Бессточные производства

Проблема сохранения, а в ряде случаев и улучшения качеств водных ресурсов в нашей стране решается в общегосударственном масштабе. Ее решение связано, в первую очередь, с разработкой новых производственно‑технологических процессов и оборудования, обеспечивающих максимальную утилизацию и обеззараживание промышленных отходов. Внедрение бессточных технологий практически полностью решает проблему защиты водоемов от загрязнения. Однако пока еще не существует реальной возможности перехода к ней всех производственных процессов. Задача дня – всемерно ускорить создание и внедрение в народнохозяйственную практику принципов и элементов безотходной технологии будущего, и в этом направлении огромную роль в наши дни играет решение проблемы замкнутого цикла водоснабжения промышленных предприятий.

С 1970 г. полностью переведена на оборотное водоснабжение обогатительная фабрика действующего медеплавильного комбината. Как показали специальные наблюдения, существенного влияния на технологический процесс оборотная вода не оказывает и может быть использована во всех технологических операциях.

Схема оборотного водоснабжения на фабрике несложна. Сточные воды транспортируются на расстояния 2,5 км в хвостохранилище, где после отстаивания твердых частиц и частичной естественной очистки от солей и реагентов направляются через коллектор в оборотную систему водоснабжения и используются в технологическом процессе. За сутки обогатительная фабрика потребляет 13 500 м³ воды. И если раньше она сбрасывалась, загрязняя открытый водоем, то теперь ежедневно 10 200 м³ воды циркулирует в замкнутом цикле. Оборотное водоснабжение позволило сократить до минимума расход свежей технической воды, что является актуальным для фабрики, расположенной в районе с ограниченным дебитом речного стока.

В промышленности до 45 % всего количества потребляемой воды идет в теплообменные аппараты на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70–90 % расход воды на ряде предприятий нефтехимической, химической, металлургической и других отраслей промышленности.

На XXV съезде КПСС подчеркивалось, что масштабы хозяйственной деятельности в десятой пятилетке, специфика современных технологических процессов, применяемых в промышленности, в особенности в таких отраслях, как металлургия и химия, делают необходимыми специальные мероприятия по охране окружающей среды.

Одним из таких мероприятий, в частности, стал переход на использование оборотных вод. Например, в химической промышленности в 1980 г., несмотря на значительный рост объемов производства, значительно сократился сброс промышленных сточных вод в водоемы, а расход свежей воды на производственные нужды остался на уровне 1975 г.

Анализ состояния технологии в разных отраслях промышленности показал, что до последнего времени традиционно допускалась одна и та же ошибка – соединение всех сточных вод в один поток и их объединенная очистка. В результате резко ухудшалась работа очистных сооружений и осложнялся процесс создания замкнутых водооборотных систем. В настоящее время в ряде отраслей уже разработаны и реализованы замкнутые водооборотные схемы с локальной очисткой, что позволило значительно снизить удельные нормы водопотребления и в некоторых случаях полностью исключить сбросы сточных вод в водоемы.

С точки зрения современных требований, чем больше отходов, тем хуже технология. Большое количество сбросных вод – объективный показатель несовершенства действующей технологической схемы. Вот почему часто используемые технологические методы и схемы практически не позволяют создать экономически приемлемую замкнутую водооборотную систему. В таких случаях приходится пересматривать существующие методы и схемы, стремиться к созданию бессточной технологии.

В середине 70‑х годов в области производства термической фосфорной кислоты, перерабатываемой на кормовые фосфаты и другие фосфорные соли, был применен способ, полностью исключающий сброс с площадки предприятия фосфорсодержащих стоков и шламов. Благодаря многократному использованию одного и того же объема воды в нескольких технологических операциях, связанных с транспортировкой и хранением фосфора, общие количества фосфорсодержащих стоков сократились в 3, а потребление чистой воды – почти в 2 раза. При этом очистка стоков на производстве ограничивается простым механическим отделением взвешенных веществ от воды; вся осветленная вода без нейтрализации целиком используется для гидратации фосфорного ангидрида. Небольшое количество шлама, выделяемое при осветлении сточной воды, утилизируется путем сжигания его в смеси с фосфором через форсунки башни сжигания. При этом способе полностью исключаются потери сырья с жидкими и твердыми отходами производства, а также опасность загрязнения поверхностных и грунтовых вод в районе предприятия.

Бессточным предприятием является и медеплавильный завод Алмалыкского горно‑металлургического комбината. На свои нужды он расходует 40 % воды (от общего водопотребления комбината), а его оборотное водоснабжение составляет 87 % (от общего водопотребления завода). Оборотной водой завод обеспечивается четырьмя системами водоснабжения: первая обеспечивает потребителей металлургического производства; вторая – сернокислотного; третья – шламово‑купоросного цеха и цеха катанки; четвертая – цеха разделения воздуха (кислородная станция). Свежая вода идет только на подпитку оборотных систем, частично для кондиционирования воздуха и полива зеленых насаждений и автодорог. Сброс сточных вод в водоем отсутствует. Продувочные воды оборотных систем и очищенные стоки завода (около 30 тыс. м³/сут) направляются для повторного использования в технологическом процессе Алмалыкского химического завода.

На комбинате «Южуралникель» ликвидирован сброс засоленных сточных вод гидрометаллургических цехов. По старой технологии на охлаждение оборудования расходовали примерно 13,5 тыс. м⁸/сут воды из р. Урал. По окончании технологического процесса вода, загрязненная значительными количествами сульфатов и хлоридов натрия, а также солями тяжелых цветных металлов, накапливалась в течение года в специальных накопителях и сбрасывалась в Урал весной, в период паводка. Вода, загрязненная солями никеля, сливалась в производственную канализацию.

Специалисты института «Гипроникель» разработали систему оборотного снабжения водой, содержащей соли никеля, и соленакопители‑испарители для приема и испарения засоленных вод, включающих хлориды и сульфаты натрия. Эта система состоит из градирни, насосной станции и трубопроводов. Оборотная вода многократно используется для конденсации паров при вакуум‑кристаллизации и охлаждения вакуум‑насосов. При достижении определенной концентрации никеля она направляется в технологический процесс, а не сбрасывается в производственную канализацию. Водные потери в системе восстанавливаются за счет свежей воды. После введения в эксплуатацию оборотной системы охлаждения воды и пуска первых карт соленакопителя‑испарителя на комбинате полностью исключен сброс в р. Урал производственных стоков гидрометаллургических цехов. Одновременно уменьшилось и потребление свежей воды (до 4,6 тыс. м³/сут).

Оборотное и последовательное использование воды на производстве не исключает, однако, полностью сброса отработанных вод. Кардинальным решением проблемы в настоящее время должно стать устройство на промышленных предприятиях бессточных систем водообеспечения. Современный уровень развития науки и техники позволяет в принципе создать их в любой отрасли промышленности.

За последние годы такие системы успешно внедрены на ряде химических, нефтехимических, металлургических, целлюлозно‑бумажных предприятий. Один из них – Верх‑Исетский металлургический завод им. В. И. Ленина. Бурное развитие завода, рост жилищного строительства привели к тому, что это предприятие оказалось в центре Свердловска и продолжало пользоваться водой из Верх‑Исетского пруда – единственного источника водоснабжения всего промышленного узла. Было решено перевести водоснабжение отдельных цехов и объектов завода на оборотное, а в перспективе создать бессточные системы. Нелегко было обеспечить очистку и повторное использование сточных вод цеха холодного проката трансформаторной стали. Для этого на заводской опытно‑промышленной базе по очистке сточных вод смонтировали модельные и полупромышленные установки.

Очистные сооружения размещаются в нескольких зданиях. Травильные растворы перерабатываются на кремнекупоросной установке. Остальные стоки пропускаются через комплекс очистных сооружений, в состав которого входят оборудование по очистке сточных вод и обработке осадков, установки сжигания маслоотходов, а также флотационная и выпарная, непрерывно действующие горизонтальные отстойники. Блок очистных сооружений организационно входит в состав цеха водоснабжения и очистки промышленных стоков завода.

Кислые железосодержащие промывные воды травильных отделений очищаются по замкнутой схеме. После очистки вода направляется на повторное использование. Образующиеся при очистке железосодержащие шламы подвергаются дальнейшему окислению (при этом получается магнетит), а затем гипсожелезогидратный шлам обезвоживается на фильтр‑прессах. Очистка и повторное использование кислых железосодержащих промывных вод показали работоспособность данной схемы и практическую возможность оборота таких вод.

Промывные воды от агрегатов электроизоляционного покрытия и агрегатов обезуглероживающего отжига, содержащие мелкодисперсную окись магния, осветляются в специальных сгустителях, после чего осветленная вода используется повторно в цехе, а шлам идет для обезвоживания на фильтр‑пресс. Осветленная вода для лучшей очистки проходит через кварцевые фильтры и частично (20–30 %) используется повторно для промывки металла после травления, остальная часть подается на выпарную установку. Маслосодержащие стоки предварительно отстаиваются в горизонтальных непрерывно действующих отстойниках, после чего их очищают на флотаторах. Мощность бессточной системы водоснабжения цеха – 400 тыс. м³/сут.

Образующиеся при очистке стоков твердые осадки обезвоживаются на механических фильтрах и утилизируются, а маслосодержащие осадки вместе с отработанными эмульсиями сжигаются. Ежегодно от передачи только обезвоженного осадка на близрасположенный гипсовый завод экономится 49 тыс. руб. Общий же экономический эффект от эксплуатации бессточной системы водообеспечения составляет 1,35 млн. руб. в год. Эта цифра включает в себя лишь прямые выгоды от эксплуатации системы. Здесь не учтен большой народнохозяйственный эффект от того, что предотвращается загрязнение Верх‑Исетского пруда.

Создание бессточной системы водообеспечения на Верх‑Исетском заводе – качественно новый шаг в защите природных вод Урала. И это имеет большое значение не только для свердловчан (с каждым годом в городе увеличивается количество воды, потребляемой на хозяйственно‑бытовые нужды), но и для многих металлургических и машиностроительных предприятий. Эксплуатация системы наглядно показывает, что в настоящее время существуют все необходимые научные и технические предпосылки для комплексной защиты природных вод, используемых промышленными предприятиями.

На Кармановском нефтеперерабатывающем заводе осуществлена комплексная схема водоснабжения и канализации без сброса сточных вод. Вода из водоема, ранее подававшаяся непосредственно на промысел, теперь используется сначала на нефтеперерабатывающем заводе, а затем в смеси со сточными водами откачивается на промысловые насосные станции законтурного заводнения. Сточные воды предварительно очищаются на сооружениях механической очистки (песколовке, нефтеловушке, в пруде дополнительного отстоя, фильтрах). Преимущества данной схемы налицо: экономится вода, исключается сброс сточных вод в водоем, отсутствует сложная система оборотного водоснабжения и благодаря этому сокращается расход электроэнергии на охлаждение воды и затраты на текущий и капитальный ремонт. Нефтяные промыслы снабжаются водой, подогретой и обогащенной природными минеральными солями, выделенными из нефти в процессе ее обессоливания, что, по опытным данным, увеличивает нефтеотдачу нефтяных скважин. Годовой экономический эффект от внедрения данной схемы составляет 685,7 тыс. руб.

Бессточная система водоснабжения успешно внедрена на Верхнеднепровском горно‑металлургическом комбинате. Теперь все производственные сточные воды комбината проходят соответствующую локальную очистку и доочистку в прудах‑отстойниках и возвращаются на производство. Ежесуточно в обороте находится 300 тыс. м³ воды. Хозяйственно‑бытовые стоки комбината и других предприятий города проходят биологическую очистку и доочистку в прудах‑аэраторах и также возвращаются для подпитки систем оборотного водоснабжения.

Интересен опыт Николаевского гидролизно‑дрожжевого завода. Биологически очищенные сточные воды предприятия зимой полностью используются в системе оборотного водоснабжения, а летом часть их идет на полив ближайших сельскохозяйственных угодий. Осадки сточных вод из первичных отстойников вместе с частью концентрированных сточных вод перекачиваются на расположенный рядом Ольшанский цементный завод. Это, с одной стороны, удешевляет стоимость очистки и обработки осадков, с другой – повышает качество цемента. Избыточный активный ил из вторичных отстойников применяется в производстве полноценного белково‑витаминного кормового продукта. Технология использования отходов сточных вод, разработанная на Николаевском заводе, обеспечивает не только самоокупаемость, но и рентабельность очистных сооружений. Прибыль от экономии свежей воды, орошения сельскохозяйственных земель и от реализации товарного ила превышает стоимость годовой эксплуатации очистных сооружений в 1,7 раза.

Значительно снижает загрязнение водоемов использование очищенных стоков в оборотном водоснабжении промышленных предприятий. С этой целью на Черниговском камвольно‑суконном комбинате (КСК) была исследована возможность применения для технического водоснабжения городских сточных вод, прошедших сначала полную биологическую очистку на очистных сооружениях производственного объединения «Химволокно», а затем дополнительную очистку на КСК. При этом биологически очищенные стоки обрабатывались по технологии, применяемой на КСК для подготовки речной воды. Эта технология включает обработку воды сернокислым алюминием с последующим осветлением ее в осветлителях со взвешенным осадком на двухслойных скорых фильтрах; часть воды умягчается на катионитовых фильтрах. Для обеззараживания воды в технологическую схему включено хлорирование (раствором хлорной извести) осветленной воды дозами, обеспечивающими концентрации остаточного хлора не менее 1,5 мг/л.

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.