Характеристика общих методов очистки сточных вод
Механическая очистка сточных вод
Промышленные сточные воды часто содержат загрязнения, которые образуют гетерогенные системы с различной степенью дисперсности загрязняющих веществ - взвеси, частицы дисперсной фазы которых образованы нерастворимыми в воде твердыми веществами. Для удаления таких частиц из воды используют процессы процеживания, отстаивания, фильтрования, которые составляют сущность методов механической очистки промышленных сточных вод. Механическую очистку как самостоятельный метод применяют в тех случаях, когда получаемую очищенную воду можно использовать в производстве или спускать в природные водоемы. Во всех других случаях механическая очистка служит предварительной стадией перед другими видами очистки сточных вод.
Процеживание представляет собой процесс пропускания загрязненной сточной воды через решетки и сита с целью улавливания крупных примесей. Неподвижная решетка выполняется в виде металлической рамы, внутри которой устанавливается ряд параллельных стержней. Решетку ставят на пути движения сточных вод под углом 60 - 75О. Вода со скоростью 0,8 - 1,0 м/с проходит между стержнями решетки, крупные загрязнения задерживаются на решетке и затем снимаются специальными механическими устройствами. Полученные твердые отходы подлежат дальнейшей переработке. Один из способов их утилизации - обезвоживание на механическом прессе с последующим сжиганием с примесью дешевого топлива. Для удаления взвешенных частиц с размерами порядка 0,5 - 1 мм применяют сита (барабанные и дисковые). Частицы задерживаются на поверхности сита, затем смываются с нее водой и отводятся в специальный желоб.
Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей и выделения всплывающих примесей. Песколовки, отстойники, осветлители - аппараты для осаждения грубодисперсных примесей.
Песколовки предназначены для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей, главным образом песка, с крупностью частиц 0,2 - 0,25 мм. Их устанавливают перед отстойниками. Работа песколовок основана на использовании гравитационных сил. Рассчитываются песколовки таким образом, чтобы в них выпадали тяжелые минеральные частицы, но не выпадал легкий осадок органического происхождения.
Отстойники представляют собой сооружения, в которых из большого объема сточной воды осаждаются или всплывают грубодисперсные примеси. В зависимости от назначения отстойников в технологической схеме очистной станции они делятся на первичные и вторичные. Первичными называют отстойники перед сооружениями для биохимической очистки сточных вод, вторичными - отстойники, используемые для осветления сточных вод, прошедших биохимическую очистку.
Осветлители применяются для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют осветлители со взвешенным слоем осадка, через который пропускается вода, предварительно обработанная коагулянтом.
Нефтеловушки и жироловушки. Для выделения из сточных вод всплывающих примесей - нефти, масел, жиров в промышленности используют нефтеловушки и жироловушки. По сути, эти приспособления являются также отстойниками, но примеси здесь концентрируются на поверхности водного зеркала, собираются и удаляются из верхней части такого отстойника.
Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ. Основной конструкционный элемент очистных установок - фильтр, представляющий собой пористую перегородку, проницаемую для воды, но задерживающую частицы дисперсной фазы. В качестве фильтров используют металлические перфорированные листы и сетки из коррозионно-стойкой стали или других металлов и сплавов, ткани, керамику. Роль пористой перегородки (фильтра) может выполнять слой зернистого материала - песка, гравия, кокса и др. Материал фильтра должен быть устойчив к воздействию очищаемой воды, термически стоек, механически прочен.
Физико-химические методы очистки сточных вод
Коагуляционная очистка - это метод очистки сточных вод от коллоидных частиц, основанный на свойстве коллоидной системы в определенных условиях терять агрегативную устойчивость. Основным процессом коагуляционной очистки производственных сточных вод является взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц загрязнений с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов. В промышленности находят применение различные коагулянты:
соли алюминия: cульфат алюминия (глинозем) Al2 (SO4) 3 ·18H2O, алюминат натрия NaAlO2;
соли железа: железный купорос FeSO4 ·7H2O, хлорид железа (III) FeCl3;
соли магния: хлорид магния MgCl3·6H2O, сульфат магния MgSO4·7H2O;
известь, шламовые отходы.
Сорбционная очистка - это метод очистки, основанный на поглощении загрязняющих веществ из сточных вод твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называют сорбентом, а поглощаемое вещество - сорбатом. Абсорбция - поглощение вещества всем объемом жидкого сорбента. Адсорбция - поглощение вещества поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента. Сорбция, сопровождающаяся химичесим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией. Сорбционная очистка может применяться самостоятельно или совместно с другими методами очистки для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ, а также в целях последующего использования очищенной воды в системах оборотного водоснабжения. Метод применим для очистки сточных вод от ароматических соединений, красителей, углеводородов, слабых электролитов. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов этот метод неприменим. В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины, уголь и др. Активность сорбента характеризуется массой поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м3, кг/кг).
Флотация - метод очистки промышленных сточных вод от гидрофобных мелкодисперсных загрязнений, основанный на явлении смачивания жидкостью твердых или жидких несмешивающихся с ней поверхностей. Метод применяют для удаления из сточных вод нерастворимых в воде диспергированных загрязнений, которые самопроизвольно плохо отстаиваются в условиях механической очистки. Процесс флотационной очистки заключается в удалении гидрофобных частиц загрязнений за счет прилипания их к всплывающим пузырькам воздуха с образованием пенного слоя на поверхности очищаемой сточной воды.
Экстракционная очистка сточных вод основана на распределении загрязняющего вещества между двумя несмешивающимися жидкостями в соответствии с растворимостью в них (жидкофазная экстракция). Отношение равновесных концентраций 
извлекаемого вещества в двух взаимно несмешивающихся жидкостях величина постоянная, называемая коэффициентом распределения: 
. Величина его зависит от химической природы веществ, температуры и других факторов, влияющих на состояние равновесия в рассматриваемой системе. Метод экстракционной очистки целесообразно применять при значительной концентрации растворенных в воде органических веществ (3-4 г/л) или при высокой стоимости извлекаемого вещества.
Ионный обмен (ионообменная сорбция) - метод очистки сточных вод, основанные на реакции обмена между ионами, находящимися в составе очищаемой воды, и подвижными ионами, входящими в состав полиэлектролита - ионита.
Химическая очистка
Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды). Такие виды сточных вод встречаются в машиностроительной (цехи гальванических покрытий), горно-добывающей (обогатительные фабрики свинцо-цинковых и медных руд), нефтехимической (нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы), целлюлозно-бумажной (цехи варки целлюлозы) и в других отраслях промышленности.
В узком смысле окисление - реакция соединения какого-либо вещества с кислородом, а в более широком - всякая химическая реакция, сущность которой состоит в отнятии электронов от атомов или ионов. В практике обезвреживание производственных сточных вод в качестве окислителей используют хлор, гипохлорит кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха.
Хлорирование - обезвреживание сточных вод хлором или его соединениями - один из самых распространенных способов их очистки от ядовитых цианидов, а также от таких органических и неорганических соединений, как сероводород, гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и др.
Озонирование - озон обладает высокой окислительной способностью и при нормальной температуре разрушает многие органические вещества, находящиеся в воде. При этом процессе возможно одновременное окисление примесей, обесцвечивание, дезодорация, обеззараживание сточной воды и насыщение ее кислородом. Преимуществом этого метода является отсутствие химических реагентов при очистке сточных вод.
Перспективность применения озонирования как окислительного метода обусловлена также тем, что оно не приводит к увеличению солевого состава очищаемых сточных вод, не загрязняет воду продуктами реакции, а сам процесс легко поддается полной автоматизации.
Смешение очищаемой воды с озонированным воздухом может осуществляться различными способами: барботированием воды через фильтры, дырчатые (пористые) трубы, смешением с помощью эжекторов, мешалок и т.д.
Биологическая очистка
Биологическая очистка основана на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов, в растворе и являются для микроорганизмов источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных вод от загрязнения.
Очистные сооружения биологической очистки можно разделить на два основных типа:
сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным;
сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях.
К первому типу относятся сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемых сточных вод через почву (поля орошения и поля фильтрации) и сооружения, представляющие собой водоемы (биологические пруды) с проточной водой. В таких сооружениях дыхание микроорганизмов кислородом происходит за счет непосредственного поглощения его из воздуха. В сооружениях второго типа микроорганизмы дышат кислородом главным образом за счет диффундирования его через поверхность воды (реаэрация) или за счет механической аэрации.
При повышенных требованиях к очистке биологически очищенную воду очищают дополнительно. Наиболее широкое распространение в качестве сооружений для дополнительной очистки получили песчаные фильтры, главным образом двух - и многослойные, а также контактные осветлители (микрофильтры применяют реже).
Снижение концентрации трудноокисляемых веществ возможно методом сорбции, например активированным углем и химическим окислением или путем озонирования. Концентрацию солей можно снижать методами обессоливания.
В информационном пространстве регулярно появляются сообщения о влиянии деятельности БЦБК на Байкал. Многие из них, мягко говоря, не объективны. В них преобладают эмоций и мало фактов, а факты, как правило, искажаются в худшую сторону.
Так, например, одно агентство со ссылкой «на достоверный источник» сообщает о миллионах тонн сбросов вредных отходов в озеро. Однако не уточняется, что это сбрасываются сточные воды, очищенные до 99%.
Или информируют о превышении комбинатом норм загрязнения в 600 и более раз. При этом «забывают уточнить», что именно для БЦБК установлены сверхнормативы, которые выше обычных в 600 раз. Здесь необходимо отметить, что в результате последней комплексной проверки комбината Департаментом Росприроднадзора по Сибирскому федеральному округу и Центром лабораторного анализа и технических измерений по Восточно-Сибирскому региону Ростехнадзора в период с 11 апреля по 06 мая 2011 года были отобраны пробы очищенных сточных вод перед сбросом в озеро Байкал.
По результатам биотестирования определено: сточные воды для окружающей природной среды практически неопасные, степень вредного воздействия исследуемой сточной воды на окружающую природную среду очень низкая. О несоответствии необоснованно установленных нормативов и данных биотоксичности доложено в Минприроды России.
Конечно, проблемы есть, но за годы работы на комбинате реализованы масштабные программы по водоочистке.
Во время погружения глубоководных аппаратов «Мир» в районе акватории БЦБК была очень плохая видимость уже на глубине около 100 метров из-за большого количества амфипод и эпишуры - природных очистителей озера. Эти водные (микроорганизмы) животные похожи на муку, каждая песчинка которой пропускает через себя стакан воды за сутки. Амфиподы - ракообразные, которые питаются умершими организмами, в частности, водорослями и рыбой. Такое большое количество этих очистителей говорит о чистоте воды. Это выводы ученых.
На сегодня, и это тоже утверждают ученые-экологи, основная проблема – выбросы в атмосферу. По этому направлению на комбинате развернута программа специальных мероприятий, реализация которых позволит избавить Байкальск от дурнопахнущих выбросов.
Сейчас важно спокойно и профессионально разобраться в проблеме, разработать и реализовать Стратегию развития современного экологически чистого, экономически благополучного предприятия.
Строительство Байкальского целлюлозно-бумажного комбината было обусловлено острой потребностью отечественной промышленности в высококачественной сверхпрочной кордной целлюлозе, применяемой, в частности, в оборонной промышленности. Технология производства кордной целлюлозы предусматривала использование большого количества особо чистой воды, чем и объяснялся выбор местоположения комбината. В настоящее время потребность России в беленой сульфатной вискозной целлюлозе остается.
При создании предприятия были использованы самые прогрессивные технологии и оборудование, а также уникальные сооружения для очистки сточных вод. Находясь постоянно в фокусе внимания природоохранных и общественных органов, комбинат при содействии отраслевых научно-исследовательских организаций совершенствовал систему очистных сооружений сточных вод, переработки осадка, поддерживал высокий уровень технологии производства.
Исключительно высокие требования, предъявляемые к качеству вод сбрасываемых в оз. Байкал, обусловили выбор трехступенчатой схемы очистки: полную биологическую, химическую для обесцвечивания, доочистку в прудах-отстойниках и пруде-аэраторе.
На комбинате организована наблюдательная сеть за подземными водами в районе ОАО «Байкальский ЦБК», которая включает в себя 21 скважину, в том числе 8 скважин перехватывающего водозабора.
Многократно международные эксперты признавали, что внедренная на ОАО «Байкальский ЦБК» уникальная система очистных сооружений позволяет снизить содержание загрязняющих веществ в сточных водах до минимального уровня.
По сравнению с другими комбинатами по производству беленой массы, результаты очистки сточных вод на ОАО «Байкальский ЦБК» в течение последних 7 лет оцениваются международными экспертами, как соответствующие требованиям Европейского союза в рамках Директивы 96/61/ЕС о комплексном контроле и предотвращении загрязнения окружающей среды. Результаты очистки сравнимы с лучшими целлюлозно-бумажными предприятиями мира по производству беленой массы.
По материалам наблюдений последних лет Минприроды России констатирует факт стабильного химического состава очищенных сточных вод ОАО «Байкальский ЦБК». Это объясняется тем, что при поступлении в озеро Байкал сточные воды подвергаются многократному разбавлению, поэтому химический состав воды в пелагиали (зона водной массы озера, не находящаяся в непосредственной близости от дна) Южного Байкала остается неизменным на протяжении долгого времени.
На ОАО «Байкальский ЦБК» проводится регулярная работа по очистке прудов-отстойников. Всего их на комбинате три. Специально подготовленный земснаряд (плавающая установка, предназначенная для откачки пульпы с карт шламо-накопителей и прудов) очищает пруд №2. В середине июля его перебазируют на пруд №1, а в августе от промышленных осадков очистят пруд-аэратор.
Этому процессу предшествовала большая подготовительная работа. Кроме самого земснаряда был смонтирован трубопровод длиной 6 км, диаметром 325 мм. Земснаряд работает круглосуточно и перекачивает на карты (территория, выделенная по утвержденному проекту для размещения отходов производства) 250 кубов в час накопленных в прудах осадков. Общая стоимость реализованного проекта, включая подрядные работы и материалы, более 7 миллионов рублей.
Отдел экологической безопасности подводит ежесуточный баланс по стокам, организован отбор очищенных сточных вод с пруда-аэратора. Концентрация взвешенных веществ на выходе после очистки не превышает 8 мг/л в соответствии с установленными требованиями Росприроднадзора.
В июне 2011 года был документально зафиксирован факт браконьерства на пруду-аэраторе: несколько рыбаков были пойманы с поличным во время ловли сетью карасей, которые развелись в искусственном водоеме комбината.
К настоящему времени выполнены комплексные исследования по отработке технологии получения беленой сульфатной вискозной целлюлозы по схемам ECF (Elemental Chlorine Free) и TCF (Totally Chlorine Free) с максимально замкнутой системой водооборота. Полученные результаты являются предпосылкой для разработки технологии отбелки вискозной целлюлозы по схеме ECF или TCF с замкнутым циклом водооборота применительно к ОАО «Байкальский ЦБК», что позволит создать экологически безопасное предприятие, оказывающее минимальное воздействие на окружающую среду.
ОАО «Байкальский ЦБК» возобновил работы по решению проблемы утилизации отходов производства. Проект выполнен специалистами ОАО «Сибгипробум» - ведущим проектным институтом в Российской Федерации в сфере лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. У шведской компании «ALFA LAVAL», мирового лидера по технологии очистки вод, закуплено специальное оборудование по переработке шлам-лигнина, которое начнет работать уже в середине июля.
В сентябре 2011 года на полную эксплуатационную мощность выйдет модернизированный цех переработки осадка, который является важнейшим звеном в системе экологической безопасности. В сутки будет перерабатываться до 32 тонн шлам-лигнина. Общая стоимость данного проекта – более 18 миллионов рублей.
В итоге на карты (территория, выделенная по утвержденному проекту для размещения отходов производства) вместо шлам-лигнина, которого сейчас вывозится в сутки 25-30 тонн, будет поступать не более одной тонны в неделю зольных остатков не только безвредных для почвы, но и насыщающих её полезными минеральными веществами.
В целях поэтапного снижения выбросов загрязняющих атмосферный воздух на ОАО «Байкальский ЦБК» разработан и согласован с Администрацией Иркутской области План мероприятий по достижению нормативов ПДВ на 2010 – 2012 гг.
В 2005 – 2008 гг. комбинатом выполнено 11 мероприятий по охране воздушного бассейна, включая капитальный ремонт электрофильтров и группового циклона ТЭЦ, установки поглощения аварийных выбросов хлора, монтаж схемы поглощения аварийных выбросов двуокиси хлора, сернистого ангидрида и серной кислоты из воздуха рабочей зоны в скруббер башен двуокиси хлора. Выполнение этих мероприятий позволило снизить выбросы и выполнить соблюдение норм ПДВ. Среди важнейших следует отметить реализацию проекта по вытеснению черного щелока с варочных котлов и начало реализации внедрения полисульфидной варки, что позволило снизить выбросы метилмеркаптана как одного из дурнопахнущих загрязнителей.
На ОАО «БЦБК» пылегазоочистным оборудованием оснащены практически все источники выделения вредных веществ в атмосферу, оказывающие существенное влияние на загрязнение атмосферы. Газоочистным оборудование оснащены 54 источника выделения выбросов в атмосферу загрязняющих веществ.
В рамках Программы природоохранных мероприятий на ОАО «Байкальский ЦБК» проводится установка газоконвертора «ЯТАГАН 3,0-3000ЦБК», предназначенного для очистки вентиляционных и технологических выбросов от вредных газообразных и дурнопахнущих веществ, образующихся в результате работы технологического оборудования.
Газоконвертор «Ятаган» разработан по заказу Министерства обороны для очистки воздуха на подводных лодках в одном из ведущих научных учреждений нашей оборонной промышленности. Установка произведена на московском предприятии ООО «Экопромика». В последние годы указанный метод начал использоваться на предприятиях лесоперерабатывающей отрасли, подтвердив свою высокую эффективность. Выбор специалистов БЦБК этого прибора не случаен, т.к. все знают высокую технологичность и качество продукции, производимой нашей «оборонкой».
Очистка воздуха от органических веществ происходит в результате воздействия барьерного разряда и озона высокой концентрации на молекулы загрязнений. В газоразрядном блоке установки происходят одновременные процессы деструкции (развала) молекул примесей загрязнителей, образования озона из кислорода воздуха и окисления частей молекул примесей-загрязнителей озоном до СО2 и Н2О.
В каталитическом блоке происходит ускорение реакций реформинга примесей-загрязнителей и удаление избыточного озона из очищаемого воздуха. При подаче напряжения 5 000 – 10 000 Вольт с «плавающей» частотой 50-500 Гц от блока питания газоразрядные ячейки блока создают объёмный барьерный разряд, разрушающий молекулы загрязнений.
Испытание «Ятагана» пройдет в одном из цехов комбината, после чего газоконверторы будут установлены во всех производственных структурах, деятельность которых требует очистку воздуха от вредных примесей.
Стратегия развития ОАО «Байкальский ЦБК» особое внимание уделяет эффективной реализации Программы природоохранных мероприятий, по которой в течение двух лет ОАО «Байкальский ЦБК» планирует вложить в защиту окружающей среды более 350 миллионов рублей.
К сведению
Опыт Финляндии, Швеции, Германии, Канады и др. показывает, что мирное сосуществование производства, природы и общества людей реально.
Самая чистая вода в мире, как считают в Комитете по водным ресурсам при ООН, - в Финляндии. 80% воды, имеющейся в распоряжении нашего соседа, классифицируется как исключительно чистая. Ни один из финских водоемов не признан зоной экологического бедствия. Между тем Страна тысячи озер входит в шестерку мировых производителей бумаги, картона и целлюлозы. На территории Финляндии работает около 20 целлюлозных заводов, более 20 предприятий по производству древесной массы, 16 картонных и 30 бумажных предприятий, а экологическая обстановка отвечает международным стандартам.
Канада занимает первое место в мире по производству газетной бумаги, второе место по производству целлюлозы и древесной массы, третье - по производству пиломатериалов. Что не мешает этой стране являться, по оценке ООН, самым экологически чистым государством в мире. Проблемы возникали, однако, власти находили способы их решения. Так, правительства Канады и США совместными усилиями добились того, что 18 ЦБК, расположенных в районе Великих озер, снизили выбросы с 600 тонн в день в 1967 году до 100 тонн в день к 1995 году.
Соблюдение предприятиями экологического законодательства и использование передовых "зеленых" технологий позволяет им мирно уживаться с живой природной средой. Так, норвежское предприятие Sodra Cell Folla располагается на берегу знаменитого Тронхеймского фьорда, третьего в стране по протяженности. Американская Verso Paper Mill с 1907 года работает в непосредственной близости от реки Миссисипи. Шведская Braviken с 1986 года функционирует на берегу залива Балтийского моря, в честь которого и получила свое название.