Технологии очистки воды

Технологии очистки сточных вод

В условиях развивающегося промышленного производства в России чрезвычайно важным является поиск необходимого баланса между потребностями промышленности в сырье, энергии, размещении отходов производства, включая выбросы и сбросы, и потребностями граждан. Последние включают не только экологически благоприятные условия проживания, но и рабочие места, достойную заработную плату, возможность обеспечить свое будущее и будущее своих детей.

Как показывает европейский и мировой опыт, в настоящее время наиболее совершенным инструментом установления такого баланса является выдача промышленным предприятиям комплексных разрешений на выбросы, сбросы, размещение отходов на основе технологического нормирования с использованием наилучших доступных технологий (НДТ). Комплексность разрешения позволяет, во-первых, существенно упростить процедуру получения разрешения и, во-вторых, минимизировать все виды негативного воздействия на окружающую среду.

Технологическое нормирование существенно упрощает процедуры, как производственного экологического контроля, так и государственного контроля деятельности предприятий. Комплексное разрешение на базе НДТ содержит ограниченный список параметров для контроля, характерных именно для используемой технологии.

Применение наилучших доступных технологий невозможно без разработки соответствующих справочных материалов по НДТ. Так в Европейском Союзе (ЕС) за 15 лет внедрения комплексных разрешений накоплен значительный опыт в части разработки документов по НДТ. Целью российско-европейского проекта «Гармонизация экологических стандартов», в котором РХТУ им. Д.И. Менделеева принимает активное участие наряду с отраслевыми научными институтами и передовыми предприятиями Российской Федерации, является адаптация НДТ ЕС к российским условиям. Результаты проекта показывают возможность и целесообразность развития данного подхода для РФ.

Новые керамические нанофильтрационные мембраны с активным мембранным слоем на основе TiO₂ имеют средний размер пор 0,9 нм и обеспечивают удаление молекул массой более 450 D (Дальтон). Промышленные испытания по очистке сточных вод текстильного производства от красителей проходили на установке нанофильтрации (площадью поверхности 5,1 м²).

В Российской Федерации в настоящее время действует Федеральный закон от 10.01.2002 N 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» (принят ГД ФС РФ 20.12.2001). Одним из основных понятий ФЗ «Об охране окружающей среды» является наилучшая существующая технология (НСТ). НСТ — технология, основанная на последних достижениях науки и техники, направленная на снижение негативного воздействия на окружающую среду и имеющая установленный срок практического применения с учетом экономических и социальных факторов.

В соответствии со статьей 36 Федерального закона «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 N 7-ФЗ при проектировании зданий, строений, сооружений и иных объектов должны учитываться нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду, предусматриваться мероприятия по предупреждению и устранению загрязнения окружающей среды, а также способы размещения отходов производства и потребления, применяться ресурсосберегающие, малоотходные, безотходные и иные наилучшие существующие технологии, способствующие охране окружающей среды, восстановлению природной среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов. Кроме того, капитальные и эксплуатационные затраты на внедряемые технологии в конечном итоге включаются в себестоимость производимой продукции и, следовательно, требуется соблюдать баланс, обеспечивающий как высокую рентабельность производства, так и высокое качество природоохранных мероприятий.

Современная концепция рационального использования водных ресурсов предполагает разработку и применение систем повторного использования воды на предприятиях с целью уменьшения объемов забора свежей воды и сброса сточных вод. Предлагаемый в работе подход к решению задачи снижения общего количества сбрасываемых загрязнений предполагает массовое использование на промышленных предприятиях и в секторе ЖКХ для очистки и повторного использования сточных вод ряд универсальных модульных установок очистки воды. Установки ГК ТЭП спроектированы и построены специалистами РХТУ им. Д.И. Менделеева и Компании Membrane System Engineering на основе прогрессивных мембранных и флотационных технологий очистки воды, которые наиболее целостно соответствуют требования природоохранного законодательства и определению НСТ (НДТ).

Предлагаемый подход к решению задач очистки сточных вод гальванических производств, оборотного водоснабжения прачечных предприятий и производств моющих средств, текстильной промышленности и типографий с помощью установок ГК ТЭП позволяет не только добиться высокого качества очистки сточных вод, позволяющего осуществить их повторное использование, но и сделать их внедрение и эксплуатацию рентабельными. Концепция рентабельности мембранных и флотационных установок состоит в следующем:

Универсальность при удалении из воды загрязнений различного типа;
Высокая эффективность очистки сточных вод 97-99,5%;
Малые занимаемые площади (1м² оборудования – 4м³/ч очищенной воды);
Низкие эксплуатационные затраты (на сменные элементы и электроэнергию);
Простота монтажа, ввода в эксплуатацию и автоматический режим работы;
Высокая химическая стойкость и долговечность оборудования;
Возможность увеличения производительности очистных сооружений без замены уже существующего оборудования благодаря модульности его исполнения.

Очистка сточных вод и оборотное водоснабжение гальванических производств

Очистка сточных вод гальванического производства

В соответствии с технологической схемой, представленной выше, сточные воды проходят предварительную обработку и несколько стадий очистки в зависимости от требований к качеству очищенной и/или оборотной воды. На первой стадии происходит извлечение гидроксидов и фосфатов тяжелых металлов, нефтепродуктов, поверхностно-активных и взвешенных веществ в
электрофлотаторе. На второй стадии происходит доочистка воды от остаточного содержания тяжелых металлов и коллоидных частиц на установке ультрафильтрации перед сбросом в систему городской канализации либо подачей на установку обессоливания. На третьей стадии происходит обессоливание воды на установке низконапорного обратного осмоса с целью ее повторного использования в производстве. В случае высокого солесодержания концентрата с установки обратного осмоса, его утилизируют на вакуум-выпарной установке с получением дистиллята и твердого отхода. Данное техническое решение позволяет получить две категории очищенной воды: для повторного использования на операциях промывки деталей — 2 кат. ГОСТ 9.314 и для приготовления растворов электролитов — 3 кат. ГОСТ 9.314.

Результат работы очистных сооружений сточных вод гальванических производств построенных на основе Наилучших Доступных Технологий:

Показатель	Концентрация, мг/л
Показатель	Сточные воды	После ЭФ	После УФ	После ОО	ПДК МВК (СПб)	2 кат. Гост 9.314	ПДК РХ
Медь, Cu²⁺	5-30	0,3-0,8	0,1	<0,01	0,5	0,3	0,001
Никель, Ni²⁺	5-30	0,2-0,7	<0,04	<0,01	0,5	1,0	0,01
Цинк, Zn²⁺	5-30	0,3-0,7	<0,04	<0,01	2	1,5	0,01
Хром, Cr³	5-30	0,5-1,2	0,1	<0,01	1	0,5	0,07
Железо, Fe³⁺	5-30	0,1	0,01	<0,01	3	0,1	0,1
Алюминий, Al³⁺	5-30	0,2	<0,04	<0,01	1	(0,5)	0,04
Свинец, Pb²⁺	5-30	1-2	<0,04	<0,01	0,1	(0,03)	0,006
Кадмий, Cd²⁺	5-30	1-2	0,1	<0,01	0,01	0,01	0,005
Сульфаты, SO₄^2-	1000-1500	1000-1500	1000-1500	<30	500	50	100
Хлориды, Cl^—	100-200	100-200	100-200	<4	350	35	300
ПАВ	1-5	0,5-2,5	0,1-1	<0,01	2,5	1,0	0,25
Нефтепродукты	5-30	0,5-1	<0,05	<0,01	4	0,3	0,05

Использование комбинации электрофлотации, ультрафильтрации и низконапорного обратного осмоса позволяет значительно сократить как водопотребление и водоотведение, так и затраты на эксплуатации очистных сооружений промышленного предприятия. При этом существенно повышается рентабельность гальванического производства.

Разработанная технология очистки сточных вод с применением комбинирования электрофлотации, ультрафильтрации и низконапорного обратного осмоса, рекомендуется к внедрению на модернизируемых и вновь строящихся очистных сооружениях гальванического производства в регионах с жесткими требованиями ПДК.

Очистка сточных вод и оборотное водоснабжение производств синтетических моющих средств и прачечных предприятий

Последние несколько лет проблема создания водооборота на предприятиях стоит особенно остро. Повышение цен на воду и водоотведение заставляет предприятия лихорадочно искать выходы для обеспечения рентабельности производств. При этом в различных технологических циклах требования к качеству оборотной воды разные. Для примера рассмотрим два случая успешного внедрения водооборота на производствах синтетических моющих средств и прачечных предприятиях.

Разработка мембранных установок на основе отечественных и зарубежных композитных НФ мембран и внедрение их на очистных сооружениях промышленных предприятий, позволяет решать экологические проблемы производств, генерирующих сточные воды сложного состава и создавать на них системы оборотного водоснабжения. Однако современные рулонные нанофильтрационные (НФ) и обратноосмотические (ОО) мембранные элементы имеют существенный недостаток — наличие сепараторной сетки-турбулизатора, которая образуют мембранный канал между слоями полимера. В местах соприкосновения сетки и мембраны образуются застойные участки, являющиеся причиной скопления коллоидных частиц и образования кристаллических наростов

очистка сточных вод прачечных

Технологическая схема очистки сточных вод производства моющих средств и прачечных предприятий с применением электрофлотатора, самопромывного фильтра с рейтингом 5 мкм из износостойких материалов, а также установки напорной нанофильтрации либо нанофильтрации под вакуумом представлена выше. Основные технико-экономические преимущества очистных сооружений, построенных по данной схеме:

Низкие эксплуатационные затраты благодаря отсутствию необходимости периодической замены дорогостоящих сорбентов и фильтроматериалов на тканной основе;
Длительный срок службы конструкционных материалов оборудования: полипропилен (до 50 лет), электроды электрофлотатора (5-10 лет), нанофильтрационные мембранные элементы нового поколения (3-5 лет);
Низкие энергозатраты при использовании установок вакуумной нанофильтрации взамен установок напорной нанофильтрации и обратного осмоса;
Малые занимаемые площади под очистные сооружения благодаря отсутствию в потребности локальной биологической очистки сточных вод.

Новая конструкция мембранной установка нанофильтрации под вакуумом, представленная ниже, была разработана специалистами Компании Membrane Engineering Systems и РХТУ им. Д.И. Менделеева для того, чтобы исключить наличие застойных участков в мембранных элементах и обеспечить возможность обратной промывки мембран гидравлическим ударом, по аналогии с технологиями микро- и ультрафильтрации.

мембранная фильтрация под вакуумом

Промышленная установка вакуумной фильтрации на основе нанофильтрационных и обратноосмотических мембран для очистки сточных вод сложного состава от органических загрязнений

Фильтрация под вакуумом и удаление сетки из мембранного элемента позволили максимально повысить выход фильтрата и увеличивать степень концентрирования исходной воды в мембранных установках, исключив проблемы образования осадков малорастворимых солей на мембранах.

Результат работы очистных сооружений сточных вод прачечных и производств моющих средств построенных на основе Наилучших Доступных Технологий:

Показатель	Концентрация, мг/л
Показатель	Сточные воды I	Сточные воды II	После ЭФ	После НФ	Питьевая вода СанПиН	ПДК МВК (СПб)	ПДК РыбХоз
pH	7,5-8	7-7,5	7-8	6,5-8,5	6-9	6,5-8,5	6,5-8,5
Железо, Fe³⁺	1-5	1-5	0,1	<0,04	0,3	3	0,1
Алюминий, Al³⁺	5-20	5-20	0,2	<0,04	1,5	1	0,04
Взвешенные вещества, мг/л	1300	170	0,1-1	<0,04	1,5	500	0,25
Фосфаты, PO₄^3-	2	<10	<0,04	<0,01	3,5	4	—
Сухой остаток	2000	2700			1000	2000	—
Сульфаты, SO₄^2-	10	50	10-50	<0,2	500	500	100
Хлориды, Cl^—	250	<10	<250	<150	350	350	300
Эфироизвлекаемые вещества, мг/л	60	отс.	0,1-1	<0,05	отс.	20	отс.
Жиры, мг/л	60	10	0,1-1	<0,05	отс.	20	0,05
ПАВ анионные, мг/л	3	700	1-350	<2,5	0,5	2,5	0,25
ПАВ неионогенные, мг/л	10	100	5-50	<0,2	отс.	—	отс.
Нефтепродукты	1	70	<0,5	<0,05	0,1	4	0,05
ХПК, мгО₂/л	3300	7150	1600-3500	<800	<15	800	3
БПК, мгО₂/л	500	1850	250-900	<500	<15	500	3
I — Сточные воды типового прачечного предприятия, II — Сточные воды типового производства моющих средств

Очистка сточных вод и оборотное водоснабжение текстильной промышленности

По объему потребления природной воды и сбросу сточных вод одно из ведущих мест занимают красильные и отделочные производства предприятий текстильной промышленности. Удельный расход природной воды, а соответственно сточных вод, в этих производствах составляет 70 – 400 м3 на тонну продукции. Поэтому задача разработки и внедрения технологии, обеспечивающей очистку и возврат сточных вод сложного состава в производство, является сегодня крайне актуальной.

Сточные воды текстильного производства отличаются повышенным содержанием взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, высоким значением ХПК, фракционный состав которого представлен поверхностно-активными веществами, органических и неорганических красителями.

Основные технологические процессы текстильного производства, являющиеся источниками сильнозагрязненных сточных вод сложного состава:

Сточные воды, образующиеся в процессе расшлихтовка, имеют высокое значение ХПК. При очистке данных стоков на установке ультрафильтрации с керамическими мембранами, устойчивыми к высокой температуре и агрессивным химическим средам осуществляется как возврат 85-90% воды на повторное использование, так и обработка шлихты до уровня, пригодного для ее повторного использования в качестве топлива;
Сточные воды, образующиеся в процессе отбеливания хлопка, имеют высокое значение ХПК из-за наличия органических веществ, содержащихся в хлопке. Для обесцвечивания и утилизации данных стоков применяется комбинация ультрафильтрации на керамических мембранах и нанофильтрации под вакуумом. Концентрат с установки нанофильтрации поступает на фильтры с загрузкой активированного угля низкого качества. После выработки ресурса уголь сжигается в каталитических печах.
Сточные воды, образующиеся в процессе окраски текстиля, имеют высокие значения ХПК, из-за наличия органических красителей, и солесодержания, следовательно, для их утилизации также применяется комбинация ультрафильтрации и нанофильтрации под вакуумом.

Технологическая схема очистки сточных вод красильного цеха текстильного предприятия с применением установки ультрафильтрации на основе керамических мембран, системы нанофильтрации под вакуумом, а также сорбционной установки для образования твердого отхода производства представлена ниже. В ходе разработки технологии успешно использован руководящий документ ЕС по НДТ – «Текстильная промышленность» [12].

Очистка сточных вод текстильной промышленности

Установка ультрафильтрации извлекает и концентрирует микрочастицы/частицы и длинноцепочечные компоненты органических сточных вод при температуре до 95°C. Несмотря на то, что технология ультрафильтрации в последние годы активно используется в пищевой и фармацевтической отраслях промышленности, только благодаря использованию керамических мембран, устойчивых к агрессивны химическим средам и высоким температурам, сегодня возможно его применение и в текстильной промышленности. Это позволяет эффективно вести очистку сточных вод текстильного производства в непрерывном режиме. Ультрафильтрация надежно защищает от загрязнения нанофильтрационные мембранные элементы, гарантируя тем самым надежность работы очистных сооружений.

В процессе нанофильтрации под вакуумом происходит извлечение из воды и концентрирование растворенных солей и красителей. Используя сочетание ультрафильтрации и нанофильтрации, можно достигнуть 80-85% возврата обработанных сточных вод в технологический процесс. После применения комплекса мембранной фильтрации очищенная вода бесцветна, уровень ХПК составляет не более 15 мгО₂/л.

Скачать опросный лист — Очистка сточных вод