15.3. Системы водоснабжения, канализации и очистки сточных вод

Источником водоснабжения предприятия может быть городской водопровод или при значительном объеме водопотребления - собственная система водоснабжения. Водозаборные сооружения для предприятий следует располагать выше населенного пункта по течению реки. Если источником водоснабжения является артезианский колодец, то вокруг места забора воды устанавливается зона санитарной охраны размером не менее 30 м. Промышленное предприятие может иметь одну объеди­ненную систему водоснабжения или несколько систем (например, отдель­ные хозяйственную (рис.15.2) и производственную, объединенную с противопожарной).

Состав природных вод очень разнообразен и включает органические вещества во взвешенном, коллоидном и раство­ренном состоянии. Нормативы качества воды водных объектов хозяйственно-питьевого использования устанавливаются в СССР "Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами". Качест­во воды, которую расходуют для хозяйственно-питьевых нужд, харак­теризуется физическими свойствами, общим количеством растворенных солей, щелочностью, активной реакцией, окисляемостью и бактериологи­ческой загрязненностью. Требования к качеству воды для хозяйствен­но-питьевых нужд определяются ГОСТом "Вода питьевая". Для ряда про­изводственных целей можно использовать воду с качествами, отступаю­щими от указанных в ГОСТе. Требования к качеству воды в этих случа­ях определяются особенностью технологического процесса. В то же вре­мя для некоторых производств электронной, химической, пищевой и ряда других видов промышленности требуется вода в соответствии с ГОСТом или даже более высокого качества. Для полива территории целесообраз­но использовать воду непитьевого качества.

Нормы хозяйственно-питьевого потребления воды установлены СНиП. Для горячих цехов на одного работающего в смену они составля­ют 45 л, для остальных цехов - 25 л. Коэффициент часовой неравномер­ности потребления воды соответственно равны 2,5 и 3. Нормы потреб­ления воды во вспомогательных зданиях при пользовании душами опре­деляют по количеству душевых сеток из расчета 500 л/ч на одну сет­ку; время пользования душем принято 45 мин. после окончания сме­ны.

Расход воды на производственные нужды зависит от характера и объема производства, а также технологии. Он определяется на осно­вании технологических расчетов или приближенно по укрупненным удель­ным отраслевым нормам расходования воды на единицу продукции.

Потребление воды на нужды пожаротушения определяются по нор­мам СНиПа. Например, расчетный расход воды на наружное пожаротуше­ние принимается в зависимости от объема и степени огнестойкости зданий и характера производства.

Водопроводная вода после использования в хозяйственных, про­изводственных и других целях изменяет свой химический состав и фи­зические свойства. Все сточные воды промышленного предприятия под­разделяются на четыре категории: хозяйственно-бытовые, загрязненные производственные, условно-чистые производственные (например, исполь­зуемые для охлаждения оборудования) и поверхностные (дождевые, та­лые, поливомоечные). Производственные сточные воды могут содержать неорганические и органические загрязнения, которые образуются на авиационном предприятии главным образом при охлаждении оборудова­ния, окраске, травлении, механической, термической и гальванической обработке и промывке изделий. Сточные воды также образуются при про­ведении испытаний реактивных двигателей. В зависимости от вида тех­нологических операций указанные загрязнения могут содержаться с раз­ными концентрациями и в различных сочетаниях:

взвешенные вещества (песок, глина, абразивы и т.п.) - 200-400 мг/л;

нефтепродукты (мазут, минеральные масла, растворители и т.п.) -50-300 мг/л;

химические соединения (кислоты - 40-50 мг/л, щелочи - 20-30 мг/л, хром - 30-40 мг/л, цианиды - 15-20 мг/л и другие соли тяжелых металлов);

отработанные электролиты - 100-250 мг/л;

смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), содержащие эфирорастворимые вещества до 50 мг/л.

Загрязнения дождевых вод предприятий машиностроения представле­ны в основном нефтепродуктами - 40-80 мг/л и взвешенными вещества­ми от 400 до 1500 мг/л. Примерно 70% загрязнений, сбрасываемых в водоемы, являются загрязнениями промышленного характера, и лишь 30% приходится на бытовые сточные воды. отводимые от населенных пунк­тов.

Для организованного приема и удаления по трубам за пределы промышленного предприятия загрязненных сточных вод, а также для их очистки и обезвреживания используется комплекс оборудования, се­тей и сооружений, который называется канализацией (водоотведением). Применяются канализационные системы, которые принимают все сточные воды (общесплавная канализация). На промышленных предприятиях на­ибольшее распространение получила полная раздельная система кана­лизации, при которой отдельные виды сточных вод отводятся по само­стоятельным сетям (рис.15.3). Таких сетей должно быть не менее 2 (например, сеть, принимающая отдельно хозяйственно-бытовые и за­грязненные производственные воды, и отдельно - атмосферные и услов­но-чистые производственные воды). Большие промышленные предприятия или их комплексы имеют свою канализацию. Небольшие промышленные предприятия, находящиеся в городе, обычно сбрасывают сточные во­ды в городскую канализацию, когда ее пропускной способности доста­точно.

Производственные сточные воды в зависимости от их количества, места образования, концентрации и вида загрязняющих их веществ могут отводиться или одним общим потоком, или несколькими самосто­ятельными. Обычно самостоятельными системами отводятся сточные во­ды, содержащие токсичные вещества: хром, цинк, кислоты, щелочи, масла, нефтепродукты, концентрированные растворы солей и т.п., которые можно выделить в процессе очистки. В отдельных случаях стоки могут быть объединены в общую систему при условии отсутст­вия возможного образования эмульсии, ядовитых или взрывоопасных газов, тяжелых осадков. Совместное отведение и последующая очистка бытовых и производственных стоков возможны при соблюдении ряда условий, в том числе, если последние содержат вредные вещества в концентрациях, не превышающих ПДК для систем биологической очист­ки сточных вод, чтобы не оказывать отравляющего действия на орга­низмы, содержащиеся в активном иле. Производственные сточные воды, не удовлетворяющие указанным требованиям, должны подвергаться пред­варительной очистке, включая детоксикацию и нейтрализацию, за­держание взрывоопасных веществ, очистка от нефтепродуктов, жира, радиоактивных веществ и охлаждение воды до температуры ниже 35°С. Количество бытовых стоков зависит от числа работающих на данном предприятии и от вида бытового обслуживания. Наиболее целесообраз­ным является обеспечение возможности повторного использования обра­ботанной надлежащим образом воды, циркулирующей в системах оборот­ного водоснабжения.

Загрязненные сточные воды могут содержать: механические приме­си (волокна, песок и др.), суспензии, эмульсии (частицы размером более 0,1 мкм), коллоиды (частицы размером 0,1-0,001 мкм) и раст­воры. В санитарном отношении более опасны органические загрязнения, так как они могут способствовать распространению желудочно-кишечных и других инфекционных заболеваний. Загрязненные сточные воды, попадая в водоем, нарушают его естественный режим: поглощая раст­воренный в воде кислород, они нарушают кислородный баланс водоема, ухудшают качество воды, часто парализуют жизнедеятельность флоры и фауны. При этом в отдельных участках вода может оказаться совер­шенно непригодной для питья, купания, технического водоснабжения и т.п.

Кроме того, если сточные воды не отводятся организованно, то токсические вещества, содержащиеся в них, скапливаются в почве или на ее поверхности, загнивают, заражают воздух. При проникании сточных вод вглубь грунта они могут сильно загрязнять грунтовые воды.

Промышленное предприятие является не только источником сточных вод, но и самым большим потребителем воды. Свыше 4/5 расхода воды приходится в настоящее время на промышленные предприятия.

Вследствие указанных причин должна проводиться очистка сточ­ных вод в системах канализации перед сбросом их в водоемы или пе­ред выпуском с предприятий.

Требуемая степень очистки сточных вод, спускаемых в водоемы СССР, определяется "Правилами охраны поверхностных вод от загряз­нения сточными водами" и "Основами водного законодательства Союза ССР и союзных республик". Очистка сточных вод может производиться механическим, химическим, физико-химическим и биологическим мето­дами и направлена на разрушение, обезвреживание или восстановление веществ, содержащихся в сточной воде. Метод очистки и состав локальных очистных сооружений определяются характером загрязнений стоков.

При механической очистке из сточных вод удаляют загрязнения, находящиеся в нерастворенном и частично коллоидном состоянии, пу­тем процеживания, отстаивания, удаления загрязнений с поверхности сточных вод, а также их фильтрации. Крупные загрязнения (тряпки, бумага и т.п.) задерживаются с помощью решеток. Минеральные при­меси (песок, шлак и др.) и органические соединения, находящиеся во взвешенном состоянии задерживаются в песколовках и отстойниках путем резкого уменьшения скорости движения воды и использования инерцио­нного осаждения. При отстаивании удаляются плавающие на поверхнос­ти примеси (жиры, масла, бензин и т.п.). По конструкции отстойни­ки бывают горизонтальные, вертикальные, радиальные и полочные. Для механической очистки используют песчаные и сетчатые фильтры, которые могут устанавливаться после отстойников для дополнительной очистки. Гидроциклоны и центрифуги позволяют разделять суспензии, находящиеся в сточных водах.

Биологическая очистка применяется при загрязнении сточных вод растворенными тонкими суспензиями и коллоидами. Она основана на окислении и минерализации органических веществ бактериями и дру­гими микроорганизмами, использующими их для питания. Биологическая очистка осуществляется двумя способами: 1) в условиях, близких к естественным (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды); 2) в искусственных условиях (биологические фильтры, окислительные каналы с механическим орошением, аэротенки, сооружения для насыще­ния сточных вод кислородом и другие сооружения). Очистка сточных вод в естественных условиях происходит медленнее, чем на биологи­ческих фильтрах и в аэротенках. Для эффективной биологической очист­ки очень важно, чтобы в сточных водах не скапливались в опасных кон­центрациях ядовитые вещества, какими, например, являются некоторые соли тяжелых металлов. Присутствие последних в воде может привести к гибели микроорганизмов. Сточные воды не должны обладать слишком кислой или щелочной реакцией. При сильном загрязнении производствен­ных сточных вод вода должна пройти до трех ступеней биологической очистки. Методы интенсивной биологической очистки предполагают за­селение сточных вод бактериальными культурами, специально приспособ­ленными для определенных видов загрязнений. Сооружения механической и биологической очистки используются для обработки городских сточ­ных вод.

Как один из видов очистки следует рассматривать понижение тем­пературы сточной воды перед спуском в водоемы, чтобы предотвратить ускорение процессов преобразования и распада загрязнений и связанно­го с этим уменьшения количества растворенного в воде кислорода.

При механической и неполной биологической очистке в водоемы сбрасывается вода, содержащая значительное количество органических загрязнений. Даже после полной биологической очистки степень удаления из сточных вод некоторых органических и неорганических примесей оказывается недостаточной. Производственные сточные воды на авиа­ционных предприятиях в основном загрязняются отходами травильных, гальванических цехов и нефтепродуктами. Наибольшее распространение на предприятиях авиационной промышленности получили физико-хими­ческие методы очистки сточных вод.

Физико-химические методы очистки сточных вод позволяют снизить до требуемого уровня содержание органических загрязнений, взвешен­ных веществ, биогенных соединений, нефтепродуктов, красителей, поверхностно активных веществ, солей тяжелых металлов и т.д. К таким методам относят коагуляцию, сорбцию, флотацию, электролиз, кристал­лизацию и др. Эти методы очистки могут применяться как самостояте­льно, так и в сочетании с другими способами, обеспечивающими глубо­кую очистку сточных вод. Наиболее распространенным приемом физико-химической очистки является применение различных реагентов, вызы­вающих коагуляцию (укрупнение частиц) и флокуляцию (ускорение обра­зования крупных хлопьев и более быстрое и полное их отделение от воды) загрязнений, в том числе тонкодисперсных пылей и эмульгированных смол. В качестве коагулянта используют сульфат алюминия, алю­минат натрия и др., а при флокуляции добавляют органические природ­ные и синтетические реагенты.

При сорбции происходит извлечение органических веществ сорбен­тами. В качестве сорбентов используются мелкодисперсные твердые ве­щества, обладающие развитой поверхностью (например, активированный уголь), на которую происходит осаждение частиц. Метод флотации свя­зан с молекулярным слипанием частиц примесей и пузырьков тонкодис­пергированного в воде воздуха. Повышение устойчивости пузырьков воз­духа достигается введением реагентов-пенообразователей. Флотация применяется для удаления из сточных вод нерастворимых примесей, к которым относят нефтепродукты, жиры и механические частицы. Метод электролиза применяют для очистки от трудно окисляемых загрязняющих веществ. Электрогидравлический эффект, возникающий при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока высокого напря­жения, используют для разрушения сложных молекул растворенных и дис­пергированных примесей (например, красителей), а также для восстанов­ления некоторых присутствующих в воде ионов металлов и органических веществ (например, сточных вод в гальванических цехах). При кристал­лизации загрязнения из сточных вод выделяют в виде кристаллов, испо­льзуя коагулянты, и, если необходимо, заморозку.

Химическая очистка сточных вод происходит при взаимодействии загрязнителей между собой или загрязнителей и реагентов. В резуль­тате химических реакций окисления и восстановления загрязнители пе­реходят в новые соединения, которые выпадают в осадок или удаляются в виде газов. Наиболее часто применяют реакцию нейтрализации, иногда в сочетании с коагуляцией. Нейтрализация сточной воды происходит при ее химическом взаимодействии с веществами, дающими в воде нейт­ральную реакцию. Это происходит при смещении щелочных и кислых сточ­ных вод или последних с нейтрализующим реагентом, а также при фильт­рации сточных вод через нейтрализующие материалы и др. В качестве нейтрализующего материала применяют известняк, мрамор и доломит. Для нейтрализации, например, химических кислот применяющихся в цехах гальванизации и травления металлов, может использоваться известь.

Комплексная схема обработки жидких промышленных отходов испо­льзует несколько методов очистки. Например, для сточных вод, содер­жащих нефтепродукты (бензин, керосин, масло, мазут), которые обра­зуются в процессе промывки и расконсервации деталей, а также при использовании топлив, применяется трехступенчатая очистка. Первая ступень - очистка от грубодисперсных твердых и жидких примесей; вторая - физико-химическая очистка от мелкодисперсных частиц (напри­мер, флотация); третья - глубокая очистка сточных вод (озонирова­ние, сорбция и др.).

С целью уменьшения загрязнения водоемов сточными водами про­мышленные предприятия должны совершенствовать технологию произ­водственных процессов и оборудования, шире использовать системы оборотного и повторного водоснабжения.