Вода и жизнь на Земле - Юрий Новиков

Результаты исследований показали, что по химическому составу вода, получаемая в результате доочистки стоков, отвечает всем требованиям, предъявляемым к воде, используемой для технического водоснабжения комбината.

Повторное употребление воды только на КСК сокращало забор речной воды (на 10 тыс. м3/сут) и соответственно уменьшало сброс сточных вод в Десну, являющуюся одним из основных источников водоснабжения Киева.

На Первомайском химическом заводе повторно используют 97 % воды. Это достигается за счет дифференцирования сточных вод, локальных методов очистки с последующей доочисткой и утилизацией полученных осадков в виде белково-витаминного концентрата, органо-минеральных удобрений, сульфата натрия. Следует отметить, что доочистка производится с помощью сорбции на активированном антраците и, далее, на ионообменных смолах, после чего вода направляется в основное производство.

Не пропадают зря и регенерационные растворы ионообменных колонн. Они направляются в печи кипящего слоя для получения гранулированных азотных удобрений. Годовой экономический эффект от внедрения системы доочистки составляет, по предварительным расчетам, около 1 млн. руб.

Общеизвестно, что во многих отраслях химической промышленности расходуется громадное количество химикатов, кислот и щелочей. В результате, кроме полезного продукта, образуются и сбросовые растворы сложного солевого состава, очистка которых или повторное использование часто практически невозможны. В настоящее время разработаны методы, позволяющие выпускать основную продукцию химической промышленности без нежелательных компонентов. В основе методов лежат процессы электролиза с ионообменными мембранами и так называемые ионные сита, а также гиперфильтрация с применением осмотических мембран. Мембранная технология позволяет решать различные задачи по разделению жидких и газообразных смесей и разработке безотходных технологических схем. Водооборотные схемы (иногда даже с утилизацией солей) могут быть созданы на базе термического метода опреснения сильно минерализованных сточных вод (в аппаратах с мгновенным вскипанием) и метода бесповерхностной дистилляции (при помощи гидрофобных теплоносителей).

Внедрение безотходной технологии в народное хозяйство — более перспективно и экономично, чем строительство очистных сооружений. Достаточно сказать, что даже большие затраты на строительство очистных сооружений не всегда и не полностью освобождают окружающую среду от вредного воздействия отходов производства. Необходимо искать такие пути развития промышленности и одновременного сохранения чистоты водоемов, которые не исключали бы один другого и не требовали колоссальных расходов на строительство очистных сооружений. Таким кардинальным путем является переход к принципиально новой технологии производства, исключающей отходы, переход к комплексному использованию сырья.

Предприятия, основанные на такой технологии, — это предприятия будущего. Однако уже сейчас строятся и даже действуют целые заводы и фабрики с безотходным производством. В 1976 г. группе советских металлургов за создание промышленного комплекса переработки ванадиевых шлаков на базе новой технологии, обеспечивающей высокую степень извлечения ванадия и исключающей загрязнение воздушной и водной сред, была присуждена Ленинская премия. Этот факт — прямое свидетельство того, что партия и правительство придают большое значение развитию работ в области безотходной технологии.

Предприятие комплексного использования сырья, технология безотходного производства обеспечивают государству двойную выгоду: резкое повышение эффективности капиталовложений и столь же резкое снижение затрат на строительство дорогостоящих очистных сооружений. Ведь комплексная переработка сырья на одном предприятии всегда дешевле, чем получение тех же продуктов на разных. А безотходная технология снимает с повестки дня опасность загрязнения окружающей среды.

Широкое внедрение качественно новой технологии безотходного производства должно стать одной из важнейших задач долгосрочного плана развития народного хозяйства нашей страны. Необходимо добиться такого положения, чтобы в ближайшие 10–20 лет все предприятия, и в первую очередь заводы химической, целлюлозно-бумажной и горно-обогатительной промышленности, работали по технологии комплексной безотходной переработки сырья. Больше того, это условие должно быть обязательным для предприятий, размещаемых в густонаселенных районах страны. Надо признать весьма целесообразным и перевод на безотходную технологию ряда химических, нефтеперегонных и горно-обогатительных заводов, которые действуют в непосредственной близости от городов и сбрасывают свои отходы в реки и водоемы.

Разработка и широкое применение качественно новой технологии, исключающей отходы производства, — актуальная задача современности.

Очистка сточных вод

Одним из существенных мероприятий по охране водоемов является канализация. Под канализацией понимают комплекс санитарных мероприятий и инженерных сооружений, обеспечивающих сбор и быстрое удаление за пределы населенных мест и промышленных предприятий загрязненных сточных вод, их очистку, обезвреживание и обеззараживание. Методы очистки бытовых сточных вод подразделяются на механические и биологические. При механической очистке сточных вод происходит разделение их жидкой и твердой фаз. Для этой цели применяются решетки, песколовки, различные отстойники и т. д. Жидкая часть сточных вод подвергается биологической очистке, которая может быть естественной и искусственной. Естественная биологическая очистка сточных вод осуществляется на полях фильтрации, полях орошения, в биологических прудах и т. п. Для искусственной биологической очистки применяют специальные сооружения — биофильтры, аэротенки. Обработка ила производится на иловых площадках или в метантенках.

Разнообразны сооружения для механической очистки сточных вод. Прежде всего, это — решетки, которые задерживают крупные загрязнения в сточной воде. Песколовки улавливают в ней минеральные примеси. Необходимость предварительной их задержки обусловливается тем, что при раздельном выделении из сточной жидкости минеральных и органических загрязнений облегчаются условия эксплуатации сооружений, служащих для дальнейшей очистки отстойников, метантенков и др. Принцип действия песколовки не сложен: частицы, удельный вес которых больше, чем удельный вес воды, по мере движения вместе с водой в резервуаре выпадают на дно. Отстойники в зависимости от своего назначения подразделяются на первичные и вторичные. Первичные обычно устанавливаются до сооружений биологической обработки сточных вод, вторичные — после этих сооружений. По конструктивным признакам отстойники подразделяются на горизонтальные, вертикальные и радиальные.

Первичные отстойники практически могут обеспечить эффект осветления жидкости не более чем на 60 %, чаще он колеблется в пределах 30–50 %. Эффективность отстаивания можно повысить предварительной аэрацией: продуть сточную жидкость перед отстойниками воздухом в течение 10–20 мин. Если одновременно с аэрацией добавляют избыточный активный ил и биопленку из вторичных отстойников, то этот процесс называется биокоагуляцией.

Разнообразны сооружения для обработки осадка сточных вод. Это — септики, двухъярусные отстойники и осветлители-перегреватели, метантенки, иловые площадки. Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходит осветление сточной жидкости и длительное хранение и перегнивание выпавшего осадка. Осадок хранится от 6 до 12 месяцев, затем под влиянием накопившихся в нем анаэробных микроорганизмов разрушается, а нерастворимые органические вещества превращаются в газообразный продукт или в растворимые минеральные соединения. Сточную жидкость осветляют в септиках длительное время (от 1 до 3 суток), но при этом достигается высокий эффект осветления.

Двухъярусные отстойники применяют для небольших и средних очистных станций производительностью до 10 тыс. м3/сут. Осадок, выпавший в иловую камеру, сбраживается под влиянием анаэробных бактерий, которые расщепляют сложные органические вещества (белки, жиры, углеводы) первоначально до кислот жирного ряда, а в дальнейшем и до конечных, более простых продуктов: газов метана, углекислоты и частично сероводорода. Сероводород при щелочном брожении связывается в растворе с железом, образуя сернистое железо, окрашивающее осадок в черный цвет.

Метантенк представляет собой цилиндрический или прямоугольный железобетонный резервуар с коническим днищем, предназначенный для сбраживания осадка. Получающийся в результате брожения газ собирается в газовом колпаке, расположенном в верхней части газонепроницаемого перекрытия, и затем отводится для дальнейшего использования. Чтобы ускорить процессы брожения, в метантенке используют различные приемы, в частности подогрев или его перемешивание. Осадок подогревают обычно до температуры 33° или 55 °C, вводом в метантенк острого пара посредством эжектируемых устройств или водой, разогретой до 60 °C и циркулирующей по змеевикам, уложенным внутри метантенка, а также в наружных теплообменных аппаратах. Сброженный осадок имеет высокую влажность (96–97 %) и для дальнейшего использования его необходимо подсушить. Существуют различные приемы сушки осадка: самый распространенный — сушка на иловых площадках — спланированных участках земли (картах), окруженных со всех сторон земляными валиками. Здесь осадок может быть подсушен в среднем до влажности 75 %, вследствие чего его объем уменьшается в 3–8 раз.