Опыт промышленного применения сорбционной технологии для очистки промстоков.
Технология очистки промышленных стоков была разработана в 1980-1988 гг. ОНИЛ Водоснабжения и водоотведения “ЛИИЖТ” (сейчас Санкт-Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения) под руководством профессора Петрова Е. Г. Особенностью технологии является использование активированного алюмосиликатного адсорбента. Адсорбент позволяет в корпусе одного фильтра создать условия для осаждения катинов тяжелых металлов (никель, свинец, марганец, медь, хром 3+, железо, цинк, кадмий и др.), гуминовых веществ, а также нефтепродуктов. При этом достигается снижение концентраций по сравнению с исходной водой в десятки и сотни раз. Адсорбент может быть регенерирован и активирован непосредственно в фильтре без использования кислот или других агрессивных веществ неограниченное число раз, что значительно упрощает аппаратурное оформление и удешевляет технологию. Описанная технология была реализована на многих предприятиях РФ. Специалисты соответствующих служб предприятий отмечают простоту и надежность технологии. Ниже приведены данные по применению алюмосиликатного адсорбента на следующих предприятиях: ОАО “ГОЗ ОБУХОВСКИЙ ЗАВОД”, ЗАО “Электротяга” г. Санкт-Петербург, ЗАО “ЗЭТО” г. Великие Луки, ОАО “Ступинская металлургическая компания” г. Ступино.
На всех предприятиях с некоторыми вариациями применялась схема сорбционной доочистки, изображенная на рисунке.
Технологическая схема очистки стоков:
Рекомендованные разработчиком режимы очистного сооружения:
Скорость фильтрования 5-7 м/ч. Интенсивность промывки 14-15 л/с*м2. Расход воды на промывку – три объёма адсорбента. Расширение адсорбента при промывке – 30%. Рекомендуемая высота слоя адсорбента в фильтре – 1,2-1,7 м. Периодичность активации - через 3-5 и более фильтроциклов. Скорость циркуляции раствора активатора 2-3 л/с*м2. Водородный показатель фильтрата (рН) - 7,5-9,0.
Механизм очистки промышленных стоков. Катионы тяжелых металлов, растворенные в стоке, пропускаемом через фильтр, при взаимодействии с адсорбентом переходят в нерастворимые гидроксиды, оседающие на поверхности адсорбента и в межзерновом пространстве. Растворённые нефтепродукты улавливаются поверхностью зерна за счёт сил электростатического взаимодействия. После завершения фильтроцикла производится регенерация, заключающаяся в интенсивной обратной промывке адсорбента. При этом из фильтра удаляются гидроксиды и нефтепродукты, и происходит очистка поверхности зерен адсорбента. После нескольких фильтроциклов (от 3-х до 20-ти и более, в зависимости от состава загрязнений) методом рециркуляции производится активация адсорбента, которая проводится 4% раствором кальцинированной соды или хлористого магния. Подробное описание механизма работы адсорбента можно найти в статье проф. Петрова Е. Г., опубликованной в № 6, 2005 г. журнала.
ЗАО “ЗАВОД ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ”
г. Великие Луки.
Сорбционная технология была внедрена в ходе реконструкции очистных сооружений, начало эксплуатации – сентябрь 2002 года. Производительность ОС - 36 м3/час. Годовой объем очищенных стоков 190 000 – 200 000 м3.
Сточные воды после процессов гальванопокрытий и (частично) поверхностно-ливневой сток поступают по двум самостоятельным системам канализации (кислотно-щелочных стоков и хромовых стоков) в усреднители очистных сооружений и далее по двум раздельным потокам: хромосодержащие стоки проходят первую ступень гальванокоагуляции, вторую ступень гальванокоагуляции, а кислотно-щелочные сразу направляются в реактор вертикального осветлителя, в который также периодически перекачиваются стоки после гальванокоагуляции. Вместе с промыными водами с гальванического производства поступают также утечки из ванн и (периодически) отработанные рабочие растворы.
В реактор добавляется раствор едкого натра или соды кальцинированной для корректировки рН до 8,0-8,5. Осветленные стоки поступают на доочистку на напорные фильтры, загруженные алюмосиликатным адсорбентом. Часть доочищенной воды направляется на обессоливание методом обратного осмоса.
В состав очистных сооружений входят 6 сорбционных фильтров.
· Диаметр фильтра 1,4 м
· Высота загрузки адсорбентом 1,6-1,8 м
· Направление фильтрации – сверху вниз
· Скорость фильтрации - 4 м/час
· Промывка фильтров производится раз в две недели
· Интенсивность промывки – 1,2 м3/мин на фильтр (13,1 л/с/м2)
Показатель рН фильтрата увеличивается на 0,1 по сравнению с исходным значением.
За весь период эксплуатации с 2002 г. активация проводилась 2 раза – в 2003 году и в апреле 2005г. Порядок активации:
· Промывка в циркуляционном режиме 5% раствором щелочи в течение 40 мин.
· Промывка в циркуляционном режиме 5% раствором хлористого магния в течение 40 мин.
Служба эксплуатации очистных сооружений отмечает, что концентрации загрязняющих веществ в фильтрате практически не зависят от начальных концентраций загрязнений. В случае поступления на сорбционные фильтры ударных доз загрязнений сокращается фильтроцикл, при этом превышений ПДК не наблюдается. Также отмечается, что превышение скорости фильтрования значительно снижает степень очистки стоков.
Убыль адсорбента на истирание составляет 5-10% в год.
Нарушения в работе фильтров происходили только из-за выхода из строя задвижек и коррозии автоматического воздушного клапана.
АО “ЭЛЕКТРОТЯГА”, г. С-Петербург.
Блок сорбционной доочистки введен в эксплуатацию в 1995г. после реконструкции очистных сооружений. Предприятие ЗАО “Электротяга” специализируется на производстве свинцово-кислотных аккумуляторов различных типов. На очистные сооружения поступают технические стоки со всех производственных участков:
- Литейный участок (свинцово-сурьмянистые сплавы)
- Участок приготовления активной массы и намазки
- Формовочный участок (формовочный цикл аккумуляторных электродов в растворе серной кислоты)
- Гальванический участок (5-10% от общего объема стоков)
- Участок сварки и пайки аккумуляторных батарей
Основными загрязняющими элементами являются соединения свинца и серной кислоты (100-150 мг/л). Кроме них, в стоках содержатся Fe, Cu, Zn, Cr, Мn, Al, Ni. рН стоков колеблется то 1 до 4.
Сточные воды поступают на очистные сооружения. Расчетная пропускная способность станции очистки 3200 м3/сутки. В настоящее время очищается от 1000 до 2000 м3 в сутки. Предварительная очистка происходит в осветлителях типа ВНИИГ-2 с нейтрализацией добавлением Nа2СО3, а также добавлением коагулянта – полиакриламида (ПАА – гель технический). Далее сток поступает на блок сорбционных фильтров.
Блок состоит из 4-х открытых фильтров площадью 2,2х3,4=7,48 м2 каждый, высота фильтра 3,2 м. Высота слоя адсорбента 1 м, направление фильтрования – сверху вниз, скорость фильтрования 1,8 – 3 м/час. Как правило, в работе находятся 2 или 1 фильтр. Фильтрат направляется в бак-накопитель емкостью 100 м3 и затем в городской коллектор. После доочистки на сорбционных фильтрах все параметры очищенной воды соответствуют установленным ПДК.
Сорбционные фильтры промываются один раз в сутки фильтратом из бака-накопителя. На промывку одного фильтра расходуется 30-100 м3 воды, время промывки – 6 мин.
Активация адсорбента производится один раз в месяц 7% раствором кальцинированной соды. Для активации после очередной промывки фильтр заполняется раствором соды и барботируется воздухом в течение 6-ти часов. После активации раствор соды сливают для последующего использования. Кроме того, один раз в год проводится обработка адсорбента 3% раствором сернокислого магния по той же схеме.
Продолжительность работы одной загрузки адсорбента составляет не менее 10-ти лет при ежедневном его использовании, регулярности промывок и активации.
ОАО “Ступинская Металлургическая Компания” г. Ступино
На очистные сооружения предприятия поступают смешанные стоки после различных технологических процессов, а именно:
- Стоки с эмульсией, маслом, керосином
- Растворы щелочей и кислот
- Промывные воды от закалочных агрегатов
- Воды после охлаждения различного рода оборудования
Стоки проходят очистку в песколовке, нефтеловушке, затем поступают в отстойник и далее на сорбционные фильтры. В сутки через очистные сооружения проходит около 3500 м3 стоков. Часовая производительность 146 м3/час. Блок сорбционной доочистки эксплуатируется с 2000 года. В состав блока входят 5 напорных фильтров площадью по 16 м2. Высота слоя загрузки 1 м. Скорость фильрования 1,8 м/час. Дочищенный на сорбционных фильтрах сток поступает в реку рыбохозяйственного назначения - Оку.
Регенерация (обратная промывка) фильтров производится один раз в 96 часов (4 дня) с интенсивностью 13-14 литров в секунду/м2. При этом наблюдается расширение загрузки фильтра. Регенерация производится в циркуляционном режиме 3%-м раствором кальцинированной соды в течение 40-45 мин. Объем бака для хранения и циркуляции содового раствора 40 м3. Таким образом, регенерация (обратная промывка) объединена с активацией адсорбента. Емкость для раствора активатора одновременно служит и отстойником промывной воды, а раствор активатора – промывной водой. Осадок, образующийся в небольших количествах после отстаивания раствора активатора, удаляется из емкости вручную. Износ адсорбента в год около 5%.
Себестоимость сорбционной доочистки 1 м3 стоков составляет 4,5 руб. в ценах 2004 года. Экономический эффект от внедрения сорбционной доочистки сточных вод составил около 600 тыс. руб.
В настоящее время производится реконструкция очистных сооружений с целью улучшить работу нефтеловушек для исключения проскоков нефтепродуктов на сорбционные фильтры.
ОАО “ГОЗ ОБУХОВСКИЙ ЗАВОД”, г. С-Петербург.
Сорбционная технология применяется на линиях кадмирования и цинкования с ноября 2004 г.
ЛИНИЯ КАДМИРОВАНИЯ.
В соответствии с имеющейся технологией детали после кадмирования промываются в ванной-ловушке. По мере нарастания концентрации кадмия вода из ванны-ловушки периодически подаётся на сорбционный фильтр. После сорбционного фильтра очищенный сток сбрасывается в р. Нева.
- рН исходной воды 8-9
- рН фильтрата 10
- содержание ионов кадмия в исходной воде 45 мг/л
- ПДК для ионов кадмия 0,0001 мг/л
- содержание ионов кадмия в фильтрате – не обнаруживаются
Поступающий на сорбционный фильтр сток содержит также незначительные количества (измерения не проводились) нефтепродуктов и органических веществ типа А1Д. Скорость фильтрования – 4 м/час. Промывка фильтра водой осуществляется раз в две недели, после очистки 4,4 м3 стока. Продолжительность промывки 30 мин. Промывная вода поступает в усреднитель очистных сооружений.
Активация производится один раз в неделю 4% раствором каустической соды замачиванием в течение 24-х часов. Раствор активатора с начала эксплуатации не менялся. Расход соды на поддержание концентрации раствора активатора незначительный, точных подсчетов не проводилось.
Высота слоя адсорбента 650-700 мм. В фильтр загружено 150 литров (150 кг) адсорбента.
ЛИНИЯ ЦИНКОВАНИЯ.
На линии цинкования промывная вода из ванны-ловушки в непрерывном режиме поступает на сорбционный фильтр.
- рН исходной воды 8-9
- рН фильтрата 10
- содержание ионов цинка в исходной воде 82 мг/л
- ПДК для ионов цинка 0,07 мг/л
- содержание ионов цинка в фильтрате – не обнаруживаются
Поступающий на сорбционный фильтр сток содержит также незначительные количества (измерения не проводились) нефтепродуктов и органических веществ (ликонды - блескообразующие добавки).
Скорость фильтрования – 4 м/час. Промывка фильтра водой осуществляется раз в две недели, после очистки 13 м3 стока. Активация адсорбента с начала эксплуатации не проводилась.
Высота слоя адсорбента 650-700 мм. В фильтр загружено 150 литров (150 кг) адсорбента.
Использование сорбционной технологии позволило предприятию в десятки раз уменьшить платежи за загрязнение окружающей среды. В настоящее время ОАО “ГОЗ ОБУХОВСКИЙ ЗАВОД” планирует реконструкцию гальванического цеха, в т. ч. и очистных сооружений с очисткой на сорбционных фильтрах всех сточных вод. Производительность очистных сооружений 60 м3/час.
Сорбционная технология доочистки промышленных сточных вод на базе активированного алюмосиликатного адсорбента внедрена на ряде других предприятий, например ФГУП “Рязанский приборный завод” (300 м3/час), ОАО “Завод по выпуску алмазного инструмента” (г. Томилино Московской обл), ОАО “Измеритель” г. Смоленск (60 м3/сут.), ОАО “Ленинградский электромеханический завод”, г. С.-Петербург и др. В последующих публикациях будет освещена работа очистных сооружений этих и других предприятий, использующих алюмосиликатный адсорбент.
Информация об авторах.
Большаков Олег Александрович – начальник ОЭ и ОСО ЗАО “Завод Электротехнического Оборудования”, г. Великие Луки. Т.(81153) 3-26-68
Гречихин Яков Федорович – начальник очистных сооружений ЗАО “ЭЛЕКТРОТЯГА” г. С.-Петербург. Т. (812) 252-80-46
Дементьева Валентина Алексеевна – инженер-химик ОАО “ГОЗ ОБУХОВСКИЙ ЗАВОД”, г. С.-Петербург. Т. (812) 267-93-61
Киричевский Дмитрий Сергеевич – генеральный директор ЗАО “Квант Минерал”,
г. С.-Петербург. Т. (812) 224-95-40
Лебедев Сергей Владимирович – начальник ОС МЭС ОАО “СТУПИНСКАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ”, г. Ступино. Т. (09664) 4-75-13