Сточные воды. 
Теоретические основы защиты окружающей среды

В промышленности воду используют как сырье и источник энергии, как хладоагент, растворитель, экстрагент, для транспортирования сырья и материалов.

В промышленности 65…80% расхода воды потребляется для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. В этих случаях вода не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывающую и реакционную. Средообразующую воду используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промывающую — для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий; реакционную — в составе реагентов, а также при отгонке и других процессах. Технологическая вода непосредственно контактирует со средой. Энергетическая вода потребляется для получения пара и нагревания оборудования, помещений, продуктов.

Соответственно назначению воду в системах производственного водообеспечения можно разделить на четыре категории:

вода I категории используется для охлаждения жидких и конденсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах без соприкосновения с продуктом; вода нагревается и практически не загрязняется; могут наблюдаться лишь аварийные утечки жидких и газообразных продуктов в воду при неисправных теплообменных аппаратах, загрязняющие ее;

вода II категории служит в качестве среды, поглощающей различные нерастворимые (механические) и растворенные примеси; вода не нагревается (обогащение полезных ископаемых, гидротранспорт), но загрязняется механическими и растворенными примесями;

вода III категории используется так же, как и вода II категории, но с нагревом (улавливание и очистка газов в скрубберах, гашение кокса и т. п.);

вода IV категории служит в качестве экстрагента и растворителя реагентов (например, при флотационном обогащении природных ископаемых) и др.

Сточная вода — это вода, бывшая в бытовом, производственном или сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшая через загрязненную территорию. В зависимости от условий образования сточные воды делятся на хозяйственно-бытовые (БСВ), атмосферные (АСВ) и промышленные (ПСВ).

Хозяйственно-бытовые воды — это стоки от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, душевых, прачечных, столовых, туалетов, от мытья полов и др. Они содержат примеси, из которых примерно 58% органических веществ и 42% - минеральных.

Атмосферные воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков и стекающие с территорий предприятий (дождевые и от таяния снега). Они загрязняются органическими и минеральными веществами.

Промышленные сточные воды — это использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых (угля, нефти, руд и т. п.);

При прямоточном водообеспечении предприятий (рис. 3.1, а) вся забираемая из водоема вода (Q_ист после участия в технологическом процессе (в виде отработанной) возвращается в водоем, за исключением того количества воды, которое безвозвратно расходуется в производстве Q_пот. Количество отводимых в водоем сточных вод составляет.

О_сбр = Q_ист — Q_пот· (3.1).

Сточные воды в зависимости от вида загрязнений и других условий перед сбросом в водоем должны проходить через очистные сооружения. В этом случае количество сбрасываемых в водоем сточных вод уменьшается, поскольку часть воды отводится со шламом.

При схеме водообеспечения с последовательным использованием воды (рис. 3.1,6), которое может быть двухи трехкратным, количество сбрасываемых сточных вод уменьшается в соответствии с потерями на всех производствах и на очистных сооружениях, т. е.

(3.2).

Рис. 3.1. Схемы водообеспечения промышленных предприятий:

1 — вода свежая чистая, ненагретая; 2 — сточная вода, нагретая; 3 — то же, нагретая и загрязненная; 4- то же, очищенная; ПП, ПП-1, ПП-2 — промышленные предприятия; ОС — очистные сооружения; Q_ист — вода, подаваемая из источника на производственные нужды; Q_пот, Q_пот1 и Q_пот2 — вода, безвозвратно потребляемая на промышленных предприятиях; Q_шл — вода, удаляемая со шламом; Q_сбр — вода, сбрасываемая в водоем Повторное использование сточных вод после соответствующей их очистки получило в настоящее время широкое распространение. В ряде отраслей промышленности (черной металлургии, нефтеперерабатывающей) 90…95% сточных вод используется в системах оборотного водоснабжения и лишь 5…10% сбрасывается в водоем.

Для уменьшения потребления свежей воды создают оборотные и замкнутые системы водоснабжения. При оборотном водоснабжении предусматривают необходимую очистку, охлаждение, обработку и повторное использование сточной воды. Применение оборотного водоснабжения позволяете 10… 15 раз уменьшить потребление природной воды.

Качество воды, используемой для технологических процессов, должно быть выше, чем воды, находящейся в оборотных системах.

Если в системе оборотного водоснабжения промышленного предприятия вода является теплоносителем и в процессе использования лишь нагревается, то перед повторным применением ее предварительно охлаждают в пруду, брызгальном бассейне, градирне (рис. 3.2, а); если вода служит средой, поглощающей и транспортирующей механические и растворенные примеси, и в процессе использования загрязняется ими, то перед повторным применением сточная вода проходит обработку на очистных сооружениях (рис. 3.2, б); при комплексном использовании сточные воды перед повторным применением подвергаются очистке и охлаждению (рис. 3.2, в).

Рис. 3.2. Схемы оборотного водоснабжения промышленных предприятий:

а — с охлаждением сточных вод; б — с очисткой сточных вод; в — с очисткой и охлаждением сточных вод; 1 — вода свежая, чистая, ненагретая; 2- сточная вода, нагретая; 3 — тоже, ненагретая и загрязненная; 4- то же, очищенная; 5 — сточная вода, загрязненная; б — оборотная вода; ОУ — охладительные установки; Q — вода, подаваемая на производственные нужды; Q_об — оборотная вода; Q_ун — вода, теряемая на испарение и унос из охладительных установок (остальные обозначения тс же, что и на рис. 3.1).

При таких системах оборотного водоснабжения для компенсации безвозвратных потерь воды в производстве, на охладительных установках (испарение с поверхности, унос ветром, разбрызгивание), на очистных сооружениях, а также потерь воды, сбрасываемой в канализацию, осуществляется подпитка из водоемов и других источников водоснабжения. Количество подпиточной воды определяется по формуле.

Q_ист = Q_пот + Q_ун + Q_шл + Q_сбр. (3.3).

Подпитка систем оборотного водоснабжения может осуществляться постоянно и периодически. Общее количество добавляемой воды составляет 5…10% общего количества воды, циркулирующей в системе.

Нормы водоотведения в различных отраслях промышленности колеблются в широких пределах. Так, например, при добыче 1 т нефти образуется 0,4 м³ сточных вод, при добыче 1 т угля в шахтах — 0,3 м³; при выплавке 1 т стали или чугуна — 0,1 м; при производстве 1 т вискозного штапельного волокна — 233 м³; 1 т удобрений — 3,9 м³; 1 т синтетических ПАВ — 1 м; 1 т сульфитной целлюлозы — 218 м³; 1 т бумаги — 37 м³; 1 т цемента — 0,1 м³; 1 т льняных или шелковых тканей — соответственно 317 или 37 м³; 1 т мяса — 24 м³; 1 т хлеба — 3 м³; 1 т масла — 2,6 м³; 1 т сахара-рафинада — 1,2 м³; при изготовлении одного легкового автомобиля — 15,5 м³; одного автобуса — 80 м³; одного магистрального тепловоза — 710 м³. При выработке 1 МВт-ч электроэнергии на тепловых и атомных электростанциях с системами оборотного водоснабжения образуется в среднем 5 м³ сточных вод.

При отсутствии норм водоотведения количество сточных вод определяется по технологическим расчетам в соответствии с регламентом производства. Количество сточных вод от крупных промышленных предприятий достигает 200…400 тыс. м³/сут, что соответствует количеству сточных вод от городов с населением 1…2 млн человек.

Производственные сточные воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые).

Незагрязненные производственные сточные воды поступают от холодильных, компрессорных, теплообменных аппаратов. Кроме того, они образуются при охлаждении основного производственного оборудования и продуктов производства.

Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на три группы:

загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудои угледобывающей промышленности; заводы по производству минеральных удобрений, кислот, строительных изделий и материалов и др.);

загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, химической, микробиологической промышленности; заводы по производству пластмасс, каучука и др.);

загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству консервов, сахара, продуктов органического синтеза, бумаги, витаминов и др.).

Для объективной оценки качества воды проводится классификация показателей по характеру воздействия загрязняющих веществ. На основе предлагаемой классификации выделяются пять групп, включающих следующие показатели:

группа качества (запах, цветность, температура, количество взвешенных частиц);

наличие органических веществ (биохимическое потребление кислорода (ВПК), водородный показатель (pH), растворенный в воде кислород, химическое потребление кислорода или бихроматная окисляемость (ХПК), фосфаты, нитраты);

присутствие санитарно-токсических веществ (хлориды, сульфаты, Са, Mg, Na, К);

наличие микробиологических веществ (коли-индекс и др.);

присутствие токсичных веществ.

Последняя группа разбивается на четыре подгруппы: слаботоксичные вещества, ПДК которых находится в интервале 0,1… 0,9 мг/л (аммоний, синтетические ПАВ (СПАВ), V, Mo, Cr, Fe, Ti);

среднетоксичные вещества, ПДК которых составляют 0,01…0,09 мг/л (нитриты, Zn, Ni, Со);

сильнотоксичные вещества, ПДК которых попадают в интервал 0,001…0,009 мг/л (Сu, Hg, Cd, фенолы);

особо ядовитые вещества с ПДК 0,0001 …0,0009 мг/л (пестициды, сульфиды).

По концентрации загрязняющих веществ производственные сточные воды разделяются на четыре группы: 1…500, 500…5000,.

5000…30 000, более 30 000 мг/л.

Производственные сточные воды могут различаться по физическим свойствам загрязняющих их органических продуктов (например, потемпературе кипения: менее 120, 120…250 и более 250°С).

По степени агрессивности эти воды разделяют на слабоагрессивные (слабокислые с pH 6…6,5 и слабощелочные с pH 8…9), сильноагрессивные (сильнокислые с pH 9) и неагрессивные (с pH 6,5…8).