Локальная очистка производственных сточных вод Самарского резервуарного завода перед сбросом в городскую канализацию

Аннотация

Предложена технологическая схема локальной очистки промывных вод линии горячего оцинкования металла, позволяющая повторно использовать их в производстве. Установлено, что при очистке стоков по предложенной схеме не увеличивается солесодержание в промывных водах, снижается объем общего водопотребления и водоотведения предприятия. Доказана возможность использования фильтр-пресса для осветления вод при реагентной очистке. Для организации оборотного водоснабжения применена технология обратного осмоса.

Ключевые слова

фильтр-пресс , промывная вода , гальваническое производство , обратноосмотическая установка , оборотное водоснабжение

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

На Самарском резервуарном заводе в процессе горячего оцинкования стальных полос используются: обезжиривающий раствор (едкий натр, тринатрийфосфат, СПАВ, комплексообразователь), соляная кислота, расплавы цинка и свинца, хром (шестивалентный). В основном технологическом процессе третьей очереди линии горячего оцинкования образуется несколько видов промывных вод и рабочих растворов:

промывная вода после операции обезжиривания (5,2 м³/сут);
охлаждающая вода, а также промывная вода после раскатки поверхности, т. е. вода, имеющая непосредственный контакт с оцинкованной полосой (15,9 м³/сут);
отработанный обезжиривающий раствор (7 м³/нед);
отработанный травильный раствор (1 м³/нед);
промывная вода после травления (5,2 м³/сут);
промывная вода после пассивации (60 л/сут).

В статье рассматривается технологическая схема очистки только первых двух видов вод. Обобщенный физико-химический состав сточных вод завода (после статистической обработки при уровне значимости q = 0,05 по методике [1]) приведен в таблице.

Анализ качества исходной воды показывает, что только по 10 из 26 показателей данная смесь стоков соответствует требованиям по ПДК на сброс в канализационные сети МП «Самараводоканал» и очень далека от требований, предъявляемых к воде оборотной системы завода (третья графа в таблице). Основными загрязняющими компонентами исследуемых вод являются цинк, железо, нефтепродукты, взвешенные вещества, сухой остаток, фосфаты, ПАВ, кадмий и фенолы. Отношение БПК_полн/ХПК = 0,36. Факт наличия кадмия в этих стоках трудно объясним, поскольку кадмирование в основном технологическом процессе завода не используется. Можно лишь предположить, что он уже присутствует в исходной артезианской воде.

Обычно соединения тяжелых металлов извлекают из сточных вод путем перевода их в нерастворимые в воде соединения, которые затем удаляются различными способами разделения твердой и жидкой фаз. Перевод в твердую фазу в основном осуществляют введением щелочи с образованием гидроксидов, гидроксокарбонатов, карбонатов, а также сульфидных ионов, что приводит к осаждению водонерастворимых сульфидов тяжелых металлов. Возможно введение веществ, образующих органические комплексы тяжелых металлов, которые затем переводят при помощи катионных полиэлектролитов в твердую фазу и удаляют сепарированием [2; 3]. Совместным осаждением двух или нескольких металлов при одинаковой величине рН достигаются лучшие результаты, чем при осаждении каждого из них в отдельности.

При реагентной очистке сточных вод гальванического производства ПДК практически не достигаются. Причина этого заключается в том, что на результаты водообработки существенное влияние оказывают: происхождение стоков; исходная концентрация загрязнителей; рН; наличие комплексообразователей; ионная сила раствора; природа щелочного реагента; особенности технологии коагуляции, флокуляции и разделения осадков и жидкой фазы. Кроме того, гидроксиды соосаждающихся тяжелых металлов могут оказывать влияние друг на друга.

В последнее время стоки гальванических производств сбрасывать в городские канализационные сети стало невыгодно, гораздо рентабельнее их доочищать до требований оборотных систем предприятий, например с помощью мембранных технологий. В данной работе требовалось проверить правильность принятой технологической схемы очистки промывных вод новой линии горячего оцинкования ОАО «Самарский резервуарный завод» (рисунок), внедренной кафедрой водоснабжения и водоотведения СГАСУ в 2010 г.

Согласно схеме очистки промывных вод, полученных с технологического оборудования производства фирмы «Bronx», цинксодержащий сток от основной технологической линии оцинкования стальной полосы поступает в приемную емкость 1, а щелочной сток – в емкость 2. Далее стоки направляются в реактор 3 периодического действия в тех же пропорциях, в каких они образуются в основном технологическом процессе.

Реагентная обработка осуществляется традиционными методами [2]. В реакторе 3 показатель рН смеси этих стоков доводится до требуемого значения, а затем введенный флокулянт перемешивается до образования хлопьев. Перемешивание осуществляется механической мешалкой и барботированием воздухом, способствующим окислению двухвалентного железа по схеме Fe²⁺ Fe³⁺. Дозирование реагентов производится насосами-дозаторами, а приготовление рабочего раствора флокулянта – в установке растворения флокулянта.

Из реактора 3 сток подается на фильтр-пресс 4, в качестве фильтроткани используется бельтинг. Чистка фильтроткани проводится вручную при превышении заданного давления на входе. Система трубопроводов позволяет вернуть некачественный фильтрат в реактор 3. После фильтр-пресса 4 осветленный сток доочищается на напорных зернистых фильтрах. В качестве первой ступени доочистки используется песчаный фильтр, в качестве второй – угольный фильтр, но хороший эффект может быть получен и при использовании вермикулита [4]. Третьей ступенью является напорный фильтр с каталитическим материалом для удаления железа (используется при превышении максимально допустимой концентрации перед поступлением воды на обратноосмотическую установку).

Для исключения попадания частиц активированного угля в рулонные мембранные элементы на входе в установку был поставлен механический фильтр. В качестве дополнительного окислителя можно использовать перманганат калия, который подается насосом-дозатором.

Очищенные стоки поступают в промежуточную емкость 8, однако качество этих вод зачастую ниже установленного норматива загрязнений, в частности, почти всегда имеются превышения по содержанию Zn²⁺ (в 20 и более раз). Кроме того, специальными исследованиями было установлено, что при совместной очистке этих сточных вод невозможно добиться величины содержания сухого остатка ниже установленного норматива загрязнений для ОАО «Самарский резервуарный завод» (622 мг/л) без применения обессоливания. В этом случае наиболее приемлем метод обратного осмоса, который и был взят за основу. Однако при смешении данных промывных вод (с предварительным восстановлением Cr⁶⁺ до Cr³⁺) и последующей их совместной очистке обратноосмотическое давление составило бы порядка 50–60 кг/см². Для обеспечения давления 20–25 кг/см² было принято решение о раздельной очистке промывных вод. Таким образом, в первый поток, очищаемый на установке обратного осмоса, входят цинксодержащие и щелочные сточные воды, а во второй – кислые (железосодержащие) и хромсодержащие. Это позволяет производить очистку первого потока либо до установленного норматива загрязнений, либо (при глубокой доочистке) возвращать в производство с качеством, удовлетворяющим требованиям [5], а общее солесодержание не превышало бы 50 мг/л. Производительность построенной на локальных очистных сооружениях завода обратноосмотической установки с мембранами типа СРА-2-4040 (6 шт.) составляет: по фильтрату – 1,125 м³/ч, по исходной воде – 1,5 м³/ч (при рабочем давлении 1,2–1,8 МПа).

Пермеат поступает в емкость 10, откуда по мере необходимости возвращается в производство. Концентрат от обратноосмотической установки поступает в емкость (на рисунке не показана), в которую сбрасывают фильтрат после фильтр-пресса. Затем этот концентрированный сток подается на первую ступень роторно-пленочных испарителей. Дистиллят от этих установок направляется в емкость чистой воды 10 для возврата в производство, а рассол – на вторую ступень испарения. Расчетная концентрация NaCl в рассоле после второй ступени значительно ниже, чем концентрация в начале кристаллизации, поэтому дополнительных устройств для выгрузки рассола не предусмотрено.

Усредненные результаты работы технологической линии локальной очистки сточных вод приведены в таблице. Анализ полученных данных показал, что качество пермеата позволяет сбрасывать эти воды как в канализационную сеть МП «Самараводоканал», так и возвращать их в оборотную систему завода.

Выводы

Предлагаемая технологическая схема локальных очистных сооружений Самарского резервуарного завода позволяет повторно использовать промывные воды, поскольку при очистке в них не увеличивается солесодержание, т. е. отсутствуют «продувки». Как следствие, снижается объем общего водопотребления и водоотведения предприятия. Использование обратноосмотической установки и роторно-пленочного испарителя позволяет прекратить сброс сточных вод в канализационную сеть, а организация оборотного водоснабжения – снизить производительность станции деминерализации. При необходимости эту воду можно сбрасывать в канализационную сеть, поскольку концентрации загрязнений не превышают установленных нормативов.

Список цитируемой литературы

Кичигин В. И. Моделирование процессов очистки воды: Учеб. пособие. – М.: Изд-во АСВ, 2003.
Рекомендации по проектированию водоснабжения и канализации цехов гальванопокрытий БЗ–79. – М., ГПИ Сантехпроект, 1992.
Смирнов Д. Н., Генкин В. Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. – М.: Металлургия, 1989.
Кичигин В. И., Цыпин А. В. Определение эффективности очистки сточных вод гальванического производства различными сорбентами в динамических условиях / Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: Материалы 68-й Всеросс. научно-техн. конф. по итогам НИР 2010 г. – Самара, СГАСУ, 2011.
ГОСТ 9.314-90. Вода для гальванического производства и схемы промывок. Общие требования. Вода первой категории.