Замкнутые системы - основное направление реконструкции водного хозяйства промышленных предприятий

Тенденция создания замкнутых систем водопользования (ЗСВ) промышленных предприятий четко прослеживается в большинстве развитых стран мира за последние 10–15 лет. Причинами, обуславливающими начало широкого создания ЗСВ, является, с одной стороны, катастрофическое загрязнение природных водоемов промышленными, бытовыми и сельскохозяйственными стоками вследствие значительного роста производства промышленной и сельскохозяйственной продукции при возрастании потребностей населения и промышленности в чистой воде. С другой стороны, появилось разнообразное технологическое оборудование (многокорпусные выпарные установки, оборудование обратного осмоса и др.), применение которого позволяет замкнуть цикл водопользования при обеспечении приемлемых экономических показателей. Сегодня применение ЗСВ является единственным рациональным решением проблемы использования воды в промышленности. Иного реше- ния, позволяющего уверенно смотреть в будущее, по нашему мнению, не существует. Можно считать, что началом широкого перехода к созданию ЗСВ явился Всемирный конгресс энергетиков в Австралии (1993 г.), на котором замкнутые системы (по зарубежной терминологии – предприятия с нулевым сбросом стоков) были провозглашены единственным путем реконструкции водного хозяйства (ВХ) в промышленности [1].

В России накоплен богатый опыт создания и эксплуатации ЗСВ. Первая в мире ЗСВ металлургического предприятия была введена в строй на Верх-Исетском металлургическом заводе (г. Свердловск) в 1973 г. Указанный комплекс успешно эксплуатируется и в настоящее время. В последующие годы на территории бывшего СССР были сооружены более 350 замкнутых систем на предприятиях различных отраслей (см. таблицу).

К сожалению, в 1990-е годы эта работа по известным причинам не велась, и некоторое оживле-

Данные, характеризующие развитие и распространение ЗСВ на промышленных предприятиях СССР (1990 г.)

Отрасль промышленности Водооборот в отрасли, % Число предприятий с ЗСВ приближающих-ся к ЗСВ с элементами ЗСВ со стоя-щимися ЗСВ с запроектированными ЗСВ Черная металлургия 88 24 14 12 9 3 Цветная металлургия 84 15 10 12 1 4 Химическая 83 6 14 10 2 8 Нефтехимическая 89 7 6 5 5 2 Минеральных удобрений 88 4 – 1 1 1 Целлюлозно-бумажная 65 3 3 7 1 1 Машиностроительный комплекс 72 13 11 6 11 7 Энергетика 63 17 8 6 – 3 Прочие – 11 10 11 5 5 ние наблюдается уже в XXI в. вплоть до экономического кризиса 2008 г. и далее.

Создание ЗСВ является комплексной задачей, которая предусматривает: внедрение эффективных, прежде всего, физико-химических методов очистки сточных вод; установление научно обоснованных предельно допустимых концентраций солей, нефтепродуктов и других компонентов в оборотной воде с учетом ее эпидемиологической и токсикологической безопасности для каждого замкнутого цикла; создание максимально возможного количества локальных замкнутых циклов с многократным использованием воды в них; извлечение из сточных вод ценных компонентов; переработку в целях утилизации выделенных осадков и засоленных вод [2–5].

ЗСВ промышленного предприятия представляет собой химико-технологический комплекс (цех) по производству чистой воды внутри предприятия. В целом, безотходное производство с ЗСВ можно проиллюстрировать схемой, представленной на рис. 1. В этом случае ЗСВ является неотъемлемой и одной из главных составных частей любого безотходного производства.

За рубежом строительство ЗСВ началось, практически, немногим более двадцати лет назад, поскольку там считалось, что строго регламентированный сброс очищенных стоков сохранит водоприемники в «первозданной чистоте». Ничего этого не произошло, особенно в переполненной Европе, и «регламентированный сброс» срочно сменили на отсутствие любого сброса. Мы прогнозировали такое развитие событий [3].

Технологические схемы обработки стоков и осадков в ЗСВ весьма разнообразны и зависят об многих факторов: характеристики стока, возможности предприятия в использовании очищенной воды того или иного состава, возможности утилизации концентратов и осадков на самом пред- приятии или в соседних организациях и др. На рис. 2 приведена распространенная технологическая схема обработки промышленных стоков различного состава.

Схема включает следующие узлы: узел усреднения – накопления стока с использованием интенсивного перемешивания воздухом (1); узел реагентной (химической, физико-химической, физической, биотехнологической) обработки стока с разрушением токсичных и выделением в виде взвеси вредных (агрессивных) примесей (2); узел хлопьеобразова-ния (флокуляции) для интенсификации процесса удаления взвеси из стока (3); узел осветления (отстаивания) обработанного стока в скоростных (многополочных) отстойниках (4); узел доочистки осветленной воды на зернистых фильтрах с использованием местных фильтрующих материалов – отходов производства типа шлаков (5).

При необходимости получения чистой воды (дистиллята) доочищенную воду направляют в выпарную установку (6), а получающийся концентрат – на утилизацию, образующийся при отстаивании осадок – в узел кондиционирования (7), где его при необходимости, дополнительно обрабатывают реагентами или нагревом. Подготовленный скондиционированный осадок поступает в узел механического обезвоживания (8) на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах или центробежных аппаратах. Обезвоженный осадок подают в узел термической обработки (9) – сушилку, гранулятор, сборник (10) при необходимости расфасовывают и отправляют на утилизацию.

Подобные схемы внедрены на Верх-Исетском металлургическом, Кыштымском медеэлектролитном заводах и еще на многих предприятиях.

Представленная технологическая схема (при необходимости дополненная и другими узлами) является основой системы водного хозяйства промышленного предприятия, имеющего соответст-

Рис. 1. Технологическая схема безотходного производства с замкнутой системой водопотребления

Инженерное оборудование зданий и сооружений

Рис. 2. Схема модуля обезвреживания стоков: 1 – узел усреднения-уплотнения стока; 2 – узел реагентной обработки; 3 – узел хлопьеобразования; 4 – узел осветления обработанного стока; 5 – узел доочистки осветленной воды; 6 – узел получения чистой воды; 7 – узел кондиционирования; 8 – узел механического обезвоживания; 9 – узел термической обработки

вующие стоки . В этих схемах к наиболее важным (определяющим) узлам относятся: блок обессоливания (выпарная установка), блоки обработки осадков – механической (обезвоживания) и термической (сушки, прокалки). Именно они позволяют получить замкнутые системы очистки промышленных вод и повторного использования промстоков, которые обеспечат значительную экономию свежей воды при снижении ее потребления до уровня безвозвратных потерь; утилизацию выделяемых из стоков загрязнителей (полезное использование) или уничтожение либо складирование и позволят ликвидировать все сбросы стоков в окружающую среду.

Как уже отмечалось, вначале создавались в основном крупные ЗСВ предприятий производительностью многие десятки и сотни кубических метров в час, поскольку лишь при высоких производительностях удавалось достигнуть достаточной экономичности многокорпусных выпарных установок. Бурное развитие опреснительной техники в последние десятилетия, основанное на освоении технологий пленочного испарения, механической компрессии водяного пара и тепловых насосов с промежуточным теплоносителем, позволило су- щественно снизить удельные энергозатраты даже на термодистилляционных установках малой производительности (до нескольких десятков л/ч). Такие установки производительностью от 10 л/ч до 4 м3/ч и более разработаны и изготавливаются компаниями в Германии (Н20 GmbH), Италии (Eco International»), Израиле (IDE Technologies) и других странах. Весьма привлекательные по критерию «цена – качество» установки, не имеющие аналогов в мире, разработаны и предлагаются отечественными компаниями.

Важно отметить, что появление установок малой и средней производительности, оснащенных надежными и эффективными системами автоматического управления, позволило изменить подходы к созданию ЗСВ и вместо крупных комплексов начать создание локальных замкнутых систем водопользования (ЛЗСВ), включаемых в состав отдельных производственно-технологических установок. Примеры таких установок приведены на рис. 3–4.

Переход к созданию ЛЗСВ дает ряд существенных преимуществ:

• •    при переработке стока отдельной технологической установки образующийся концентрат не

  

  Рис. 3. Установка концентрирования отработанных растворов монохромата калия производительностью 250 л/ч

  
  
  

  Рис. 4. Установка переработки промывных вод участка хромирования производительностью 1,5 м³ /ч

  
  

является смесью многочисленных загрязнителей, потому, как правило, может быть утилизирован или возвращен в технологический процесс. Например, концентрат, образовавшийся при переработке промывных вод хромирования (см. рис. 4) может возвращаться в ванну нанесения гальванопокрытия;

• •    образующийся при переработке стока дистиллят представляет собой особо чистую воду и, возвращаясь в технологический процесс, как правило, повышает качество основной продукции.

Например, переход на промывку дистиллятом после травления или обезжиривания значительно повышает качество гальванических или лакокрасочных покрытий;

• •    поэтапное исключение из общезаводских стоков их части, обрабатываемой на ЛЗСВ, повышает эффективность общезаводских очистных сооружений и значительно снижает экологическую нагрузку на природные водоемы;

• •    создание ЛЗСВ не требует значительных временных и капитальных затрат (как правило,

Инженерное оборудование зданий и сооружений

ЛЗСВ удается разместить на существующих производственных площадях), что повышает экономическую эффективность.

Необходимо отметить, что в настоящее время лидерство в создании ЗСВ российскими компаниями утеряно. Особенно это касается ЛЗСВ . Если в России количество ЗСВ и ЛЗСВ, созданных за последние 5 лет, исчисляется единицами, то в странах ЕЭС – тысячами. Причина такого положения, очевидно, объясняется отсутствием экономических стимулов. Ситуация должна радикально измениться после доведения экологических платежей до уровня платежей европейских стран.