Оборотное водоснабжение промышленных предприятий
Системы оборотного водоснабжения
Состояние машиностроительной и приборостроительной отраслей в совокупности с экологической ситуацией в Российской Федерации вызывают потребность быстрого внедрения высокоэффективных ресурсосберегающих технологических решений в сфере очистки сточных вод, рационального водопотребления с рециклингом и повторным использованием очищенной воды. Данный подход особенно важен для крупных металлообрабатывающих предприятий оборонного сектора. Сточные воды являются наиважнейшим показателем, влияющим на постоянное снижение качества окружающей среды. В настоящий момент перед производственными отраслями промышленности РФ остро стоит решение вопроса применения новых технологических решения водоочистки и водоподготовки, внедрения ресурсо и энергосберегающего оборудования, дающего возможность, организовать замкнутый цикл водоснабжения, сделав российские города и водоёмы чистыми и годными для здоровой жизни.
Трудности анализа и проектирования оборудования в сфере очистки сточных вод, рационального водопотребления с рециклингом и повторным использованием очищенной воды обусловлены различными характеристиками сточных вод, производительностью, сложностью обезвоживания и переработки осадков, необходимостью извлечения ценных компонентов и возвратом их в технологический цикл. К настоящему времени специалистами Транснационального экологического проекта накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал в области технологии очистки сточных вод, а также информации по типам водоочистного оборудования. Нашей основной задачей является подбор оптимальных технологических схем очистных сооружений, создание и внедрение на промышленных объектах нового высокоэффективного оборудования для систем оборотного водоснабжения и переработки осадков очистных сооружений сточных вод.
Проведенный нами анализ технологий и оборудования для водоочистки, в совокупности с исследованием сточных вод различных производств позволило провести систематизацию всей информации и деление сточных вод на классы в зависимости от состава, выделить основные стадии и методы очистки сточных вод. Анализ оборудования позволил выделить как основное, или традиционное оборудование, без которого сложно организовать очистку сточных вод, так и перспективное современное высокотехнологичное оборудование, необходимое для создания систем оборотного водоснабжения предприятий.
Оборотное водоснабжение организуется на основе технологий, обладающих высоким инновационным потенциалом и получившем наиболее широкое распространение за рубежом и в РФ: мембранные процессы разделения, электрофлотация, ионный обмен на селективных ионообменных смолах, адсорбция на активированном угле, озонирование, выпаривание воды.
Ниже, детально представлены таблицы со значениями предельно допустимых концентраций ПДК сточных вод из которых видно, что достичь показателей качества питьевой воды или технической воды, используемой в гальваническом производстве, технически проще, чем ПДК водоемов РЫБХОЗ назначения, это одна из главных предпосылок к разработке и широкомасштабному внедрению оборотного водоснабжения. Подробно рассмотрено оборудование для очистки промышленных сточных вод на базе мембранных технологий обратного осмоса и ультрафильтрации, электрофлотаторов, фильтр прессов и вакуумных выпарных установок.
Таблица.1. Вода для гальванического производства по ГОСТ 9.314 и ПДК рыбохозяйственных водоемов
| Показатели качества воды, химические вещества | Допустимые значения показателей качества и ингредиентов по категориям: | |||||
| 1 кат. ГОСТ 9.314 | Питьевая вода СанПиН 2.1.4.1074-01 | 2 кат. ГОСТ 9.314 | 3 кат. ГОСТ 9.314 | Дистиллированная вода ГОСТ 6709 | ПДК рыбохозяйственных водоемов | |
| pH | 6,0-9,0 | 6,0-9,0 | 6,5-8,5 | 5,4-6,6 | 5,4-6,6 | 6,5-8,5 |
| Мутность, мг/л | 2 | 1,5 | 1,5 | — | — | |
| Железо (Fe), мг/л | 0,3 | 0,3 | 0,1 | 0,05 | 0,05 | 0,1 / 0,05* |
| Медь (Cu, суммарно), мг/л | 1 | 1 | 0,3 | 0,02 | 0,02 | 0,001 / 0,005* |
| Цинк (Zn2+), мг/л | 5 | 5 | 1,5 | 0,2 | 0,2 | 0,01 / 0,05* |
| Кадмий (Cd, суммарно), мг/л | — | 0,001 | — | — | — | 0,005 / 0,01* |
| Никель (Ni2+), мг/л | 5,6 | 0,1 | 1 | — | — | 0,01 |
| Хром (Cr6+), мг/л | — | 0,05 | — | — | — | 0,02 |
| Хром (Cr3+), мг/л | 5 | 0,5 | 0,5 | — | — | 0,07 |
| Алюминий (Al3+), мг/л | — | 0,5 | — | — | 0,05 | 0,04 |
| Свинец (Pb, суммарно), мг/л | — | 0,03 | — | — | 0,05 | 0,006 / 0,01* |
| ИТМ, суммарно, мг/л | 15 | — | 5 | 0,4 | — | |
| Кремний (Si), мг/л | — | 10 | — | — | — | 1 (по SiO32-) |
| Мышьяк (As, суммарно), мг/л | — | 0,05 | — | — | — | 0,05 / 0,01 |
| Сурьма (Sb), мг/л | — | 0,05 | — | — | — | |
| Кальций (Ca2+), мг/л | — | — | — | — | 6,8 | 180 / 610* |
| Жесткость, мг-экв/л | 7 | 7 | 6 | |||
| Сульфаты (SO42-), мг/л | 500 | 500 | 50 | 0,5 | 0,5 | |
| Хлориды (Cl—), мг/л | 350 | 350 | 35 | 0,02 | 0,02 | |
| Нитраты (NO3-), мг/л | 45 | 45 | 15 | 0,2 | 0,2 | |
| Фосфаты (PO43-), мг/л | 30 | 3,5 | 3,5 | 1 | — | |
| Аммиак и аммонийные соли, мг/л | 10 | — | 5 | 0,02 | 0,02 | |
| Остаточный хлор (своб./связ.), мг/л | 1,7 | 0,3-0,5 / 0,8-1,2 | 1,7 | — | — | |
| Нефтепродукты, мг/л | 0,5 | 0,1 | 0,3 | — | — | 0,05 |
| ПАВ (анионные), мг/л | 5 | 0,5 | 1 | — | — | |
| ХПК, мг/л | 150 | — | 50 | — | — | |
| Окисляемость перманганатная, мг/л | — | 5 | — | — | 0,08 | |
| Сухой остаток, мг/л | 1000 | 1000 | 400 | 5 | 5 | |
| Удельная электрическая проводимость, См/м (при 20°С) | 2х10-3 | 2х10-3 | 1х10-3 | 5х10-4 | 5х10-4 | — |
| * ПДК установлены для морских водоемов. | ||||||
Очистка сточных вод гальванического производства от тяжелых металлов, высокомолекулярных органических соединений (ВМС) и взвешенных веществ на основе постадийной комбинации флотационного процесса, ультрафильтрации и обратноосмотического обессоливания представлена на Рис.1. На I этапе проиcходит всплытие и удаление дисперсных веществ в электрофлотаторе, на II этапе происходит мембранная УФ очистка осветленной воды. На III этапе вода поступает двухступенчатую систему обратного осмоса с целью удаления истинно растворимых солей и повторного использования фильтра в гальваническом процессе. На IV этапе ОО концентра подается на вакуум-выпарную установку с получением твёрдого промышленного отхода — кристаллических солей. Замкнутый цикл водопользования работает за счет удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов, ВМС и истинно растворимых ионов, что дает возможность с низкими энергозатратами получать воду для повторного использования на промывных операциях и приготовления растворов электролитов (2-кат и 3-кат по ГОСТ 9.314).
Рис.1. Оборотное водоснабжение гальванического производства
Технологическое оборудование системы оборотного водоснабжения:
Рис.2. Электрофлотатор для извлечения из воды нерастворимых веществ: гидроксидов тяжелых металлов, нефтепродуктов, анионных и неионогенных ПАВ и взвешенных веществ.
Таблица.2. Технические характеристики электрофлотационного модуля
| Габаритные размеры электрофлотатора, мм: | ||
| длина | 2500 | |
| ширина | 1300 | |
| высота | 1300 | |
| Масса, кг | 200 | |
| Производительность, м3/час | до | 10 |
| pH обрабатываемой воды для извлечения следующих металлов: | ||
| никель | 9,5 — 10 | |
| медь и цинк | 9 — 9,5 | |
| алюминий | 6 -7 | |
| хром (III) | 9,5 — 10 | |
| железо (III) | 6,5 -7,5 | |
| кадмий | 9,5 — 10 | |
|
в смеси |
9 — 10 | |
|
нефтепродуктов, жиров, масел |
6,5 — 8 | |
| Исходная концентрация загрязнений, мг/л | не более | |
|
тяжелые металлы |
10 | 100 |
|
взвешенные вещества |
30 | 300 |
|
нефтепродукты |
50 | 1000 |
| Остаточная концентрация загрязнений, мг/л | не более | |
|
тяжелые металлы |
0,1 | 1 |
|
взвешенные вещества |
0,3 | 2 |
|
нефтепродукты |
0,5 | 50 |
| Потребляемая мощность, кВт*ч/м3 | не более | 0,5 |
| Напряжение питания электродов, В | 24 | |
| Максимальный ток на электродах, А | 200 | |
| Срок службы нерастворимых электродов, лет | до | 10 |
Ультрафильтрация обеспечивает удаления из осветленной воды после тонкослойного отстойника либо электрофлотатора коллоидных частиц. Ультрафильтрационные мембраны могут задерживать макромолекулы и макроионы. УФ мембрана представляет собой селективный барьер, пропускающий в фильтрат одни компоненты и задерживающий в концентрате другие. Система оборотного водоснабжения требует для эффективной работы на финише установку нанофильтрации либо обратного осмоса. УФ мембранные элементы представленные в коммерческом доступе изготавливаются полиэфирсульфона (ПЭС) либо акрилонитрила — половолоконные мембраны, фторопласта и керамики — трубчатые мембраны.
Рис.3. Установка ультрафильтрации — промежуточный технологический узел рециклинговой установки, обеспечивающий извлечение из осветленной воды ВМС и коллоидов для надежной бесперебойной работы системы двухступенчатого обратного осмоса, полностью и максимально обессоливающего воду.
Рис.4. Камерный фильтр-пресс для обезвоживания осадка, образующегося в процессе электрофлотации при очистке сточных вод гальванического производства.