Lektsii_zhivtsov / 16 Очистка промышленных и бытовых стоков
.pdf
Тема 16
Очистка промышленных и бытовых стоков
Исторически сложившееся размещение производственных комплексов в
районах жилой застройки населенных мест не оптимально. Системы водоснабжения и водоотведения в таких агломерациях также являются совместными для жилой и
промышленной зоны. На крупных предприятиях, как правило, имеется собственная система водного хозяйства с полным технологическим циклом от забора воды до ее очистки, обезвреживания и утилизации твердой фазы.
Основные элементы системы водного хозяйства населенного пункта и ее взаимодействие с окружающей природной средой представлены на рис. 37.
Водозаборные сооружения забирают природную воду из поверхностного водоисточника. Насосная станция первого подъема по напорным трубопроводам
подает ее на очистные сооружения. Здесь вода очищается до питьевого качества и из резервуаров насосной станцией второго подъема подается в населенный пункт, как правило, имеющий кольцевую водопроводную сеть.
Рис. 37. Основные элементы водного хозяйства населенного пункта и их
взаимосвязь с окружающей природной средой:
1 — водозаборные сооружения; 2 — насосная станция первого подъема; 3 —
очистные сооружения; 4 — резервуары; 5 — насосная станция второго подъема; 6 — водопроводная сеть; 7 — канализационная сеть; 8 — канализационная насосная
станция; 9 — механическая очистка; 10 —- биологическая очистка; 11 — дезинфицирование вод; 12 — биологические пруды; 13 — сброс очищенной воды; 14
— дождевая сеть, артезианские скважины; 15 — очистные сооружения; 16 —
промышленное предприятие; 17 — водооборотные циклы; 18 — охладители Вода используется на питьевые, хозяйственные нужды, полив улиц и
насаждений, на предприятиях местной промышленности.
Использованную воду (сточные воды) по закрытой канализационной сети отводят за пределы города и главной канализационной насосной станцией подают
на городские очистные сооружения.
Здесь сточные воды проходят механическую-и биологическую очистку,
дезинфицируются и подаются на биологические пруды, где очищаются в естественных условиях. После прудов вода по своим качествам незначительно отличается от воды естественного водоема, может сбрасываться в реку, озеро и т. д.
Атмосферные воды, которые отводятся дождевой сетью, проходят очистку от взвешенных веществ и нефтепродуктов на сооружениях, также сбрасываются в биологические пруды или непосредственно в приемник вод (водоем).
Город может также снабжаться питьевой водой и из подземных источников —
артезианских скважин.
Промышленное предприятие потребляет питьевую и техническую воду.
Техническая вода чаще всего применяется в водооборотных циклах. Для охлаждения вода используется повторно после снижения температуры в
охладителях.
Сточные воды от промпредприятий, содержащие специфические загрязнения, а также дождевые и талые воды с территорий промплощадок могут сбрасываться в
систему водоотведения населенного пункта и подвергаться биологической очистке совместно с городскими сточными водами после прохождения локальных очистных сооружений.
Системы водоснабжения промышленных предприятий в зависимости от водных
и технологических процессов могут быть прямоточного, повторного
(последовательного) и оборотного водоснабжения. В зависимости от
технологического назначения, вода в системе оборотного водообеспечения может
быть подвергнута различной обработке.
В системах оборотного водоснабжения безвозвратные потери воды
(производство, испарение, выветривание, разбрызгивание, шлам, продувочный расход) компенсируют дополнительным, т. е. подпиточным, количеством свежей
воды из источника.
Балансовые схемы расходования воды, сырья, загрязнений служат одним из исходных материалов при составлении экологических паспортов предприятия по
ГОСТ 17.0.04-90 в разделе характеристики водопотребления, водоотведения и очистки вод, а также паспорта водного хозяйства населенных пунктов.
Совместные схемы водообеспечения и водоотведения промышленных предприятий и населенных мест разрабатываются при проектировании на основе технико-экономического сравнения вариантов с целью комплексного решения
водохозяйственных проблем района, города или региона.
Система водного хозяйства, включающая насосные станции, трубопроводы,
очистные сооружения, исполненная и эксплуатируемая даже в самом образцовом виде, по сути своей являясь природоохранной, создает определенную антропогенную нагрузку на окружающую среду и потребляет при этом ресурсы. К ним относятся следующие факторы: потребление энергии, химических реагентов и материалов, в частности металлов, выделение газовых и твердых отходов, сброс очищенных сточных вод, тепловое загрязнение среды.
Оценивая экологическую значимость всей системы водного хозяйства, отметим,
что система канализации является приемником огромного количества загрязнений,
сопровождающих жизнедеятельность человека в быту и на производстве. Какой бы
совершенной ни была система очистки сточных вод, все равно остаются осадки, выделяются газы в атмосферу, потребляется энергия на очистку воды, вводятся из
сельскохозяйственного оборота земли на накопители, иловые площадки, биопруды и т. д. Очень тяжело переносит природа сброс в канализацию вредных микропримесей
— солей тяжелых металлов, нефтепродуктов, поверхностно-активных средств,
ксенобиотиков.
Техногенный цикл антропогенного круговорота вещества и энергии, в том числе и для систем водного хозяйства, может быть сведен к минимуму при рациональном,
экологически обоснованном природопользовании.
Водопользование — это использование человеком водных объектов в
социальной, хозяйственной и бытовой деятельности. Водохозяйственный комплекс
представляет собой совокупность различных отраслей народного хозяйства,
совместно использующих ресурсы одного водного бассейна. Основные требования, предъявляемые к водопользованию:
*рациональное обеспечение потребителя водой в достаточном объеме и соответствующего качества;
*сохранение природных условий и гарантии охраны вод от загрязнения, засорения и истощения;
*обеспечение наибольшего эколого-экономического эффекта;
*гарантия простой и надежной работы. Рациональное использование и охрана вод зависит от эффективности государственного управления. Управление построено
по бассейному принципу, затрагивающему интересы краев, областей, городов, районов. Учет и планирование использования вод представляют собой систему, главными звеньями которой являются государственный водный кадастр,
водобалансовые схемы комплексного использования и охраны вод.
В основе рационального использования водных ресурсов лежит технико-
экономическое обоснование развития территориально-производственного комплекса, которое составляется с целью:
*создания здоровой комфортной среды обитания жителей;
*создания эффективной структуры производства основных видов продукции;
*охраны окружающей природной среды;
*комплексного использования водных ресурсов. Мероприятия по
рациональному водопользованию в систематизированном виде представлены на
рис. 38.
В условиях рыночной экономики, когда стоимость становится реальной и
весомой, предприятию (любому иному собственнику) экономически выгоднее будет вести водное хозяйство по минимуму потребления свежей воды, сброса сточных вод
с максимальным повторным (оборотным) водоснабжением и утилизацией вторичных ресурсов, т. е. по пути экологизации водного
Водоподготовка и экология водоотведения.
Экология водоотведения является составной частью экологии водного
хозяйства. В ней рассматривается воздействие на окружающую природную среду и взаимосвязь жидких отходов человеческой деятельности с разработкой нагрузок,
норм использования и способов, предотвращающих деградацию жизненной среды этими отходами.
Под жидкими отходами человеческой деятельности в данном случае
понимаются все категории сточных вод, образующиеся в быту, на производстве, в
окружающей среде, включая атмосферные.
Создавая комфортные условия обитания, обеспечивая социально-культурные и производственные потребности человека, водопроводная вода претерпевает качественные изменения, превращаясь после ее использования в жидкие отходы — сточные воды. Классификация сточных вод основана на их происхождении (генезисе): хозяйственнобытовые, производственные, атмосферные осадки и др.
Происхождение и состав промышленных сточных вод определяется характером
производства и водообеспечения.
Длительное изучение влияния различных химических соединений на флору и
фауну определило предельно допустимые концентрации для водоемов различных
категорий водопользования. При этом вещество нормируется по санитарнотоксикологическому, общесанитарному лимитирующему или органолептическому
показателю вредности.
ВОЗ для оценки токсичности загрязняющих веществ рекомендует применять шкалу Корте-Дубинина. Первое место по степени отрицательного воздействия на
организм человека занимают тяжелые металлы (135 баллов), второе — пестициды (130 баллов), далее — нитраты (65 баллов).
Экологизация — это процесс неуклонного, постепенного и последовательного
внедрения систем технологических, управленческих, организационных и других
решений, позволяющих повышать эффективность использования естественных
ресурсов и условий с улучшением или хотя бы с сохранением качества природной
среды. Общая экологизация — объективный, более системный подход и осознание
роли природы в жизни человека, новый этап культуры.
Применительно к технике экологизация технологий означает проведение
мероприятий по предотвращению и снижению воздействия производственных процессов на природную среду. Одним из основных в комплексе таких мероприятий
является разработка безотходных или малоотходных технологий и технологических цепей, имеющих на выходе минимум вредных выбросов.
Малоотходная технология является промежуточным этапом создания
безотходной. Составными элементами их являются:
*комплексная переработка сырья с использованием всех его компонентов;
*уменьшение или полное исключение загрязнения окружающей среды промежуточными продуктами, отходами производства продукции;
•создание замкнутых систем производственного цикла.
Выполнение указанных мероприятий — длительная перспектива, связанная с экономикой, экологией, психологией и политикой. Еще длительное время будут
образовываться отходы, которые необходимо обрабатывать, обезвреживать, утилизировать.
Первым шагом в этом направлении является создание систем повторного и оборотного водоснабжения. При создании оборотных и замкнутых систем
водоснабжения необходимо рассматривать основной технологический процесс и
очистку сточных вод как единое целое.
Следует отметить, что процесс экологизации будет связан с увеличением стоимости мероприятий по охране гидро- и атмосферы. Однако данные затраты не затрагивают национальный доход. Они компенсируются предотвращенным или
ликвидируемым ущербом, который наносят выбросы. Следствием выбросов будут
увеличенные расходы на подготовку воды для нужд питьевого, промышленного и
сельскохозяйственного водоснабжения; снижение продуктивности рыбного и лесного хозяйства, животноводства, урожаев; возрастание расходов на восстановление
природного состояния водоемов, на медицинское обслуживание населения и т. д.
В условиях увеличивающейся антропогенной нагрузки очистные сооружения сточных вод уже мало рассматривать как только водоохранный объект. Помимо
этого следует учитывать их воздействие на окружающую среду твердыми отходами (размещение, захоронение, отторжение земель, инфильтрационное загрязнение подземных вод, выделение газов, патогенность), газовыми выбросами (сероводород
идр.), компонентами очищенных сточных вод.
Экологизации процессов очистки сточных вод способствует внедрение
следующих технических решений и мероприятий:
Механическая очистка — совершенствование гидродинамических режимов
существующих отстойных сооружений; применение вместо отстойников сетчатых установок; предварительная обработка сточных вод перед осветлением
коагулянтами; расширение применения технологических процессов очистки вод, использующих центробежные силы для разделения суспензии и эмульсий, взамен гравитационных; совершенствование существующих и разработка новых
фильтровальных установок.
Химическая очистка — применение более активных коагулянтов;
совершенствование гидродинамических и массообменных характеристик, обеспечивающих полноту гидролиза, смешения, реакции; повторное использование шлаков и осадков химической очистки вод; выделение и утилизация в основном или
вторичном производстве продуктов реакции; организация рациональной системы
водоотведения производственных сточных вод, обеспечивающией их взаимоочистку
после объединения на локальных очистных сооружениях.
Физико-химическая очистка — расширение и совершенствование процессов гипер-, ультрафильтрации, экстракции, адсорбции, ионообмена, позволяющих выделять и возвращать в основное производство продукты, а очищенные воды после корректировки состава до нормативных величин использовать в оборотном водоснабжении;, разработка и создание новых селективных типов сорбентов из
сточных вод для вторичного использования, широкое использование жидких и
твердых промышленных отходов в технологических процессах; развитие
энергетически малоемких эффективных процессов, к числу которых можно отнести
использование в очистке вод электроэнергии, получаемой из биолиза, а также гальванокоагуляцию; развитие передвижной сервисной сети обслуживания
абонентов по регенерации сорбентов, электрохимическому выделению тяжелых металлов на катодах специальных установок, что позволит возвратить в технологию продукты, произвести с получением вторичного сырья регенерацию сорбентов и их
же возвратить в цикл очистки вод; разработка методов предварительного физического и химического воздействий на очищаемые воды; физическая обработка (омагничивание, ультразвуковая, высокочастотная), приводящая к изменению
физико-химических характеристик и соответственно к более глубокой степени
выделения загрязнений из вод.
Биологическая очистка — применение метода предварительной анаэробной
подготовки сточных вод; использование искусственных носителей биомассы;
широкое применение биосорбционных методов; регулирование соотношения групп микроорганизмов; применение высшей водной растительности (эйхорния водная или
водяной гиацинт, пистия, аир и пр.) в качестве самостоятельного фитореактора для очистки сточных вод сельскохозяйственных комплексов с получением биомассы и с
использованием ее на корм скоту или в производстве биогаза; использование симбиотического альгобактериального сообщества (водоросли + бактерии) в очистке и доочистке сточных вод с искусственным освещением в темный период суток
интенсивностью 120 лк/м. Продуцируемый бактериями при. окислении органических веществ диоксид углерода усваивается водорослями, а выделяемый в результате
фотосинтеза кислород используется микроорганизмами как акцептор электронов в метаболизме. При этом достигается глубокая очистка сточных вод и не требуется воздуходувок, компрессоров для биоокислителей.
Внастоящее время наибольшую технологическую и экологическую сложность
представляет не очистка сточных вод, а проблема обработки и утилизации их
твердой фазы.
Количество образующейся твердой фазы на очистных сооружениях зависит от генезиса исходного состава и расхода сточных вод, метода их очистки и составляет
всреднем 0,01—3% объема. Влажность твердой фазы колеблется от 85 (предприятия стройиндустрии) до 99,8% (активный ил).
Основные задачи обработки шламов и осадков сточных вод — обезвоживание,
обеззараживание и утилизация.
Взависимости от зольности они могут быть трех типов:
*преимущественно минеральные (зольность более 70%);
*преимущественно органические (зольность менее 30%);
*смешанные (зольность 30—70%).
В настоящее время имеется промышленный опыт возврата в основное производство шламов очистки сточных вод стекольных, оптико-механических, металлургических предприятий, заводов по выпуску строительных изделий,
некоторых химических производств, а также в качестве добавок во вспомогательные производства — мясокомбинаты; молокозаводы (технические жиры, ланолин, жирозаменители); гидролизные заводы (белково-витаминные концентраты);
целлюлозно-картонно-бумажные комбинаты (производство древесноволокнистых
плит, картона, целлюлозы).
Утилизация шламов — это сложная многовариантная проблема, основным
вопросом которой является предотвращение вторичного загрязнения окружающей
среды тяжелыми металлами. Наиболее распространенным способом утилизации шламов очистки сточных вод является складирование их на полигонах
промышленных отходов (шламы обрабатывают цементом, битумом, стеклом или полимерными связующими). Имеется опыт утилизации шламов тяжелых металлов в
производстве строительной керамики, кирпича, черепицы. Современные экологические подходы к формированию системы водоотведения гальванических производств учитывают цели утилизации.
При очистке сточных вод, в том числе и гальванических, надо увеличить единовременные затраты на полное разделение потоков, что в конечном итоге
повысит экологичность технологии. В странах с рыночной экономикой подобные подходы реализованы уже 12—15 лет назад.
Учитывая существующий опыт ряда стран, в перспективе следует ожидать
появления очистных сооружений с улавливанием и обезвреживанием аэрозолей от
аэрационных биоокислителей, а также размещения очистных сооружений в
подземных выработках.
Экологический паспорт водного хозяйства предприятия.
В городскую сеть водоотведения сбрасывают бытовые и производственные сточные воды. Если в отношении приема в сеть бытовых сточных вод ограничений нет, то в отношении производственных имеются ограничения, направленные на
защиту канализационных трубопроводов и сооружений от коррозии, заиливания,
образования взрывоопасных газов, а также возможного нарушения процессов
биологической очистки сточных вод и, как следствие, загрязнения водоемов
токсичными элементами.
Основанием для выдачи разрешений на сброс производственных сточных вод в
систему канализации населенного пункта для действующих предприятий является паспорт водного хозяйства, представляющий один из разделов экологического паспорта предприятия.
Паспорт водного хозяйства разрабатывает предприятие по установленной форме и представляет для согласования в водопроводно-канализационное управление, где уточняют места выпусков в системы канализации бытовых сточных
вод населенных пунктов; нормы сброса и состав сбрасываемых сточных вод до и
после очистных сооружений на выпусках по среднему и максимальному количеству
загрязняющих веществ.
Разрешение на сброс производственных сточных вод может быть
аннулировано в случае изменения условий канализования населенных пунктов или несоблюдения промышленным предприятием условий, в том числе по расходу вод и
массе загрязнений. Расчет допустимых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах учитывает их степень очистки на станции аэрации.
ПДК загрязняющих веществ в производственных сточных водах и степень их биологического распада на биологических очистных сооружениях населенного пункта принимаются по нормативным документам.
3.3. Современные биотехнологии охраны окружающей среды Биотехнологии как направления науки и практики являются пограничной
областью между биологией и техникой отраслей человеческой деятельности. Они представляют собой совокупность методов и приемов получения полезных для
человека продуктов, явлений и эффектов с помощью микроорганизмов.
Применительно к охране окружающей человека природной среды биотехнологию
можно рассматривать как разработку и создание технологических процессов, основанных на продуктах жизнедеятельности биологических объектов, микробных культур, сообществ, их метаболитов и препаратов, путем включения их в естественные круговороты веществ, элементов, энергии и информации. Методами и приемами биотехнологии являются фундаментальные и прикладные наработки микробиологии, биохимии, биофизики, клеточной и генной инженерии, их сочетание.
История биотехнологии насчитывает тысячелетия (производство хлебопечения,
виноделие, сыроделие и т. д.). Однако ежегодно появляются новые прикладные
направления биотехнологии, общим для которых является искусственное создание
условий для эволюционных, биогеохимических процессов на Земле в виде характерных биореакторов, реализующихся с большими скоростями, оставаясь
совместимыми по своим продуктам с окружающей природной средой. Принципиальная связь биогеотехнологии с геомикробиологией и
биотехнологией представлена на рис. 39.
На протяжении столетий человечество добывало металлы из богатых и относительно простых по химическому составу руд. По мере истощения запасов таких руд стали использовать полиметаллические и более бедные руды.
Традиционные способы добычи металлов загрязняли окружающую "природную
среду отходами, шлаками (полезно используется не более 2% сырья). При этом
извлекался только один элемент, а сопутствующие накапливались в отвалах.
Более совершенен и менее антропогенен гидрометаллургический метод,