О значении мероприятий, направленных на сокращение водопотребления, говорит и то, что на единицу продукции тратятся огромные количества воды. Так, из водного источника ежегодно забирается для производства 1 т вискозного шелка 1010 м3 воды, 1 т синтетических антибиотиков — 5000 м3, 1 т силикатных эмалей — 1280 м3 и т. д. Промышленные объекты нефтеперерабатывающей, химической, металлургической, коксохимической, пищевой, а также ряда других отраслей промышленности расходуют большое количество воды для конденсации и охлаждения технических продуктов. При этом широкое распространение имеют теплообменные аппараты с водяным охлаждением.
Оказывается, что огромные расходы воды, а также капитальные и эксплуатационные затраты на очистные сооружения, градирни, насосные, на электроэнергию, используемую при перекачке воды, можно уменьшить, если перейти от водяного охлаждения технологического оборудования к воздушному. Переход к воздушному охлаждению позволяет легко осуществлять автоматическое регулирование процессом.
Воздушное охлаждение сокращает на 60–70 % расход оборотной и свежей воды и в сотни раз — количество загрязняющих сточных вод. Так, по данным ВНИИнефтемаша воздушное охлаждение позволило в 1974 г. сократить в стране потребление воды более чем на 6,5 млрд. м3.
Для очистки сточных вод, образующихся в промышленности и городах, строятся очистные сооружения (рис. 4).
Современный уровень научно-технических достижений свидетельствует о том, что в ближайшей и далекой перспективе для защиты водоемов от загрязнения сточными водами останутся в силе механические, химические, биохимические и физико-химические способы очистки.
Говоря о механических способах очистки сточных вод, необходимо подчеркнуть, что в результате научных исследований разработаны методы расчета отстойников любой конструкции, учитывающей явления, сопутствующие отстаиванию в динамических условиях. Были созданы отстойники с вращающимся водораспределительным и сборным устройством. Такая конструкция позволяет значительно (на 20–25 %) увеличить гидравлическую нагрузку на единицу объема сооружения, сохраняя тот же эффект осветления (рис. 5).
На многих промышленных предприятиях образуется огромное количество сточных вод, загрязненных механическими примесями. Применять обычные отстойники для очистки таких вод сложно: их необходимо разместить на территории предприятия и трудно эксплуатировать в зимних условиях. Выход из положения помогли найти гидроциклоны. Они позволили в несколько раз снизить капитальные затраты на строительство очистных сооружений, причем для размещения гидроциклонов требуется небольшая площадь.
Как известно, сточные воды ряда промышленных объектов содержат такие примеси, в том числе токсические, которые нельзя устранить без привлечения химических реагентов. Химические способы находят широкое применение в практике сточных вод предприятий химической и текстильной промышленности, цветной металлургии, машиностроения и т. д.
В одних случаях химическую обработку используют для конечной очистки сточных вод, например в цветной металлургии при очистке сточных вод, содержащих тяжелые металлы, в других — для предварительной подготовки перед последующими методами очистки (производство органических красителей и т. д.). Химическая очистка — непременный участник водоподготовки питьевой воды, воды для питания паровых котлов и т. д.
К настоящему времени разработаны и апробированы способы химической очистки сточных вод, загрязненных красителями, синтетическими детергентами, простыми и комплексными цианидами, хроматами, кислотами, катионами металлов (меди, цинка, свинца, железа и др.).
В ряде отраслей промышленности широко используются методы очистки сточных вод, в основу которых положены физические и физико-химические процессы: выпаривание, испарение, экстракция, сорбция, нейтрализация, флотация, отгонка с паром и др., а также электрохимические процессы.
Так, сорбционные методы применяются для улавливания из сточных вод: цианидов, меди, цинка, хрома, фенолов; отгонка с водяным паром — для фенолов; нейтрализация известью — для обработки кислых сточных вод травильных отделений прокатных и трубопрокатных цехов, экстракции — для извлечения из сточных вод и т. д.
Огромное значение для защиты водных источников имеет устройство на промышленных предприятиях локальных очистных сооружений, которые позволяют удалить из промышленных стоков специфические загрязнители, а также не допускают смешения различных по агрессивности стоков. В зависимости от принимаемых схем очистки локальные сооружения могут быть как последней стадией очистки для промышленных стоков, так и промежуточной — перед направлением стоков на биохимическую очистку: для нормального течения процессов при биохимическом разрушении веществ необходима строго определенная начальная концентрация загрязняющих ингредиентов.
Всеобщее признание получили методы биохимической очистки сточных вод от органических загрязнителей (рис. 6). Биохимическое окисление органических веществ в сточных водах осуществляется в аэротенках благодаря жизнедеятельности целой группы микроорганизмов. Для того чтобы могли протекать эти биохимические процессы, нужны соответствующие условия. Так, при биохимическом окислении органических веществ в аэротенках необходимы определенная начальная концентрация загрязняющих веществ в сточных водах, подача воздуха, добавление в ряде случаев биогенных веществ (солей азота, фосфора), отсутствие токсических веществ (свинец, медь), тормозящих биохимическое окисление.
Методы биологической очистки сточных вод позволяют снизить содержание органических загрязнителей в сточных водах до 95 %. Именно с такой эффективностью работает комплекс биохимических очистных сооружений на Северодонецком химическом комбинате. В эти сооружения входят биологические пруды, в которых живут карпы. Эффективно действуют сооружения биологической очистки на Волжском автомобильном заводе г. Тольятти.
Совсем еще недавно автомобильный завод им. Лихачева сбрасывал промстоки, содержащие большое количество нефтепродуктов и механических примесей, без очистки в р. Москву. После строительства комплекса очистных сооружений и утилизации из промстоков ценных веществ (нефть и др.) положение резко изменилось, а вода в реке стала значительно чище. Капитальные затраты на биохимическую очистку 1 м3 производственных стоков (совместно с бытовыми) составляют 0,42—0,77 руб. при себестоимости очистки 0,05—0,12 руб.
Сравнительно недавно было предложено вместо станций биологической очистки применять для очистки городских сточных вод физико-химический способ. В сточную воду после отделения грубых примесей и песка вводится катионный полиэлектролит или минеральный коагулянт с полиакриламидом в оптимальных дозах. Смесь реагентов и сточной воды поступает в камеру хлопьеобразования, а затем в отстойники. После отстаивания вода попадает на гравийно-песчаные фильтры с восходящим потоком воды. Очищенная вода подвергается обеззараживанию. Результаты очистки по предложенной схеме приведены в табл. 6.
Таблица 6
Наименование показателя Удаление загрязнений в процессе физико-химической очистки, % с использованием катионного полиэлектролита с использованием минерального коагулянта Взвешенные вещества 99 99 Общий азот 50-58 50-54 Общий фосфор 50-58 86-88 Нефтепродукты 99-100 90 Поверхностно-активные вещества (ПАВ) 80-90 70-80 Соли тяжелых металлов 80-90 50-70
Этот способ по капитальным затратам оказался в 1,5–2,0 раза дешевле работы станций полной биологической очистки.
Относительно невысокая степень очистки сточных вод уже в настоящее время в ряде случаев не может обеспечить необходимую чистоту водоема, куда сбрасываются прошедшие очистку сточные воды. В недалеком будущем, когда все отрасли промышленности многократно увеличат объем своего производства и соответственно возрастет абсолютное количество остаточных загрязнений в сточных водах, прошедших очистку, рассматриваемая степень очистки совершенно не обеспечит требуемую чистоту водоемов.
