Авторы Анапольский В.Н., Национальный университет водного хозяйства и природопользования, г. Ровно,
Прокопьев К.Л., Сарницкий М.М., Олиферук С.В., Романенко А.П., ООО «ФАГС», г. Ровно

Одной из наиболее актуальных для Украины экологических проблем является предотвращение загрязнения водных объектов, в первую очередь — поверхностных водоемов, промышленными сточными водами, содержащими токсичные металлы. Как известно, металлосодержащие сточные воды образуются на промышленных предприятиях в результате технологической обработки различного сырья, материалов и изделий из них.

В табл. 1 приведены основные источники образования металлосодержащих сточных вод и дана их общая характеристика. Металлосодержащие сточные воды образуются также на предприятиях цветной металлургии, на заводах по производству аккумуляторов, некоторых нефтеперерабатывающих производствах, предприятиях транспорта и сферы услуг.

Металлосодержащие сточные воды перед сбросом в коммунальную систему водоотведения или непосредственно в водоем подлежат глубокой очистке, поскольку концентрация металлов в них лимитируется нормативными показателями (табл. 2). Очистка промышленных сточных вод производится на локальных или централизованных очистных сооружениях.

В табл. 3 приведена сравнительная характеристика наиболее распространенных технологических процессов, применяющихся для локальной очистки сточных вод гальванического производства.

Другие процессы, такие как электродиализ, электрохимическая сепарация, электромагнитное фильтрование, экстракция и др. в локальных системах применяются достаточно редко, хотя при очистке сточных вод от некоторых операций гальванопокрытий они могут оказаться достаточно эффективными и экономичными.

При выборе наиболее рациональной технологии локальной очистки сточных вод следует учитывать качество воды, используемой на промывные операции, состав и концентрацию примесей в воде после ее использования, расход промывных вод, а также режимы водопотребления и водоотведения в локальной системе.

В последнее время наметилась тенденция применения комплексных схем локальной очистки стоков. Например, химическое или электрохимическое осаждение тяжелых металлов с доочисткой обратным осмосом или ионным обменом. Это позволяет продлить срок службы мембран и ионообменных материалов, значительно увеличить межрегенерационный период.

В Украине на большинстве действующих очистных сооружений предусматривается централизованная очистка общего стока гальванического производства с предварительной обработкой хромсодержащих, циансодержащих вод и вод, содержащих комплексные ионы тяжелых металлов. Локальные системы, преимуществом которых является возможность утилизации или регенерации ценных и благородных металлов, менее распространены в связи с высокой стоимостью, энергоемкостью и трудоемкостью эксплуатации. Применение локальных систем должно быть технически и экономически обосновано и, как показывают расчеты и практический опыт, они наиболее выгодны, когда имеется возможность выделения из общего стока локальных потоков с ценными и благородными металлами или особо токсичными примесями. Во многих случаях централизованные очистные сооружения, дополненные локальными установками обработки некоторых категорий сточных вод, позволяют на современном уровне решать большинство технологических, экологических и экономических проблем водного хозяйства гальванических производств.

На централизованных очистных сооружениях производится очистка промывных сточных вод от операций, для которых не предусмотрены локальные системы очистки, недостаточно очищенных стоков после локальных установок, а также сточных вод от мойки оборудования и помещений гальванического производства.

Централизованные очистные сооружения гальванических производств можно классифицировать следующим образом:
❏ по гидравлическим условиям работы: проточные, непроточные и комбинированные;
❏ по режиму работы: непрерывно работающие и периодически работающие;
❏ по степени разделения категорий сточных вод: с полным разделением потоков (хромсодержащие, кислотно-щелочные, циансодержащие, содержащие комплексные соединения и др.), с частичным разделением потоков (общий сток и циансодержащие стоки), без разделения потоков (при отсутствии циансодержащих стоков);
❏ по характеру работы в системе водного хозяйства: работающие в прямоточной системе, работающие в оборотной (частично замкнутой) системе, работающие в системе с повторным использованием воды и работающие в полностью замкнутой (бессточной) системе;
❏ по месту сброса очищенных сточных вод: со сбросом в производственную канализацию, со сбросом в городскую канализацию, со сбросом в водоем;
❏ по схеме очистки: одноступенчатые и многоступенчатые, с обессоливанием воды и без обессоливания воды, реагентные, малореагентные и безреагентные;
❏ по применяемой технологии очистки: нейтрализационные, химической очистки, физико-химической очистки, биологической очистки и комбинированные.

Выбор типа централизованных очистных сооружений производится на основе технико-экономического сравнения различных вариантов с учетом количества и состава сточных вод, требований к качеству очищенной воды и уровня квалификации обслуживающего персонала.

В настоящее время отечественными и зарубежными фирмами наряду с традиционными предлагается несколько принципиально отличающихся друг от друга новых технологических и технических решений по централизованным очистным сооружениям гальванических производств. Основаны эти решения на применении в технологии очистки следующих процессов:
❏ тонкослойного отстаивания;
❏ флотации;
❏ магнитного фильтрования;
❏ электрокоагуляции;
❏ электролиза;
❏ электрокоагуляции-флотации;
❏ гальванокоагуляции;
❏ ферритизации;
❏ фильтрования через плавающие загрузки;
❏ мембранного фильтрования (ультрафильтрации и обратного осмоса);
❏ электрокорректирования рН;
❏ нейтрализации диоксидом углерода и др.

Каждое из этих технологических и технических решений имеет свою наиболее рациональную область применения при реконструкции, модернизации или новом строительстве централизованных очистных сооружений. При выборе технического решения по очистке сточных вод необходимо также учитывать условия переработки отработанных технологических растворов и электролитов, а также образующихся при очистке газообразных, жидких и твердых отходов.

Для примера на рис. 1 приведен один из вариантов технологической схемы наиболее распространенной реагентной очистки металлосодержащих сточных вод. При такой очистке одним из обязательных условий является разделение потоков отводимых стоков на кислотно-щелочные (общий сток) и хромсодержащие. Очистка проводится двумя потоками.

Хромсодержащие стоки поступают в усреднительнакопитель (4), из которого насосом (5) подаются для обработки в реакторы (6, 7). В реакторе (6) стоки подкисляются и самотеком поступают в химический реактор (7), в котором обрабатываются реагентом-восстановителем, чаще всего бисульфитом натрия. Реагенты подаются при помощи насосов-дозаторов (18, 20) из соответствующих расходных емкостей (17, 19).

Кислотно-щелочные сточные воды собираются в усреднителе-накопителе (1). Из усреднителя с помощью насоса (2) стоки подаются в реактор (3), в который поступают также хромсодержащие сточные воды из реактора (7) после восстановления шестивалентного хрома до трехвалентного. В реакторе (3) смесь сточных вод подщелачивается, обычно до рН 9,5–9,8, раствором щелочи, который подается насосом (14) из расходной емкости (13).

Затем стоки, уже общим потоком, отводятся в химический реактор (8), в котором обрабатывается флокулянтом, дозируемым насосом (22) из емкости (21), для интенсификации процесса отстаивания сточных вод.

Из реактора (8) стоки поступают в отстойник (9), в котором происходит осаждение малорастворимых соединений тяжелых металлов. После отстаивания осветленная вода отводится на глубокую доочистку на блок разделения фаз (10), в качестве которого могут быть применены фильтры с различными фильтрующими загрузками.

Перед сбросом очищенной воды в систему водоотведения производится корректирование рН очищенных стоков в реакторе (12) путем дозирования насосом (16) раствора кислоты из емкости (15).

Также как и хромсодержащие стоки, отдельно обрабатываются и циансодержащие сточные воды. При наличии таких вод, первоначально производится обезвреживание цианидов в щелочной среде, а затем совместная их очистка с другими категориями стоков.

Обработка образующихся в процессе очистки сточных вод осадков производится на узле обезвоживания в составе насоса подачи осадка (23), ресивера (24) и фильтр-пресса (25).

Существенным недостатком реагентной технологии очистки металлосодержащих сточных вод является значительное повышение солесодержания очищенной воды из-за большого количества и высоких доз применяемых реагентов. Поэтому очищенная вода не может повторно использоваться в системе водоснабжения гальванического производства без дорогостоящего предварительного ее обессоливания.

На многих предприятиях Украины сейчас внедряется электрохимическая технология очистки металлосодержащих сточных вод.

Один из вариантов технологической схемы электрохимической очистки приведен на рис. 2.

В отличие от реагентной очистка сточных вод электрохимическим методом не требует разделения сточных вод, кроме циансодержащих, на отдельные потоки в зависимости от их состава. Отвод сточных вод производится общим коллектором.

В соответствии с технологической схемой, сточные воды поступают в усреднитель-накопитель (1). Из усреднителя (1) насосом (2) стоки подаются на установку электрохимической очистки. В этой установке осуществляется восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного в результате электрохимического растворения стальных электродов, образование малорастворимых соединений тяжелых металлов при подщелачивании стоков, осветление воды отстаиванием или флотацией с последующей доочисткой фильтрованием.

Очищенная вода с целью снижения рН до нейтральных значений обрабатывается в емкости-нейтрализаторе (5) кислотой или углекислым газом, поступающим от узла (6), после чего часть ее сбрасывается в систему водоотведения, а вторая часть возвращается для использования в гальваническое производство.

Осадок и промывная вода фильтра накапливаются в емкости (8), из которой насосом (9) подаются в уплотнитель осадка (10). Уплотненный осадок обрабатывается на узле обезвоживания в составе насоса осадка (11), ресивера (12) и фильтрпресса (13).

Применение электрохимических процессов для восстановления шестивалентного хрома позволяет создавать компактные установки и применять для разделения фаз такие процессы как флотация. За счет этого значительно сокращается площадь и необходимый объем помещений, отводимых под очистные сооружения.

При использовании электрохимического метода очистки сточных вод не происходит значительного вторичного засоления воды.

Поэтому 50–90% очищенной воды может быть вновь использовано в производстве на неответственные технологические операции. Общий вид установки электрохимической очистки сточных вод приведен на рис. 3.

Технологические схемы очистки металлосодержащих сточных вод, которые применяются для гальванических производств, могут быть адаптированы и для предприятий других отраслей промышленности. В заключение, следует отметить, что в настоящее время в связи с практическим отсутствием нового строительства гальванических производств актуальной проблемой является реконструкция и модернизация действующих очистных сооружений. Такая реконструкция должна обеспечить требуемую производительность очистных сооружений и нормативные показателикачества очищенной воды при наименьшей себестоимости очистки. Немаловажным критерием является также надежность работы реконструированных сооружений, что следует учитывать при выборе новых технологических и технических решений, предлагаемых к реализации. ■