Очистка сточных вод промпредприятий

Очистка сточных вод различных отраслей промышленности.
1. Очистка стоков на нефтеперерабатывающих заводах.
Нефтесодержащие сточные воды образуются на заводах многих отраслей промышленности, в том числе на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), нефтяных терминалах, машиностроительных и авторемонтных заводах.
Нефтеперерабатывающие заводы классифицируют по нескольким параметрам: номенклатура готовых продуктов, качество нефти-сырца, глубина переработки, используемые в технологических процессах катализаторы. По этим параметрам различают пять профилей предприятий:

1. 
   Топливные производства с неглубокой переработкой нефти, выпускающие бензины, керосины, мазуты, битумы, дизель, парафины и аналогичные продукты.
   
2. 
   Топливные заводы с глубокой переработкой сырья, производящие те же товары, что и первая группа, но более высокого качества, через керлинг, коксование и другие методики.
   
3. 
   Топливно-масляные предприятия с неглубокой переработкой нефти, перечень товаров аналогичен первой категории, но часть мазута используется для получения масел.
   
4. 
   Топливно-масляные заводы с глубокой переработкой сырья, выпускающие те же составы, что производства 2 категории, но на них есть установки для производства масел.
   
5. 
   Топливно-нефтехимические производства с глубокой переработкой сырья, где из жидкой и газообразной нефти на промежуточной стадии выпускают полиэтилен, бутиловые спирты, этилен, полипропилен и другие продукты.
   

На НПЗ вне зависимости от профиля используются следующие виды оборудования: электрообессоливающая установка, трубчатые агрегаты атмосферно-вакуумного или комбинированного вида, установки щелочной очистки, оборудование гидроочистки, установки для производства битума, агрегаты для выпуска серы, а на некоторых площадках – для производства ароматических углеводородов и парафина.
На предприятиях, где нефть проходит глубокую очистку, дополнительно к вышеперечисленным установкам используется оборудование: агрегаты для католического или термического керлинга, газофракционные установки, аппараты каталитического реформинга, оборудование для переработки парафина, установки вакуумной перегонки масел, аппараты контактной очистки и другое оборудование согласно номенклатуре готовых продуктов.
Некоторые крупные предприятия РУз за 1 год могут перерабатывать до 4 миллионов тонн нефти (Бухарский НПЗ).
Сточные воды НПЗ включают в себя следующие загрязняющие вещества: взвешенные вещества, нефтепродукты, масла, фенол, карбамид, ароматические углеводороды, аммонийный азот, парафины, сульфаты, сульфиды, щелочь, жирные кислоты, поверхностноактивные вещества и др. Наибольшую опасность представляют сточные воды электрообессоливающих установок (ЭЛОУ), содержащие до 30-40 г/л нефтепродуктов, до 15 г/л хлоридов; их высокая минерализация препятствует их использованию в оборотном водоснабжении. Остальные виды сточных вод НПЗ содержат нефтепродукты (от нескольких до сотен миллиграммов на 1 л), сероводород, аммиак, меркаптаны, сульфиды, фенолы. БПК колеблется от 100 до 850 мгО/дм³, ХПК – от 150 до 1700 мгО/дм³.
Характеристика сточных вод типового НПЗ представлена в таблице.

Виды сточных вод	Концентрация веществ, мг/л
	Фенол	Взвешенные в-ва	Нефте­ продукты	Сульфиды	Сухой остаток
Нефтесодержа- щие нейтральные	100-300	100-300	1000-8000	–	700-1500
Солесодержащие (стоки ЭЛОУ)	10-20	300-800	1000-10000	30000­ 40000	30000-40000
Сернисто­ Щелочные	6000­ 12000	300	8000-14000	30000­ 50000	–
Кислые	–	–	2500	–	–

Периодически также образуются сернисто-щелочные сточные воды, нуждающиеся в специальной очистке. Кроме того, на очистные сооружения нефтеперерабатывающего завода часто подаются хозяйственно-бытовые сточные воды от завода и жилых посёлков, как правило, расположенных поблизости.
Сточные воды НПЗ образуются на всех технологических установках, в зависимости от которых обусловлен их состав. К производственным сточным водам присоединяются и ливневые воды с площадок технологических установок.
Большое разнообразие сточных вод, образующихся на нефтеперерабатывающих заводах, загрязнённых разными по природе веществами, послужило основой их разделения на предприятиях на две основные системы производственной канализации:
I система – для отведения и очистки нефтесодержащих нейтральных производственных и производственно-ливневых сточных вод, после очистки часть воды используется в подпитке оборотных систем.
II система – для отведения и очистки солесодержащих производственных сточных вод, также технологических сточные вод содержащих нефть, нефтепродукты и нефтяные эмульсии, соли, реагенты и другие органические и неорганические вещества.
Для очистки сточных вод НПЗ в зависимости от загрязненности и требований к качеству очищаемой воды используют схему очистки, включающую в себя три основные стадии очистки:
а) механическая очистка от грубодисперсных примесей;
б) физико-химическая очистка от коллоидных частиц;
в) биологическая очистка от органических растворенных примесей.
Механическая очистка является одним из основных и самым распространенным методом обработки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. Она применяется для выделения нерастворенных примесей. Механическую очистку осуществляют в песколовках, отстойниках, гидроциклонах, центрифугах, флотаторах и фильтрах.
Эмульгирированные нефтепродукты и взвешенные вещества удаляют фильтрацией на кварцевом песке, дробленом антраците и т.д. Воздушная флотация обеспечивает удаление из сточных вод эмульгированных веществ и коллоидных частиц размером менее 150 мкм.
Механическая очистка сточных вод из бытовых стоков выделяет 60-70% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%. Схема механической очистки ливневых стоков представлена на рисунке 2,94.
Физико-химические методы применяют для очистки нефтесодержащих сточных вод от коллоидных и растворенных загрязнений, количество которых в воде после сооружений механической очистки остается практически неизменным.
Наиболее часто применяются такие физико-химические методы, как коагуляция, электрокоагуляция, флокуляция и сорбция.
Адсорбция широко применяется для удаления из сточных вод органических веществ, трудно поддающихся бактериальной атаке. Активированный уголь является наиболее распространенным промышленным адсорбентом. Он селективно адсорбирует хлоруглеводороды, красители, фенолы, нитропроизводные и т.д.
Биохимическая очистка является одним из основных методов очистки сточных вод НПЗ как перед сбросом в водоем, так и перед повторным использованием в системах оборотного водоснабжения. Биохимические методы основываются на естественных процессах жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов.
Микроорганизмы способны использовать углеводороды разных классов простого и сложного строения.
При биологической очистке растворенные органические вещества подвергаются с помощью микроорганизмов биологическому распаду в присутствии кислорода (аэробный процесс) или же в отсутствие кислорода (анаэробный).
Аэробный способ очистки вод на НПЗ является самым распространенным. Для очистки используются аэротенки, в которые поступает кислород и насыщает воду.
Аэротенк работает вместе с вторичным осветлителем. Происходит процесс окисления микроорганизмами органических веществ, для которого созданы благоприятные условия в биореакторе.
2. Сточные воды химической промышленности
Для каждого типа предприятий химической промышленности характерен свой состав сточных вод, что требует индивидуального подхода при выборе метода и оборудования для их очистки.
При производстве аммиака наиболее загрязнёнными являются сточные воды установок медно-аммиачной и щелочной очистки газа и регенерации медно-аммиачного раствора. Очистку сточных вод от аммиака производят различными методами (электродиализ, паровая отдувка, ионный обмен и т.д.). Очищенную и подготовленную воду используют в системах оборотного водоснабжения и питании котлов теплоэлектроцентралей.
Получение карбамида, наиболее востребованного азотного удобрения, связано с образованием большого количества реакционной воды. Сточными водами при производстве карбамида являются также конденсат острого пара; вода, образующаяся при охлаждении сальников плунжерных насосов; смывы с полов и другие неорганизованные сбросы сточных вод.
При производстве серной и соляной кислот образуются сточные воды с остаточным содержанием применяемых и обрабатываемых продуктов. Для их нейтрализации применяют известковые или доломитовые фильтры.
Производство фосфорной кислоты и фосфорных удобрений сопряжено с образованием сточных вод с высоким содержанием общего фосфора.
Серьёзным источником химически загрязнённых сточных вод являются крупнотоннажные производства основного органического и нефтехимического синтеза: производство акрилонитрила, синтетических жирных кислот, бутадиена, изопрена, фенола и ацетона, производство искусственных волокон, синтетических полимеров и пластмасс, минеральных пигментов; производство масляных и водоэмульсионных красок, капролактама; производство метанола, поверхностно-активных веществ (ПАВ), горного воска и др.
Производство минеральных удобрений формирует стоки с определенным составом, который зависит от используемого сырья, технологических процессов, состава продуктов промежуточных этапов производства, а также состава конечного продукта. В целом, технологичные воды предприятий по производству минеральных удобрений включают в себя следующие компоненты:

• 
  фторид-анионы;
  
• 
  фосфаты (по фосфору);
  
• 
  сульфат-ионы;
  
• 
  аммоний-ионы;
  
• 
  нитрат-анионы;
  
• 
  хлорид-ионы.
  

Минеральные удобрения по составу делят на три основные группы:

1. 
   Азотные (карбамид).
   
2. 
   Фосфорные (простой, гранулированный и двойной гранулированный суперфосфат).
   
3. 
   Калийные (хлорид калия).
   

В состав сточных вод производства карбамида входит большое количество реакционной воды, конденсат острого пара из паровых эжекторов и других аппаратов, вода от охлаждения плунжерных насосов и неорганизованные стоки. Загрязнителями являются аммиак и карбамид. Образование стоков 210 – 240 м³ на 1 т карбамида.
Для очистки стоков от карбамида проводят гидролиз карбамида при высокой температуре, а затем ректификацию аммиачной воды с извлечением аммиака с последующим возвращением его в производственный цикл. Загрязненные воды после очистки используются в оборотном водоснабжении.
Сточные воды производства карбамида можно использовать как ценное сырье в сельском хозяйстве:

• 
  нейтрализация стоков азотной кислотой позволяет в последующем применять их в качестве жидких азотных удобрений;
  
• 
  при разведении в стоках карбамида водорослей можно получать кормовые белки.
  

Перед сбросом в водоемы удаление азота из стоков путем денитрификации и нитрификации происходит в биореакторе на синтетической загрузке.
Стоки производства фосфорных удобрений содержат большое количество фосфора. Большая часть исходной воды расходуется на охлаждение и последующую конденсацию в барометрических конденсаторах, а также на охлаждение получаемых продуктов. Образуются сточные воды в количестве 45 – 55 м³/т готового удобрения с невысоким содержанием загрязнений.
Образующиеся стоки подвергают адсорбции и полученный раствор кремнефтористоводородной кислоты, которая является основным загрязнителем, направляют для производства кремнефторида натрия. После нейтрализации загрязненные воды используют в оборотном водоснабжении.
Для удаление фтора из сточных вод применяют также электрохимический метод и метод ионного обмена с предварительным отстаиванием суспензированных частиц фтора вместе с частицами шлама в отстойниках или гидроциклонах.
При производстве калийных удобрений образуются минерализованные сточные воды с содержанием солей 300 – 350 г/л, в том числе соединений брома 0,5 г/л. Очистка сточных вод калийных предприятий состоит из двух стадий механической очистки:

1. 
   Извлечение из стоков калийной соли на шламохранилище.
   
2. 
   Последовательное отстаивание стоков в прудах-отстойниках.
   

Основным сырьем для производства хлористого калия являются природные калийные соли: сильвинит и карналлит, которые практически не разлагаются, поэтому стоки сбрасываются в водоемы после разбавления в допустимой концентрации.
Предприятия по производству полимеров включает в себя два направления:

1. 
   Производство собственно полимеров и продуктов промежуточного синтеза.
   
2. 
   Переработка полимеров в синтетические изделия.
   

Сточные воды включают в себя большое разнообразие химических загрязнителей, состав которых определяется технологическим процессом и видом выпускаемой продукции. К таким загрязнителям следует отнести:

• 
  метанол;
  
• 
  бутанол;
  
• 
  фенол;
  
• 
  формальдегид;
  
• 
  ацетаты;
  
• 
  сульфаты и хлориды;
  
• 
  соединения хрома и нефтепродукты.
  

В качестве локальной очистки применяют методы, которые позволяют извлечь из стоков ценные примеси и в то же время вернуть очищенные воды в оборотный цикл. К таким методам относятся:

• 
  ректификация: извлекаются из стоков метанол, формальдегид, фенол и прочие углеводороды;
  
• 
  флокуляция и коагуляция: удаление из сточных вод сульфатов и хлоридов;
  
• 
  электрокоагуляция: соединения хрома и нефтепродукты.
  

Реагентные методы часто заменяют электрокоагуляцией, что значительно удешевляет процесс очистки и минимизирует сброс стоков в водоем.
В химической промышленности особое место занимает производство кислот, в частности:

• 
  азотной кислоты;
  
• 
  соляной и серной кислот;
  
• 
  фосфорной кислоты.
  

Основными загрязнителями сточных вод при производстве азотной кислоты являются азотная и серная кислоты. Загрязнения поступают в сточные воды от промывки аппаратуры, башен, а также от холодильников. Состав стоков зависит от степени концентрации азотной кислоты. При производстве слабоконцентрированной кислоты образуется 90 – 170 м³ на тонну продукции, при производстве концентрированной – 80 – 90 м³/т. В последнем случае к азотной кислоте в составе стоков 0,8 – 1 г/л добавляется серная кислота 0,2 - 3г/л.
В Узбекистане серную кислоту получают двумя способами (башенным и контактным), в основном из серы, а также из отходящих газов медеплавильного производства АГМК.
Сточные воды образуются при промывке технологического оборудования и содержат в своем составе серную кислоту, минеральные взвеси, иногда селен, мышьяк и сернокислые соли металлов. На тонну серной кислоты приходится 45 – 70 м³ сточных вод.
При производстве соляной кислоты образуется 12 – 13 м³ на 1 т продукта. В составе стоков преобладает соляная кислота, в среднем 2 – 10 мл/л, а также небольшое количество механических примесей.
Для производства фосфорной кислоты используются природные фосфаты, которые вступают во взаимодействие с серной кислотой. Сточные воды образуются в результате охлаждения конденсаторов, причем поверхностные конденсаторы сводят к минимуму образование стоков. Стоки содержат соединения фтора, концентрация которого незначительна. Это позволяет использовать загрязненные воды в оборотном цикле.
В цехах производства неорганических кислот располагаются локальные станции нейтрализации, которые обеспечивают степень очистки стоков для сброса в водоемы. Механические примеси удаляются отстаиванием.
3. Сточные воды чёрной металлургии.
Чёрная металлургия является одним из крупнейших потребителей воды.
В настоящее время на её долю приходится до 15% общего объёма промышленного водопотребления, при этом большая часть воды расходуется на охлаждение продукта, печей и машин.
Основные технологические процессы предприятий чёрной металлургии Республики Узбекистан представлены: электросталеплавильными цехами с дуговыми печами, цехами горячей и холодной прокатки, электросталеплавильными цехами с индукционными печами, в меньшей степени также вагранками для плавки чугуна.
Эти производства имеют оборотные циклы водоснабжения. Объём в оборотных системах предприятия составляет до 98%. Образующиеся сточные воды оборотных циклов загрязнены в основном взвешенными веществами (в среднем от 100 до 10000 мг/л). Вода от горячего проката, кроме того, содержит масло (10-1000 мг/л).
Сточные воды холодного проката содержат применяющиеся в процессах смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) в виде эмульсии и мелкодисперсные механические примеси, потому система их очистки включает физико-химические методы с использованием реагентов.
Технологическое металлургическое производство включает также травильные цехи, от которых образуются сточные воды, представляющие отработанные травильные растворы и промывные воды, для очистки которых применяются нейтрализация, ионный обмен, электрохимическая очистка и др.
Сточные воды агломерационных фабрик (строящаяся в Республике Каракалпакстан) образуются при очистке отходящих газов, гидросмыве и гидротранспорте, мойке оборудования. Загрязнения сточных вод, представленные взвешенными веществами и солями (преимущественно кальция), способны откладываться на стенках трубопроводов, изменяя их пропускную способность и приводя к необходимости замены участков трубопроводов.
Наиболее опасными в санитарном отношении являются сточные воды, образующиеся в травильных цехах. При этом на 1 т литья образуются 0,5м³ отработанных травильных растворов температурой до 80 °C, содержащих 30-100 г/л свободной серной кислоты, 100-300 г/л железного купороса, а также 3 м³ промывных вод с концентрацией кислоты до 0,6-0,8 г/л и солей железа до 2,5г/л.
Основные технологические процессы предприятий черной металлургии РУз представлены сталеплавильными цехами (в основном электроплавильными), цехами горячей и холодной прокатки, а также в будущем аглофабриков, которую планируют построить в Каракалпакии.
Эти производства имеют оборотные циклы водоснабжения. Объем оборотных систем по заводам составляет до 98%. Образующиеся сточные воды оборотных циклов загрязнены в основном взвешенными веществами (в среднем от 100 до 10 000мг/л). Вода от горячего проката, кроме того, содержит масло (10-1000 мг/л).
На долю сталеплавильного и прокатного производств приходится и наибольший расход воды на тонну производимой продукции. Эти воды могут быть чистыми, условно-чистыми или загрязненными сточными водами.
Очистка производственных сточных вод на металлургических заводах решается индивидуально для отдельных производств.
При производстве стали сточные воды образуются после охлаждения сталеплавильных печей и после мокрой очистки газов. При охлаждении сталеплавильных печей образуются условно-чистые стоки.
При мокрой очистке газов электросталеплавильных дуговых печей образуется сточные воды в количестве 2-4 м³ на 1000 м³ газа или 4-6 м на тонну выплавляемой стали. Они характеризуются содержание мелкодисперсных взвешенных веществ 1000-10 000 мг/л, наличием окислов железа, сульфатов, хлоридов, фторидов и др.
Сточные вода: от взвешенных веществ могут очищаться как в радиальных отстойниках, так и в открытых гидроциклонах.
От разливочных машин сточные воды отходят в количестве 4,5-5 м³ на тонну разливаемой дуговой стали содержат 600-3600 мг/л графита, окалины, извести и известкового шлама. Обработка таких сточных вод заключается в их двухступенчатого осветлении. В качестве первой ступени применяются песколовки, в качестве второй – горизонтальные отстойники. В осветленной воде остаточное содержание взвешенных веществ составляет 150-200 м г/л.
При повторном использовании осветленной воды в установках непрерывней разливки стали остаточное содержание взвешенных веществ не должно превышать 10 мг/л, масел – 5 мг/л. Очистка сточных вод производится в три степени. В качестве первой ступени служат первичные отстойники, рассчитанные на пребывшие воды в них в течение 5-8 минут. На второй степени очитки применяются остойники-флотаторы, где происходит интенсивное выделение из воды легких примесей (масла, графита и др.), которые всплывают, а также выпадение в осадок окалины, удаляемой скребковой фермой. Удельная гидравлическая нагрузка составляет 16 м³/(м²-ч), а остаточная концентрация взвешенных веществ – 30-90 мг/л и масел –12-20 мг/л. Доочистка сточных вод после отстойников-флотаторов производится на песчаных или гравийных фильтрах.