Font Size

Cpanel

Совместное использование коагулянта и извести при очистке сточных вод предприятий

yamaeva aОдним из основных источников антропогенной нагрузки акватории России являются сточные воды промышленных предприятий, качественная очистка которых – весьма дорогостоящий процесс. Для снижения материальных затрат на очистку сточных вод необходимо внедрение методов интенсификации процессов водоочистки, которые бы позволили уменьшить расход реагентов, обеспечивая при этом требуемую степень очистки на очистных сооружениях. Одним из таких методов является применение реагентных смесей в процессе водоочистки.

По данным справочника [11], объем сбрасываемых в водные объекты Российской Федерации сточных вод оценивается примерно в 52 км3 в год, из которых лишь 19,2 км3 подвергаются очистке. Вместе со сточными водами в поверхностные водные объекты Российской Федерации ежегодно поступает около 11 млн т. загрязняющих веществ.

В каждом гидрографическом районе преобладают предприятия разных видов промышленности, имеющие значительное водопотребление и, соответственно, значительные расходы сбрасываемых сточных вод. Одним из существенных факторов, определяющих величину негативного воздействия на водные объекты, является необеспечение достаточного уровня очистки.

В соответствии с российским законодательством [12], предприятия, осуществляющие на территории Российской Федерации деятельность, оказывающую негативное воздействие на окружающую среду, обязаны вносить плату за это воздействие. Определение размера платы за превышение предельно допустимых значений нормативных показателей общих свойств сточных вод производится в порядке, установленном Постановлением Правительства № 664 [9].

При всем многообразии методов очистки сточных вод предприятия в условиях рыночной экономики заинтересованы в том, чтобы выбирать те из них, которые позволят уменьшить расход реагентов, обеспечивая при этом требуемую степень очистки воды на очистных сооружениях, то есть сделают процесс обслуживания очистных сооружений выгоднее выплаты штрафов за превышение нормативных показателей сточных вод. При этом способы водоочистки должны отвечать основным требованиям предприятия: гарантировать высокую эффективность очистки при технологических особенностях конкретной организации и иметь низкую стоимость внедрения и обслуживания.

Одним из методов, отвечающих обоим этим критериям, является совместное использование коагулянта и извести при очистке сточных вод предприятий. Данный способ широко использовался в середине XX века, но в дальнейшем потерял свою распространенность из-за сложности приготовления известкового молока из сырья, напоминающего по своей структуре нерастворимые камни. В настоящее же время химические предприятия производят известь в виде порошка, что позволяет избежать проблем очистки воды с ее применением, существовавших более полувека назад.

В практике очистки сточных вод предприятий активно применяются реагентные методы извлечения загрязнений. Существуют следующие группы реагентов, применяемых при водоочистке:

● коагулянты;

● реагенты, применяемые для подщелачивания и умягчения воды;

● вспомогательные средства, применяемые при коагулировании.

Метод удаления коллоидных частиц из воды с применением химических реагентов называется коагуляцией, ахимические вещества, используемые для этой цели, – коагулянтами. Коагулирование воды используется для интенсификации и улучшения процесса очистки воды от коллоидных примесей, кроме того, благодаря коагуляции, помимо грубодисперсных частиц, из воды удаляются частицы песка, планктон, бактерии и вирусы.

Для очистки воды применяются следующие коагулянты: сульфат алюминия Al2(SO4)3·18Н2О (сернокислый алюминий), сульфат железа (II) FеSO4·7Н2О (железный купорос), хлорид железа (III) FеCl3·6Н2О, гидроксихлорид алюминия Al2(OН)5Cl, метаалюминат натрия NaAlO2.

Скорость коагулирования воды определяется стадией хлопьеобразования. Рост хлопьев происходит в результате сорбции скоагулировавшими частицами гидроксидов алюминия или железа коллоидных частиц, примесей воды, укрупнения образовавшихся хлопьев за счет их слипания друг с другом. Хлопья укрупняются и оседают под действием силы тяжести. Чем быстрее происходит рост хлопьев и чем больше их масса и размер, тем интенсивнее идет процесс осаждения и выше степень осветления воды.

Количество добавляемого в воду коагулянта называется дозой коагулянта. Оптимальной дозой коагулянта является наименьшая концентрация реагента, отвечающая наилучшему осветлению или обесцвечиванию воды. Она определяется опытным путем и зависит от солевого состава, жесткости, щелочности воды и других параметров. Оптимальной дозой коагулянта считается то его минимальное количество, которое при пробном коагулировании дает крупные хлопья и максимальную прозрачность воды через 15–20 минут [5].

В ряде отечественных литературных источников [1, 8] суспензия извести упоминается как катализатор процесса водоочистки. В работах [3, 6] и вовсе описывается, что процесс очистки сточных вод проходит малоэффективно при отказе от использования извести.

В работе [2] автор рассмотрел ввод перед отстойником извести в качестве замутнителя, способствующего хлопьеобразованию из-за введения дополнительной взвеси, а не только из-за повышения рН воды.

Известкование реализуется при обработке исходной воды в осветлителях суспензией гашеной извести Са(ОН)2, называемой известковым молоком. Основное назначение известкования – снижение щелочности обрабатываемой воды: при этом происходит частичное снижение общей жесткости обрабатываемой воды, солесодержания, содержания кремния, концентрации соединений железа [7]. Применение процесса известкования наиболее популярно на предприятиях, сточные воды которых имеют соответствующие качественные показатели.

При совмещении процессов известкования и коагуляции в качестве коагулянта используют обычно сульфат двухвалентного железа FеSO4·7Н2О. При введении железного купороса в воду сначала образуется гидроксид железа (II), который под действием растворенного в воде кислорода окисляется в гидроксид железа (III).

Окисление гидроксида железа (II) в нейтральной или кислой среде протекает медленно, поэтому применение железного купороса без добавок приводит к неполному осаждению гидроксида железа (II) и неудовлетворительному ходу процесса очистки.

Для быстрого окисления гидроксида железа (II) рН воды должен быть не ниже 8. Поэтому перед добавлением в воду железного купороса вводят щелочь, что усложняет обработку воды.

При использовании в качестве коагулянта солей железа необходима их тщательная дозировка, так как незначительное нарушение доз приводит к проскоку ионов железа в очищенную воду. Хлопья гидроксида железа осаждаются неравномерно, в связи с чем в воде остается много мелких хлопьев, поступающих на фильтры.

Перемешивание - одна из важнейших операций, входящая во многие стадии процесса очистки сточных вод, позволяющая осуществить полное смешивание одного вещества с другим, смешиваемых жидкостей, непрерывное перемешивание жидких суспензий [4].

Особенностью перемешивания суспензии извести с коагулянтом и сточной водой является необходимость осуществлять его достаточно быстро. Это вызвано тем, что частицы извести следует поддерживать во взвешенном состоянии по всему объему агрегата для повышения количества взаимодействующих реагентов.

Оптимальным решением при выборе смесителя при данных условиях является механический смеситель, принципиальная схема которого представлена на рисунке 1. Его работа основана на принципе механического перемешивания обрабатываемой воды с реагентами. Применение данных смесителей особенно удобно при введении нескольких реагентов. Данный аппарат работает следующим образом. Исходная сточная вода и реагенты подаются через патрубки 1, 5, 6 в смеситель, в котором при помощи механической мешалки 3 происходит смешение раствора коагулянта, известкового молока и обрабатываемой воды. Затем вода поступает на дальнейшую обработку: отстаивание и фильтрование.

20191201pic1

Рис. 1. Принципиальная схема механического смесителя:

1 – подача исходной воды; 2 – двигатель с приводом для мешалки;

3 – механическая мешалка; 4 – перегородка; 5 – подача раствора коагулянта; 6 – подача известкового молока; 7 – отвод воды с реагентами

Для любого предприятия важен аспект экономических затрат на водоочистку. Добиться снижения финансовых затрат на использование реагентов можно посредством установления контроля за их расходованием: то есть необходимо подобрать оптимальные дозы коагулянта и известкового молока, что в условиях реального предприятия осуществить разовыми экспериментальными опытами невозможно из-за постоянно меняющегося качественного состава сточных вод. Для решения данной задачи целесообразно внедрять системы автоматического управления очисткой сточных вод [10].

20191201pic2

Рис. 2. Система автоматического регулирования процесса перемешивания сточной воды с раствором коагулянта и известковым молоком:

СВ – сточная вода предприятия; ОВ – сточная вода, обработанная реагентами

Представленная на рисунке 2 система относится к автоматическому управлению процессом очистки воды и может быть использована в водоподготовке преимущественно при реагентной очистке воды от коллоидных загрязнений. Основным достоинством данной системы является повышение качества очистки воды и возможность снижения расхода реагентов. Управление данной системой основывается на пропорциональном дозировании реагентов путем внедрения совокупности элементов, устанавливающей автоматически такую дозу реагентов, при которой обеспечивается заданное значение показателя очистки. Регулировать расход коагулянта целесообразно по величине отклонения мутности воды от заданного значения на выходе из смесителя. Одновременно необходимо регулировать расход щелочи по величине отклонения значения рН от заданной величины. Данная система реализует управление процессом очистки сточных вод по отклонению.

На входе в аппарат-смеситель 1 насосом 2 отбирают пробу воды и подают на измеритель мутности 3, сигнал от которого поступает на регулятор 4, где сравнивается с заданным значением. Регулятор 4 вырабатывает управляющий сигнал, который через исполнительный механизм 5 и регулирующий орган 6 воздействует на расход коагулянта (железного купороса).

На входе в аппарат-смеситель 1 установлен также датчик 7 рН-метра 8, сигнал от которого через регулятор 9 передается на исполнительный механизм 10, а регулирующий орган 11 воздействует на расход известкового молока.

Система работает следующим образом: при отклонении мутности обработанной воды от заданного значения, например, в большую сторону, происходит увеличение дозы коагулянта. Увеличение дозы коагулянта за счет его гидролиза вызывает снижение рН воды. Система регулирования рН путем увеличения расхода щелочи приводит значение рН к заданной величине.

Таким образом, в представленной системе происходит одновременно регулирование расхода коагулянта в зависимости от мутности воды на входе в аппарат-смеситель и расхода известкового молока в зависимости от значения рН очищаемой воды.

Метод совместного использования коагулянта и извести при очистке сточных вод может зарекомендовать себя как эффективный на предприятиях, которым необходима интенсивная очистка сточных вод ввиду отсутствия больших объемов резервуаров для хранения сточных вод, а также предприятиям, сточные воды которых имеют кислый характер. В эту категорию попадает большинство предприятий пищевой промышленности, производители минеральных удобрений и химикатов, предприятия по обработке цветных металлов и др. Благодаря использованию совместного введения коагулянта и извести в воду на перечисленных предприятиях возможно не только добиться высокой степени водоочистки, но и удешевить процесс обработки сточных вод и, как следствие, сократить расходы, не связанные с извлечением прибыли.

Литература

1. Гетманцев С.В. Очистка производственных сточных вод коагулянтами и флокулянтами [Электронный ресурс] / С.В. Гетманцев, И.А. Нечаев, Л.В. Гандурина. - Москва: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2008. - 271 с.

2. Драгинский В.Л. Коагуляция в технологии очистки природных вод / В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева, С.В. Гетманцев. - Москва: [б.и.], 2005. - 571 с.

3. Душкин С.С. Интенсификация реагентных методов очистки воды: [Учеб. пособие для спец. «Водоснабжение, канализация, рац. использ. и охрана вод.ресурсов»] / С. С. Душкин; М-во высш. и сред. спец. образования УССР, Учеб.-метод. каб. по высш. образованию, Харьк. ин-т инженеровгор. хоз-ва. - Харьков: УМКВО, 1991. - 166 с.

4. Журба, М.Г. Водоснабжение [Текст]: проектирование систем и сооружений: (в 3 т.) : учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Водоснабжение и водоотведение» направления подготовки дипломированных специалистов «Строительство»/ М.Г. Журба, Л.И. Соколов, Ж.М. Говорова ; науч.-метод. рук. и общ. ред. М.Г. Журбы. - 3-е изд., доп. и перераб. - Москва: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2010. - 25 см.

5. Козловская С.Б. Исследование интенсификации процесса очистки городских сточных вод методом реагентной обработки: диссертация кандидата технических наук: 05.23.04. - Харьков, 1982. - 156 c.

6. Кольчугин, Б.М. Совместная очистка сточных вод и осадков водопроводных станций: диссертация кандидата технических наук: 05.23.04. - Москва, 1984. - 160 c.

7. Копылов А.С. Водоподготовка в энергетике: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям «Тепловые электрические станции» и «Технология воды и топлива на тепловых и атомных электрических станциях» направления подготовки дипломированных специалистов «Теплоэнергетика» / А.С. Копылов, В.М. Лавыгин, В.Ф. Очков. - 2-е изд., стер. - Москва: Издательский дом МЭМ, 2006. - 309 с.

8. Красавин, А.П. Экологическое оздоровление промышленного производства / А.П. Красавин. - Пермь: Звезда, 2005. - 239 с.

9. Постановление Правительства РФ от 29.07.2013 № 644 (ред. от 26.07.2018) «Об утверждении Правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации».

10. Способ автоматического управления процессом коагуляции: а. с. 1007970 СССР: SU1625830A1/ Cимонов С.С., Беляков В.Б. (СССР). — № 4330722; заявл. 20.11.87; опубл. 07.02.91. - 3 с.

11. ОПСВ ИТС 8 «Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях» [Электронный ресурс]: Бюро наилучших доступных технологий. URL: http://burondt.ru (дата обращения: 11.07.2019).

12. Федеральный закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ (ред. от 27.12.2018) «Об охране окружающей среды».

А.Н. Ямаева,

эксперт аналитического отдела, ООО «ТЕРМИКА»,

г. Москва.

НОВЫЙ УРЕНГОЙ 2020 март
Землепользование при недропользовании 2020 февраль