Обеспечение экологических аспектов очистки сточных вод крупного машиностроительного предприятия, сбрасываемых в бассейн реки Волга

Экологическая ситуация в бассейне реки Волга создается многими факторами в том числе сточными водами большинства промышленных предприятий [1-8]. На машиностроительном предприятии образуется большое количество сточных вод на гальванических участках и участках травления [1, 5, 7, 8]. Для их очистки используются очистные сооружения по обезвреживанию кислотно-щелочных, хром- и цианосодержащих стоков. Целью работы является оценка эффективности очистки с целью ее оптимизации на примере крупного машиностроительного предприятия.

В настоящее время все образующиеся на крупном машиностроительном предприятии сточные воды отводятся по 3-м существующим системам:

• -    ливневая канализация;

• -    промышленная канализация;

• -    хозяйственно-фекальная канализация.

В ливневую канализацию поступают поверхностные (ливневые и талые), а также условно чистые сточные воды, которые без очистки сбрасываются в реку.

Промывные кислотно-щелочные сточные воды с гальванических участков и участков травления, обезвреженные хромсодержащие и циансодержащие стоки по системе промышленной канализации поступает на станцию нейтрализации. Очищенные промышленные стоки поступают в хоз.-фекальную канализацию, смешиваются с хоз.-фекальными сточными водами и сбрасываются в сети МП «Самара-Водоканал».

Производственные кислотно-щелочные сточные воды по системе промышленной канализации поступают на станцию нейтрализации (очистные сооружения), принципиальная схема которой показана на рис. 2.

В состав очистных сооружений для очистки кислотно-щелочных стоков входит следующее оборудование: насосная станция, колодец-гаситель; 2-х секционный нейтрализатор; 2-х секционный горизонтальный отстойник-нефтеловушка; 4 автоматических камерных фильтр-пресс; накопитель отработанных кислых электролитов; накопитель отработанных щелочных электролитов. Промывные сточные воды собираются в накопителе, перекачиваются в нейтрализатор. По показаниям рН-метра в нейтрализатор дозируются кислота или щелочь для корректировки рН до значения 9,0. Нейтрализованные стоки поступают в горизонтальный отстойник, где происходит разделение суспензии на осветленную часть и осадок. Осадок периодически выводится для обезвоживания на фильтр-прессах. Осветленная часть сливается в заводскую хозяйственно-фекальную канализацию.

Для обезвреживания производственных циансодержащих сточных вод используются озонаторные установки. Концентрация цианидов CN- в поступающих на установку стоках составляет 5-50 мг/л. В обезвреженных стоках цианиды не обнаруживаются. Очищенные стоки сливаются в промышленную канализацию и поступают на очистные сооружения вместе с основным потоком.

Производственные хромсодержащие сточные воды собираются в отдельных емкостях, откуда перекачиваются для последующей обработки на электрокоагуляционной установке в емкость. Концентрация хрома шестивалентного (Cr⁶⁺) в стоках достигает 500 мг/л и выше. Для снижения концентрации хрома до 50 мг/л стоки разбавляют водопроводной водой в другой емкости. Разбавленный сток подается на электрокоа-гуляционную установку, состоящую из приемного резервуара-усреднителя, накопителей сточных вод и щелочи, баков для растворов NaCl, 6 элект-

Рис. 1. Принципиальная схема отвода формирующихся на предприятии сточных вод

Рис. 2. Принципиальная технологическая схема очистных сооружений (станции нейтрализации)

рокоагуляторов, источников питания, насосов. Обезвреженный хромсодержащий сток собирается в емкости, откуда подается в накопитель очистных сооружений, где смешивается и очищается вместе с основным потоком.

Проведено обследование и анализ водоотведения предприятия ФГУП «ГПН РКЦ «ЦСКБ-Прогресс» с целью определения основных загрязняющих факторов и выделения потоков, формирующих объем производственных сточных вод. За период 2005-2010 гг. были отобраны пробы и проведены исследования на содержание в воде соединений алюминия, цинка, меди, железа и др. в сточных вод, прошедших очистные сооружения перед сбросом в системы канализации МП «Самара-Водоканал».

Результаты исследований представлены в табл. 1.

По результатам исследований, приведенным в табл.1:

• -    установка для обезвреживания циансодержащих сточных вод обеспечивает требуемую степень очистки;

• -    существующая установка обезвреживания хромсодержащих стоков обеспечивает эффективную очистку стоков от шестивалентного хрома (восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного и высаждение его в виде гидроксида (отсутствие Cr⁶⁺ в воде на выходе из отстойника)), но вносит значительное количество железа в ходе процесса электрокоагуляции в общий поток сточных вод;

• -    к причинам низкой эффективности применяемой технологии очистки производственных кислотно-щелочных стоков следует отнести: неравномерность поступления стоков в отстойники вследствие малого объема накопителя, низкую величину рН нейтрализованных стоков, отсутствие обработки нейтрализованного раствора флокулянтом.

Для повышения эффективности системы очистки сточных вод ФГУП «ГПН РКЦ «ЦСКБ-Прогресс» и с целью создания замкнутого водо-оборота с возвратом очищенной воды на операции промывки необходима реконструкция существующей установки, состоящая из следую-

Таблица 1. Результаты анализа проб сточных вод

Показатель	Ед. изм.	Вход на ОС	Выход из ОС	Вход в ЭК	Выход из ЭК	К-С 1	К-С 45
рН	ед.pH	7,46	7,51	-	-	7,55	5,64
Жесткость общая	мг-экв/л	10,8	-	-	-	-	-
Кальций (Са)	мг/л	149,0	-	-	-	-	-
Магний (Mg)	мг/л	40,2	-	-	-	-	-
Щелочность	мг-экв/л	4,7	4,6	-	-	6,0	-
Аммиак (NH 4 +)	мг/л	1,7	1,5	-	-	2,0	-
Нитраты (NO 3 -)	мг/л	48	37,5	-	-	1,5	-
Сульфаты (SO42-)	мг/л	395	413	-	-	500	-
Фосфаты -орто (PO 4 3-)/-поли (PO 4 3-)	мг/л	0,02 / 0,56	0,01 / 0,04	-	-	0,1 / 0,14	-
Фториды (F-)	мг/л	0,52	0,59	-	-	0,62	-
Хлориды (Cl-)	мг/л	94	76	-	-	61	-
Цианиды (CN-)	мг/л	0,001	0	-	-	0	-
Алюминий (Al)	мг/л	3,232	1,858	-	-	-	-
Железо (Fe общ. )	мг/л	9,5	10,5	0,36	290	0,76	-
Кадмий (Cd)	мг/л	0,069	0,026	-	-	0,005	-
Калий (К)	мг/л	5,14	4,96	-	-	1,36	-
Натрий (Na)	мг/л	146	118	-	-	119	-
Медь (Cu)	мг/л	0,063	0,027	-	-	0,002	-
Никель (Ni)	мг/л	0,087	0,042	-	-	0,0003	-
Свинец (Pb)	мг/л	0,102	0,147	-	-	0,055	-
Хром (Cr общ. )/(Cr6+)	мг/л	0,554 / 0	0,596 / 0	34,5 / 34,5	31,0 / 0	0,008 / 0	-
Цинк (Zn)	мг/л	0,195	0,062	-	-	0,022	-
Олово (Sn)	мг/л	0,0013	-	-	-	-	-
Марганец (Mn)	мг/л	0,11	-	-	-	-	-
Кремний (Si)	мг/л	4,1	-	-	-	-	-

щих основных узлов: узел обезвреживания хромсодержащих стоков; узел переработки концентрированных стоков; узел переработки смешанных производственных стоков.

УЗЕЛ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ХРОМСОДЕРЖАЩИХ СТОКОВ

Принципиальная схема узла обезвреживания хромсодержащих сточных вод представлена на рис. 3.

Исходные сточные воды собираются в приемной емкости Е1, откуда насосом Н1 подаются в электрокоагулятор ЭК с растворимыми железными анодами, где происходит восстановление ионов шестивалентного хрома до трехвалентного и высаждение его в виде гидроксида.

Из электрокоагулятора водная суспензия через камеру смешения КС направляется в отстойник, снабженный тонкослойными элементами ТО для разделения суспензии на осветленную часть и осадок. Для улучшения процесса хлопье-образования в суспензию перед камерой смешения КС из емкости Е2 насосом НД1 дозируется раствор флокулянта.

Осветленная вода собирается в емкости Е3 и далее для тонкой очистки от следовых количеств тяжелых металлов направляется на узел доочистки в фильтр с зернистой загрузкой ФЗ, после чего осветленная вода подлежит дальнейшей переработке с основным потоком.

Промывка зернистого фильтра ФЗ осуществляется осветленной водой из емкости Е3 насосом Н3. Загрязненная промывная вода отводится в голову процесса – в емкость Е1.

Осадок (суспензия гидроксидов металлов) из тонкослойного отстойника ТО выводится на узел обезвоживание очистных сооружений, куда также направляется и осадок из электрокоагулятора ЭК.

УЗЕЛ ПЕРЕРАБОТКИ

КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОКОВ

Принципиальная схема узла переработки концентрированных стоков представлена на рис. 4.

Концентрированные стоки в количестве 0,18 м3/ч поступают в емкость Е4, где осуществляется их нейтрализация растворами щелочи или кислоты, которые дозируются из емкостей Е5 и Е6 насосами НД2 и НД3 соответственно пропорцио-

утилизацию

Рис. 4. Принципиальная схема узла переработки концентрированных стоков

обезвоживания ОС

Рис. 3. Принципиальная схема узла обезвреживания хромсодержащих сточных вод

нально показаниям рН-метра. Из емкости Е4 образовавшаяся суспензия насосом Н4 подается на фильтр-пресс ФП2, где разделяется на осветленную часть и осадок. Осветленная часть подается в емкость Е13 узла выпаривания, а осадок с влажностью до 80% направляется на утилизацию.

УЗЕЛ ПЕРЕРАБОТКИ СМЕШАННЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОКОВ

Принципиальная схема 1-ой ступени установки очистки сточных вод представлена на рис. 5.

Исходные промывные воды собираются в накопителе Е7, откуда насосом Н5 подаются в тонкослойный отстойник ТО. С целью высажде-ния примесей тяжелых металлов производится реагентная обработка стоков. Для этого из емкости Е8 насосом НД4 пропорционально показаниям рН-метра дозируется щелочь для доведения рН сточных вод до значения 9,5-10, а из емкости Е9 насосом НД5 для улучшения процесса хлопьеобразования дозируется раствор флокулянта. В отстойнике, снабженном тонкослойными элементами ТО, суспензия делится на освет- ленную часть и осадок.

Осветленная вода собирается в емкости Е10 и далее для тонкой очистки от следовых количеств тяжелых металлов направляется на узел доочистки в фильтры с зернистой загрузкой ФЗ, после чего осветленная вода подлежит переработке на 2-ой ступени очистки.

Промывка зернистого фильтра ФЗ осуществляется осветленной водой из емкости Е11 насосом Н8. Загрязненная промывная вода отводится в голову процесса – в емкость Е7.

Осадок (суспензия гидроксидов металлов) из тонкослойного отстойника ТО выводится на обезвоживание в осадкоуплотнитель ОУ и далее насосом Н6 подается на фильтр-пресс ФП.

Обезвоженный осадок после фильтр-пресса ФП с влажностью до 80% направляется на ути- пр. воды

утилизацию

Рис. 5. Принципиальная схема блока предочистки (1-я ступень) установки очистки сточных вод и узла обработки концентрированных стоков

лизацию. Фильтрат после фильтр-пресса ФП направляется в емкость Е10 и подвергается дальнейшей обработке с основным потоком.

Принципиальная схема 2-ой ступени установки для доочистки воды после электрокоагуляции представлена на рис.6.

Осветленная вода из емкости Е11 через барьерный фильтр Ф насосом Н9 подается на первую ступень обратноосмотической мембранной установки ООМ1, укомплектованной рулонными мембранными элементами. В процессе разделения исходный поток делится на два: пермеат – очищенная и обессоленная до требуемых показателей вода и концентрат, содержащий сконцентрированные извлекаемые примеси. Очищенная вода собирается в емкости Е12 и насосом Н10 подается на повторное использование на операции промывки. Концентрат первой ступени подвергается дополнительному доконцентрирова-нию на второй ступени мембранной установки ООМ2. Для этого концентрат высоконапорным насосом Н11 подается на мембранные аппараты второй ступени, где происходит разделение потока на две части: фильтрат, который отводится в емкость Е11, где смешивается с исходным потоком, и концентрат.

Концентрат обратного осмоса направляется на выпарную установку - энергосберегающий выпарной аппарат на базе 3-х ступенчатого испарительного блока с вертикально-трубчатыми пленочными испарителями. В испарителе используются теплообменные трубы специального профиля для интенсификации теплообмена и снижения отложений в трубах. Установка работает следующим образом: исходный раствор-концентрат поступает в кубовую часть испарителя ИП. В кубовой части циркуляционными насосами солевой раствор подается на верхние трубные решетки и через распределительные насадки поступает в теплообменные трубы. В трубах солевой раствор тонкой пленкой, испаряясь, стекает в кубовую часть испарителя: в первой ступени за счет тепла греющего пара от внешнего источни- ка (магистральный пар или, при его отсутствии, от электропарогенератора), в последующих ступенях - за счет вторичного пара, образовавшегося в предыдущих ступенях испарителя. Солевой концентрат из последней ступени испарителя, упаренный до требуемой концентрации, выводится в сборник концентрата. Процесс выпаривания проходит при вакууме, в конденсаторе разрежение - до минус 0,09 МПа. Конденсат вторичного пара (дистиллят) выводится из установки в сборник дистиллята и далее возвращается в емкость фильтрата. Теплота конденсации пара последней ступени отводится охлаждающей (оборотной) водой в конденсаторе. Неконденси-рующиеся газы из конденсатора вакуумным насосом ВН выводятся в атмосферу.

Кубовый концентрат, обогащенный солями до насыщенного состояния, поступает в приемную емкость поз.Екц и, далее, направляется на узел кристаллизации при охлаждении или, при желании Заказчика, подается для дальнейшего концентрирования на 2-ю ступень выпаривания в роторнопленочный испаритель для получения кристаллов солей в виде твердого осадка ( на схеме не показан), которые подлежат утилизации.

Суспензия солей из емкости концентрата поз. Екц насосом поз. Нкц подается в емкость-кристаллизатор поз. Кр, снабженную перемешивающим устройством и змеевиком для охлаждения раствора насыщенных солей до температуры 20°С. Образующаяся суспензия поступает в осадительную центрифугу поз. Ц. В центрифуге поз. Ц под действием центробежной силы происходит дальнейшее сгущение и отделение солей от маточника (фугата). При этом фугат, представляющий собой насыщенный раствор солей, отводится в емкость концентрата на повторное выпаривание поз. Екц, а кристаллы соли с влажностью 20% выгружаются в контейнеры и направляются на место складирования для последующей утилизации.

Данные по составу сточных вод приведены в табл. 2.

обезвреженный

Рис. 6. Принципиальная схема блока доочистки (2-я ступень) установки очистки сточных вод

Таблица 2. Состав исходных и очищенных стоков

Показатель	Ед. изм.	Исходные сточн ые воды , мг/л	Очи щенные сточные воды, мг/л	Категория 2 по ГОСТ 9.314-90 Вода для гальванического производства и схемы промывок
рН	ед. рН	7,46	6,5 –7,5	6,5-8,5
Алюминий (Al)	мг /л	3,232	< 0,05	-
Железо (Fe общ. )	мг/л	9,5	< 0,05	0,1
Кадмий (Cd)	мг/л	0,069	< 0,05	-
Медь (Cu)	мг/л	0,063	< 0,25	0,3
Никель (Ni)	мг/л	0,087	< 0,05	0,1
Свинец (Pb)	мг/л	0,102	< 0,05	-
Хром Cr общ.	мг/л	0,554	< 0,03	0,5
Цинк (Zn)	мг/л	0,195	< 0,5	1,5
Нитраты (NO3-)	мг/л	48	15	15
Сульфаты (SO42-)	мг/л	395	50	50
Фосфаты -орто (PO 4 3-)/-поли (PO 4 3-)	мг/л	0,02/0,56	< 0,5	3,5
Фториды (F-)	мг/л	0,52	< 0,5	-
Хлориды (Cl-)	мг/л	94	35	35

Анциферов А.В., Филенков В.М., Каплан А.Л., Васильев А.В. Реконструкция промышленных очистных сооружений с использованием биореактора // Безопасность в техносфере. 2009. № 3. С. 42-45.

Бондарева Т.Е., Максимов И.М., Заболотских В.В., Васильев А.В. Перспективы очистки Куйбышевского водохранилища и альтернативного использования биомассы водорослей в качестве биотоплива // В сборнике: ELPIT-2013. Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов: сборник трудов IV Международного экологического конгресса (VI Международной научнотехнической конференции). Научный редактор: А.В. Васильев. 2013. Т. 2. С. 15-22.

Васильев А.В. Комплексный экологический мониторинг как фактор обеспечения экологической безопасности // Академический журнал Западной Сибири. 2014. Т. 10. № 2. С. 23.

Васильев А.В. Терроризм как угроза экологической безопасности // Вестник Волжского университета им. В.Н. Татищева. 2002. № 2 (ecology). С. 190-193. Васильев А.В. Обеспечение экологической безопасности в условиях городского округа Тольятти: учебное пособие. Самара: Изд-во Самарского научного центра РАН, 2012. 201 с.

Васильев А.В., Заболотских В.В., Терещенко Ю.П., Васильев В.А. Общие подходы к биоиндексационной оценке водных экосистем по степени токсичности// В сборнике: ELPIT-2013. Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов: сборник трудов IV Международного экологического конгресса (VI Международной научнотехнической конференции). Научный редактор: А.В. Васильев. 2013. Т. 4. С. 55-61.

Подуруева В.В., Васильев А.В. Экологическая политика и система экологического менеджмента ОАО “АВТОВАЗ” // В сборнике: Экология и безопас- ность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов: сборник пленарных докладов IV Международного экологического конгресса (VI Международной научно-технической конференции). Научный редактор: А.В. Васильев. 2013. С. 161-163.

8. Vasilyev A.V., Khamidullova L.R., Podurueva V.V., Solovyov S.G. Investigation of toxicity of waste water of “AVTOVAZ” company by using biological testing methods // Safety of Technogenic Environment. 2012. № 2. С. 72-75.

PROVISION OF ECOLOGICAL ASPECTS OF WASTEWATER TREATMENTOF THE BIG INDUSTRIAL COMPANY EMITTED IN THE VOLGA RIVER BASIN

Samara State Technical University

The ecological aspects of wastewater treatment of a major engineering company. Shows a schematic diagram of wastewater treatment consisting of 3 main components: node clearance of chromium-containing waste; node processing concentrated wastewater processing and assembly of mixed industrial effluents. Keywords: wastewater, enterprise, treatment