Водоподготовка и очистка сточных вод

Поворов А.А.,к.т.н., Павлова В.Ф., к.т.н., Шиненкова Н.А, Начева И.И., Коломийцева О.Н.

Воздействие хозяйственной деятельности на окружающую среду в настоящее время определяется значительными объемами выбросов в атмосферу, сбросов сточных вод, высоким водопотреблением.

Анализ экологической ситуации последних двух лет в Российской Федерации свидетельствует о том, что, несмотря на спад производства, загрязнение окружающей природной среды остается недопустимо высоким. При этом количество сбрасываемых в окружающую среду сточных вод практически не уменьшается. Это приводит к безвозвратной потере ценных компонентов (кислот, солей и металлов, в первую очередь), к нерациональному использованию сырьевых и энергетических ресурсов. Связанная с этим деградация поверхностных и подземных вод требует их дополнительной очистки для применения во многих отраслях промышленности, в быту и в сельском хозяйстве.

Хотя нормы ПДК на территории СНГ одни из наиболее жестких в мире, но они не обеспечены в достаточной мере реальным оборудованием и технологическими разработками.

Единственным пока радикальным решением возникшей проблемы является разработка и широкое внедрение систем использования воды на предприятиях в замкнутом цикле с одновременным выведением из него ценных компонентов (в виде товарных продуктов и вторичного сырья). Приоритетным направлением становится создание локальных систем переработки раздельных потоков сточных вод, т.к. на большинстве предприятий слабозагрязненные и концентрированные сточные воды объединяются и вместе поступают на очистные сооружения, что затрудняет и делает малоэффективной их работу.

Мембранные методы обработки сточных вод по сравнению с традиционными имеют ряд преимуществ, в том числе универсальность процесса, отсутствие дополнительно вводимых в сточные воды реагентов, существенное уменьшение отходов, что облегчает их утилизацию или захоронение, сравнительная простота установок, низкие удельные энергозатраты, которые мало зависят от мощности установки.

ЗАО «БМТ» одна из ведущих фирм в России, специализирующаяся в области очистки сточных вод с использованием последних достижений мембранной технологии и классических методов очистки. В результате многолетней деятельности в этой сфере разработаны и успешно реализованы мембранные технологии для очистки сточных вод в различных отраслях промышленности: химической, пищевой, машиностроении, приборостроении и т.д.

Гальванические производства относятся к ряду химических производств, являющихся источником одного их наиболее опасных видов отходов, поэтому проблема обезвреживания производственных сточных вод гальванических цехов и участков травления является одной из наиболее актуальных, в значительной степени определяющей экологическую обста­новку в водных бассейнах России.

Сточные воды гальванического производства включают в себя разбавленные стоки (промывные воды) и концентрированные растворы (моющие, обезжиривающие, травильные, электролиты). Как правило, они подлежат смешиванию и последующей совместной обработке. Реагентная обработка, как самый распространенный способ очистки стоков, предусматривающий последующий слив очищенной воды в канализацию, часто не позволяет очистить воду до требуемых показателей по тяжелым металлам.

Один их путей решения данной проблемы - улучшение работы очистных сооружений за счет оптимизации их параметров и организация, при необходимости, отдельных дополнительных узлов для доочистки. Комплектация узлов может быть различна в зависимости от состава исходной воды, существующего способа очистки, требований к очищенной воде и финансового состояния предприятия.

В своей практической деятельности ЗАО «БМТ» для предприятий, где существуют очистные сооружения, использует традиционные методы доочистки, такие как электрокоагуляция, ионный обмен, сорбцию как легко реализуемые и мало затратные для предприятий. Основная цель предлагаемых методов: снижение содержания тяжелых металлов до значений, позволяющих осуществлять слив очищенной воды в канализацию, при этом солесодержание, как правило, остается на таком уровне, что не позволяет использовать очищенную воду повторно.

При удовлетворительной работе имеющихся на предприятии очистных сооружений для доочистки и глубокого обессоливания возможна дополнительная комплектация узлом обратного осмоса, что  предполагает создание замкнутого водооборота на  предприятии.

Наиболее перспективный путь решения проблемы экологически безопасного производства - создание практически замкнутых процессов, допускающих образование небольших количеств твердых и жидких отходов.

Один из вариантов решения данного вопроса - применение мембранной технологии. В ЗАО «БМТ» разработана технология очистки сточных вод, включающая наряду с традиционными методами (фильтрация, реагентная обработка, гальванокоагуляция и т.д.) обратный осмос, который позволит очистить воду до требуемых ГОСТ 9.314-90 «Вода для гальванического производства» и вернуть ее в производственный цикл, создав замкнутый водооборот.

Концепция ЗАО «БМТ»;

1. Раздельная переработка концентрированных и разбавленных потоков на локальных установках с рециклом по основным компонентам.

2. Переход к разработке и реализации безотходных технологий.

Применение локальных установок регенерации рабочих растворов определено экономической целесообразностью: при частом сливе растворов на очистные сооружения резко сокращается расход реагентов, облегчается работа очистных сооружений из-за снижения концентраций отдельных ингредиентов, уменьшаются объемы утилизируемых шламов.

Комплексная установка функционирует в едином цикле «линия гальванического производства - очистные сооружения» и включает четыре основных узла, которые могут работать в едином цикле или как отдельные локальные очистные сооружения:

I–узел очистки промывных вод после всех ванн, содержащих в своем составе, кроме тяжелых металлов, соли, ПАВ, кислоты и пр.;

II–узел регенерации отработанных растворов электролитов – восстановление их работоспособности за счет удаления примесей электромембранным методом в электродиализаторах с ионоселективными мембранами.

III–узел регенерации отработанных травильных растворов – очистка от примесей тяжелых металлов методом электродиализа.

IV-узел регенерации моющих и обезжиривающих растворов - извлечение эмульгированных нефтепродуктов методом ультрафильтрации на трубчатых ультрафильтрах БТУ-0,5/2 или непосредственно по циклу ванна-установка в непрерывном режиме с использованием рулонных элементов.

I–узел очистки промывных вод

Технологический процесс очистки промывных вод включает в себя:

- стадию предподготовки, где осуществляется корректировка рН, электрокоагуляция – перевод растворимых тяжелых металлов в нерастворимуюформу, тонкая очистка от взвешенных и коллоидных примесей с использованием тонкослойного модуля и системы фильтров;

- глубокую очистку и обессоливание методом обратного осмоса с применением высокоселективных мембран, обеспечивающая получение очищенной воды для повторного использования согласно ГОСТ 9.314-90 кат.2 «Вода для гальванического производства и схемы промывок. Общие требования». Для уменьшения объема утилизируемого концентрата используется 2-х (иногда 3-х) ступенчатая схема обратноосмотического обессоливания. На стадии обратноосмотического обессоливания используются новые композитные высокопроизводительные мембраны с селективностью по ионам тяжелых металлов не менее 99,5%, специально предназначенных для обработки сточных вод.

- стадия выпаривания концентрата обратного осмоса. Утилизации подлежат шламы гидроокислов и соль.

- выделения никеля из никельсодержащих стоков с получением ценного вторичного сырья.

II. - Установка регенерации отработанного электролита хромирования.

Установка предназначена для регенерации отрабо­танного электролита хромирования и очистки его от загрязняющих приме­сей органических веществ, а также тяжелых металлов: меди, цинка, железа, хрома (III) , включающая две основные стадии:

I-я - глубокая очистка от взвешенных и коллоидных примесей и высокомолекулярной органики на ультрафильтрационных мембранах на основе фторопласта. Рабочий режим чередуется с мягкой обратноточной промывкой ультрафильтратом и периодической химической мойкой мембраны.

II-я - регенерация очищенного от органических веществ электролита хромирования электромембранным методом с использованием анионоселективных мембран.

Регенерация ОЭХ по предлагаемой схеме способствует многократному использованию электролита без снижения качества хромового покрытия деталей.

III.- Установки регенерации кислот из отработанных растворов ванны травления и ванны активации (ОТР)

Принцип действия основан на использовании новых эффективных технологий электромембранного концентрирования на базе электродиализаторов или мембранных электролизеров с использованием ионоселективных мембран, стойких в агрессивных средах. Степень извлечения кислот составляет не менее 90%, эффективность очистки от ионов тяжелых металлов (никеля и железа) - не менее 95 %.

Технологический процесс регенерации серной кислоты из отработанного раствора ванны травления является двухступенчатым и сочетает очистку от высокомолекулярной органики, нефтепродуктов, коллоидных частиц на ультрафильтрационном плоскопараллельном модуле специальной конструкции (1-я ступень очистки) с использованием мембран, стойких в агрессивных средах (фторопластовые мембраны типа УФФК) и электромембранную регенерацию ОТР в электродиализаторе с ионообменнымиыми мембранами (2-я ступень очистки). Технологией обеспечивается полный рецикл по рабочему раствору кислоты.

IV - Установка регенерации моющих и обезжиривающих растворов, СОЖ

Установка предназначена для очистки сточных вод, содержащих коллоидные и механические загрязнения, высокомолекулярную органику, эмульгированные масла и др.

По предлагаемой технологии очистка указанных вод производится на ультрафильтрационной установке с применением трубчатых ультрафильтров типа БТУ-0,5/2 с требуемым типом мембраны: на основе полисульфона, полисульфонамида, полиамида, фторопласта и др. Исходный раствор, не содержащий свободных нефтепродуктов, механических примесей размером более 60 мкм подается в мембранный блок, где под действием рабочего давления происходит его разделение на две части: фильтрат, очищенный от загрязнений, в т.ч. эмульгированных нефтепродуктов и концентрат, обогащенный этими загрязнениями. Рабочий режим фильтрации в автоматическом режиме чередуется с периодической обратноточной промывкой ультрафильтратом для предотвращения загрязнения рабочей поверхности мембраны и продления срока её службы до промывки. При достижении требуемой степени концентрирования концентрат подвергается сливу и последующей утилизации. Технологией предусмотрена химическая мойка, проводимая при падении производительности по фильтрату более чем на 20 %. В зависимости от требований к качеству фильтрата предлагаются одно - и двухступенчатые установки, на второй ступени могут применяться как мембранные, так и сорбционные фильтры.

Выбор схемы очистки, сочетающей традиционные методы очистки с мембранными технологиями, определяется исходя из реальных составов отработанных растворов и гальваностоков, а также требований, предъявляемых к качеству очищенной воды для организации замкнутых циклов по целевым продуктам.

Использование комплексной мембранной установки позволяет:

• Создать замкнутый водооборот при степени использования воды не менее 95%;
• Возвратить в производственный цикл 85-95% концентрированных рабочих растворов (электролитов, травильных растворов);
• Значительно снизить объемы утилизируемых твердых отходов, переведя их в IV класс опасности и реализации в качества вторичного сырья;
• Обеспечить экологически чистое производство, полностью исключающее слив сточных вод в канализацию.