскольку рыба обладает ярко выраженным кумулятивным эффектом к нефтепродуктам [1].
Разлагаются же нефтепродукты очень медленно. За 12 часов улетучивается до 15 % легких фракций нефти. При температуре 15°С углеводороды до Ci5 разлагаются и испаряются за 10 суток. Медленнее всего разлагаются тяжелые углеводороды. Даже при благоприятных условиях разложения взвешенных и
растворенных в воде нефтепродуктов не быстрее, чем за 100-150 суток [2].
ПАО «Нижнекамскшина» имеет единую замкнутую систему оборотного водоснабжения объемом 75-80 млн. м3/год, для подпитки которой, а также приготовления химически-очищенной воды для нужд вулканизации и т.п., проектом предусматривалось использование осветленной речной воды.
Вода в процессе производства и переработки резиновых смесей и выпуска шин непосредственно не принимает участия в производстве резиновых смесей и готовой продукции, и образующиеся сточные воды не имеют сильного загрязнения. Поэтому в проектном варианте промышленные сточные воды совместно с ливневыми под общим наименованием «условно-чистые сточные воды» поступали в пруд-отстойник № 1, откуда после трехсуточной очистки методом отстаивания сбрасывались в реку Кама.
«Условно-чистые сточные воды» шинного производства имели постоянные превышения по своим основным загрязнителям - нефтепродуктам и взвешенным веществам.
Поскольку река Кама является зоной отдыха жителей близлежащих населенных пунктов, источником хозяйственно-питьевого водоснабжения данных пунктов, а также рыбохозяйственным водоемом 1 категории, то сброс в нее недостаточно очищенных сточных вод оказывал отрицательное воздействие на экосистему реки, был чреват штрафными санкциями со стороны органов государственного экологического контроля. ПАО «Нижнекамскшина» вносило также установленную плату за негативное воздействие на окружающую среду сбросом сточных вод в водоем.
С целью уменьшения загрязнения реки Камы, ПАО «Нижнекамскшина» ставило перед собой 2 задачи: либо уменьшение загрязнение сточных вод, либо сокращение объемов сточных вод, сбрасываемых в водоем.
Первая задача - это каждодневная целенаправленная работа на каждом рабочем месте. Для до-
стижения максимальных результатов использовались всевозможные методы:
- ужесточение качественных показателей сточных вод, отходящих от цехов;
- ужесточение контроля за состоянием и работой оборудования;
- предупреждение и своевременное устранение утечек;
- внедрение экономических санкций за нарушение экологических требований и т.п.
Проводимая работа принесла свой положительный результат, но требовалось радикальное решение проблемы охраны и рационального использования водных ресурсов.
Для снижения негативного воздействия сточных вод ПАО «Нижнекамскшина» на окружающую среду, на уже действующем предприятии был введен в эксплуатацию комплекс сооружений по очистке промышленно-ливневых сточных вод и подаче их на подпитку системы оборотного водоснабжения (возврат сточных вод в производство) вместо осветленной речной воды в составе насосной станции № 1, фильтровальной станции производительностью 500 м3/час и трубопроводов.
Таким образом, примерно на 60 % был сокращен сброс сточных вод в водоем и значительно снижено использование осветленной воды.
Но построенная насосная станция на пруду-отстойнике № 1 по ряду причин (недостаточная мощность насосной станции, недостаточный тепло-съем сточных вод) не обеспечивала полного возврата сточных вод в систему оборотного водоснабжения. В водоем продолжали сбрасываться промыш-ленно-ливневые сточные воды в объеме 1 493,0 тыс.м3/год.
Увеличить объем возвращаемых в оборот сточных вод в тот момент не представлялось возможным по следующей причине. Промышленные сточные воды поступают в пруд-отстойник № 1 после использования их на охлаждение и имеют достаточно высокую температуру - до 35 °С летом и до 25 °С зимой, трехсуточное пребывание их в пруду-отстойнике № 1 обеспечивает лишь 20 % - 27 % теплосъема. Использование сточной воды такой температуры для подпитки охлаждающей оборотной воды может привести к нарушению технологического регламента и повлечь за собой брак готовой продукции.
В результате было найдено на первый взгляд половинчатое решение проблемы охраны и рационального использования водных ресурсов: передать излишки промышленно-ливневых сточных вод на биологические очистные сооружения ПАО «Нижне-камскнефтехим», что исключало сброс сточных вод в водоем и подвергало их биологической очистке, которая на данный момент является самым высокоэффективным видом очистки больших объемов сточных вод.
Всё же более заманчиво было использовать все сточные воды в собственной системе водооборота, для этого необходимо было найти решение по вопросу увеличения теплосъема в прудах-отстойниках.
В связи с этим был выполнен проект строительства более мощной насосной станции № 2 на рядом расположенном неэксплуатирующемся пруду-отстойнике, принадлежащего ОАО «ТЭЦ-2», емкостью 150 тыс.м3, который нужно было соединить с прудом-отстойником № 1, принадлежащего ПАО «Нижнекамскшина».
Кроме того, для очистки промышленно-ливневых сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов перед подачей их в систему оборотного водоснабжения планировалось строительство фильтровальной станции производительностью 1 100 м3/час, а для охлаждения их - строительство трехсекционной вентиляторной градирни. Без этих материалоемких и дорогостоящих сооружений возвращаемая вода не могла соответствовать предъявляемым требованиям, то есть строительство одной насосной станции не снимало проблемы прекращения сброса сточных вод в водоем.
Схема движения промышленно-ливневых сточных вод предусматривалась следующая: промыш-ленно-ливневые сточные воды с предприятия по общему коллектору поступают во входную секцию (нефтеуловитель) первого пруда-отстойника (емкостью 75 тыс.м3), в котором по причине препятствия скорость их резко замедляется; легкие фракции попавших нефтепродуктов всплывают на поверхность, а тяжелые фракции, коагулируясь, и взвешенные вещества осаждаются на дно. Затем сточные воды через придонные переливные окна поступают в пруд-отстойник № 1. Далее проектировалось поступление сточных вод по вновь проложенному трубопроводу из первой трети пруда-отстойника № 1 в первую треть пруда-отстойника № 2 и последующая транспортировка их к водозаборному оголовку, через который сточные воды должны были перекачиваться на фильтровальную станцию и затем поступать на градирню для дальнейшего охлаждения.
При такой схеме движения большая часть объема обоих прудов-отстойников превращалась в застойную зону, что неминуемо повлекло бы за собой дополнительное загрязнение сточных вод (например, «цветение воды» в летний период) и дополнительные проблемы и затраты по очистке сточных вод, внеочередному останову прудов-отстойников для этих целей и т.д.
Для решения проблемы полного прекращения сброса промышленно-ливневых сточных вод в водоем и возврата их в производство без строительства фильтровальной станции и градирни было внесено предложение по реконструкции схемы соединения двух прудов-отстойников, а именно:
- продлить трубопровод, соединяющий два пруда-отстойника до водозаборного оголовка существующей насосной станции № 1;
- в месте входа трубопровода в пруд-отстойник № 2 установить выгородную стенку из железобетонных нефтепродуктов - основных загрязнителей сточных вод при производстве шин. Время пребывания сточных вод в прудах-отстойниках увеличилось ориентировочно до 10 суток, обеспечив снижение температуры сточ-
ных вод до 40 % - 50 %. Кроме того, в обоих прудах-отстойниках практически исключены застойные зоны.
Введенная вторая очередь сооружений по очистке и возврату промышленно-ливневых сточных вод в оборот, позволила практически полностью перейти на подпитку оборотного водоснабжения очищенными сточными водами, практически исключив использование для этой цели осветленной речной воды.
В таблице 1 приведена динамика использования осветленной воды на технические нужды и динамика использования в производстве очищенных про-мышленно-ливневых сточных вод.
Таблица 1 - Динамика использования осветленной воды на технические нужды и динамика использования в производстве очищенных про-мышленно-ливневых сточных вод
1998 г. 1999 г. 2014 г. 2015 г.
Объем освет- 2 148,0 1 284,7 186,1 172,3
ленной воды,
тыс.м3
Объем ис- 4 117,2 4 546,2 8 506,5 8 997,7
пользуемых
сточных вод,
тыс.м3
Объем сбра- 1 493,0 496,0 Отсут- Отсут-
сываемых в ствует ствует
водоем сточ-
ных вод, тыс.м3
Таким образом, пруды-отстойники № 1 и № 2 предназначены для механической очистки промыш-ленно-ливневых сточных вод, их охлаждения и возврата в оборотную систему водопотребления предприятия.
Пруд-отстойник № 1 предназначен для частичной очистки промышленно-ливневых сточных вод и возврата их в оборотную систему водоснабжения ПАО «Нижнекамскшина».
Пруд-отстойник № 1 работает как самостоятельный пруд-отстойник, а также работает в одном режиме с прудом-отстойником № 2, при сбросе и возврате промышленно-ливневых сточных вод через пруд-отстойник № 2.
Пруд-отстойник № 2 предназначен для частичной очистки промышленно-ливневых сточных вод ПАО «Нижнекамскшина» и возврата их в оборотную систему водоснабжения.
ПАО «Нижнекамскшина» эксплуатирует совмещенную промышленно-ливневую канализацию, по которой промышленно-ливневые сточные воды предприятия самотеком поступают на механические очистные сооружения, которые представляют собой два последовательно соединенных пруда-отстойника, в которых осуществляется очистка сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ - основных загрязнителей строчных вод при производстве шин. После прудов-отстойников сточные воды возвращаются в производство.
Промышленно-ливневые сточные воды ПАО «Нижнекамскшина» по трубопроводу поступают в
пруд-отстойник № 1. В нем выделена приемная часть пруда, которая отделена от основной части стенкой, имеющей пропускные окна на высоте 50 см от уровня дна. Площадь приемной части пруда 3,92 тыс.м2 Данное сооружение способствует резкому замедлению скорости течения сточных вод и осаждению основной части твердых загрязняющих веществ.
Рис. 1 - Возврат промливневых сточных вод ПАО «Нижнекамскшина» на производство
Далее в значительной степени очищенные сточные воды через переливные окна поступают в основную часть пруда-отстойника № 1, медленно перетекают к противоположному концу и далее через водозаборный оголовок по трубопроводу поступают в пруд-отстойник № 2. Водозаборный оголовок служит для предотвращения попадания во всасывающий коллектор плавающего мусора и отстоявшихся нефтепродуктов.
Медленное передвижение сточных вод способствует их последующей очистке от взвешенных веществ, и в пруд-отстойник № 2 поступают уже достаточно чистые сточные воды.
В пруде-отстойнике № 2 происходит окончательная очистка стоков. В месте поступления про-мышленно-ливневых стоков в пруд-отстойник № 2 смонтирована перегородка, которая служит для изменения направления движения воды по пруду в целях увеличения пути прохождения стоков от места входа до насосной станции и более полного использования пруда для осаждения взвешенных веществ.
Перед всасывающим коллектором насосов насосной станции имеется огороженный водозаборный оголовок, оборудованный клапаном от вакуумной колонны. Очищенные промышленно-ливневые сточные воды насосами перекачиваются из пруда-отстойника № 2 и подаются по трубопроводу в систему оборотного водоснабжения ПАО «Нижнекам-скшина». Насосная станция имеет наземную и подземные части. Подземная - для перекачки промыш-ленно-ливневых сточных вод в машинном зале насосной станции установлены четыре насоса 200Д-90. Напор - 94 м вод.ст. Производительность - 540 м3/час. Число оборотов - 1480 об/мин. Два насоса являются рабочими, два насоса - резервными.
В случае необходимости чистки пруда-отстойника № 1 от иловых отложений взвешенных веществ на коллекторе промышленно-ливневых сточных вод, поступающих с ПАО «Нижнекамск-шина» в пруды-отстойники, имеется камера пере-
ключения, через которую стоки могут сбрасываться на пруд-отстойник № 2.
При необходимости отключения пруда-отстойника № 2 на переливном трубопроводе с пруда № 1 в пруд № 2 имеется запорная арматура.
Пруд-отстойник № 1 чистится через каждые 5-6 лет. Кроме взвешенных, с ливневыми, талыми и прочими водами в канализацию попадают частицы грунта и другие твердые вещества, которые, будучи тяжелее воды, сразу осаждаются в канализационной системе, перемещаются по «дну» трубы в пруд и отлагаются в его приемной части. О чистке пруда-отстойника № 2 говорить вообще не приходится, поскольку в него поступают уже в значительной мере очищенные сточные воды, да и площадь его более чем в 2 раза превышает таковую пруда-отстойника № 1 и в 11,5 раза - площадь его приемной части.
Промышленно-ливневые сточные воды подвергаются ежемесячному аналитическому контролю качества на входе и выходе из прудов-отстойников, согласно графику периодичности лабораторного контроля качества промышленно-ливневых сточных вод на входе и выходе из пруда-отстойника.
Отбор и химический анализ промышленно-ливневых сточных вод на входе и выходе из прудов-отстойников осуществляет химводолаборатория ООО «Энергошинсервис».
Химический анализ промышленно-ливневых сточных вод проводится на содержание 19 показателей загрязняющих веществ.
По результатам анализов, состав промышленно-ливневых сточных вод соответствует нормам содержания. Превышение норм качества не наблюдаются.
Эффективность очистки прудов-отстойников имеет достаточно высокую степень.
В таблице 2 приведена степень очистки про-мышленно-ливневых сточных вод по некоторым показателям загрязняющих веществ на выходе из прудов-отстойников.
Промышленно-ливневые сточные отобраны 31 августа 2016 г.
Таблица 2 - Степень очистки промышленно-ливневых сточных вод на входе и выходе из прудов-отстойников
Показатели Результаты ана- Эффектив-
качества лиза, мг/л ность
вход выход очистки, %
Нефтепродукты 1,5 0,24 84,0
Взвешенные 10,2 6,8 33,3
вещества
Сухой остаток 359,0 119,0 67,0
АСПАВ 0,08 0,06 25,0
Таким образом, проведенный анализ до и после реконструкции прудов-отстойников № 1 и № 2 позволил оценить результаты реконструкции, которая помогает добиться следующего:
- отказ от дорогостоящего строительства фильтровальной станции и градирни;
- в полном объеме возврат промышленно-ливневых сточных вод в производство на подпитку системы оборотного водоснабжения, а также на приготовление химически-очищенной воды;
- прекращение сброса промышленно-ливневых сточных вод в водный объект;
- отсутствие внесения платы за негативное воздействие на окружающую среду сбросом сточных вод в водоем;
- значительное снижение использования осветленной речной воды для подпитки системы оборотного водоснабжения и приготовления химически-очищенной воды;
- предупреждение дополнительного загрязнения прудов вследствие исключения застойных зон и, следовательно, предотвращение затрат на внеочередную очистку прудов от этих загрязнений и внесение дополнительной платы за негативное воздействие на окружающую среду.
Сметная стоимость строительства фильтровальной станции и трехсекционной градирни составляла 11 526,68 тыс.руб., а предложенного проекта -1 970,49 тыс.руб., то есть экономический эффект составил 9 556,19 тыс.руб.
Невозможно переоценить экологическую эффективность для рыбохозяйственного водоема 1 категории прекращением сброса в него недостаточно очищенных сточных вод в объеме 1 493,0 тыс.м3, с которыми в реку Кама поступало 1,04 тыс.т загрязняющих веществ.
Прекращение сброса загрязняющих веществ со сточными водами в нижнем течении реки Кама также снизило негативное воздействие их на воды реки Волга, в которую впадает река Кама.
Литература
1. Экология. Под ред. Г.В. Стадницкого, А.И. Родионова. - М.: Химия, 2008.
2. Экология. Под ред. Г.В. Стадницкого, А.И. Родионова. - М.: Химия, 2008.
3. Патракова Г.Р., Рузанова М.А. Оценка экологической эффективности работы очистных сооружений (на примере предприятия химической технологии)// Вестник технол. ун-та, 2016. Т.19. №16. - С.141-147.
4. Сборник материалов IX Международной научно-практической конференции: «Современное состояние и перспективы развития нефтехимии». 2016. -С.249.
5. Гарайшина Э.Г., Патракова Г.Р. Анализ родниковой воды Нижнекамского района // Вестник Казан. технол. ун-та, 2014. Т.17. №23. - С.203-208.
6. Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическим благополучии населения» № 52-ФЗ от 30.03.1999.
7. Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическим благополучии населения» № 52-ФЗ от 30.03.1999.
© Г. Р. Патракова - канд. геогр. наук, доцент кафедры ПАХТ НХТИ КНИТУ, ms.gpatrakova@mail.ru, М. А. Рузанова -кандидат технических наук, доцент кафедры ПАХТ КНИТУ, kutuzovam.a.22@mail.ru.
© G. R. Patrakovа - candidate geogr. sciences, associate Professor, Department of BAHT NCHTI, KNRTU, ms.gpatrakova@mail.ru, M. A. Ruzanova - is candidate of technical sciences, the associate professor of PAHT KNRTU, kutuzovam.a.22@mail.ru.
